Inginerii elveţieni au creat primul furnal industrial de topire a oţelului doar pe baza luminii solare, transpunând în realitate o idee genială de peste 60 de ani

Producţia de oţel e una din industriile vitale ale omenirii, pe care se bazează un număr imens de alte industrii şi elemente de bază ale civilizaţiei noastre. Dar oţelul are nevoie de furnale imense în acest proces, unde temperatura să fie adusă la minim 1.450 grade Celsius sau chiar mai sus pentru unele variaţii de aliaje. Până acum, asemenea temperaturi erau în mare parte asigurate prin combustibil capabil să producă flacără, pentru a genera asemenea temperaturi, precum gazul sau cărbunele. Există şi cuptoare electrice, dar procesul e foarte energofag şi acestea generează de obicei costuri mai mari, care devin viabile doar acolo unde contează foarte mult certificările de emisii asociate producţiei acelui oţel. Sunt în plină dezvoltare şi furnale de hidrogen, cu folosirea lui drept combustibil, cu o perspectivă interesantă şi pentru această direcţie. Dar o echipă de ingineri din Elveţia a recurs la o idee genială de peste 60 de ani şi a creat primul furnal industrial de topire a oţelului doar pe baza luminii solare, fără a arde niciun combustibil.

În primul rând, trebuie să amintim că în foarte multe ţări ale lumii se atestă eforturi imense de a reduce impactul de CO2 asociat prelucrării oţelului. Iar la oţel procesul de reciclare a lui generează mult mai puţine emisii decât cel de producţie primară, din minereu de fier, or, prelucrarea minereului presupune un proces suplimentar, care se face preponderent cu cocs, produs din variaţii ale cărbunelui. Tocmai de asta, în Suedia există deja fabrici în proces de construcţie, menite să înlocuiască şi acest cocs, schimbând şi procesul de prelucrare primară a minereului. Elveţienii despre care vorbim azi, însă, au conceput noul lor furnal ca unul care va produce pentru început oţel din reciclarea celui vechi. Deci, dacă se poate asigura acest proces cu zero emisii CO2, atunci întreaga reciclare va fi una cu zero impact pentru mediu.

Şi elveţienii n-au folosit electricitatea din surse regenerabile pentru a topi oţelul, ci direct lumina solară. Autorii acestui proiect sunt inginerii de la start-up-ul elveţian Panatere, ajutat de Universitatea de Ştiinţe Aplicate din Elveţia Haute Ecole Arc.

Noul furnal a fost construit în orăşelul La Chaux-de-Fonds din Elveţia, într-o regiune cu tradiţie străveche în producţia de ceasuri elveţiene dar şi în industria biomedicală elveţiană. În La Chaux-de-Fonds sunt produse ceasuri precum Tag Heuer, Cartier, La Chaux-de-Fonds, Corum, Greubel Forsey, Manufacture La Joux-Perre, Sellita, Eberhard, Jaquet Droz, iar în Le Locle, la 5 km depărtare, sunt produse alte mărci renumite, precum Tissot, Ulysse Nardin, Zenith, Certina, Montblanc Montre, Tudor. Prin urmare, scopul principal al noului furnal e ca acesta să furnizeze oţel reciclat în primul rând producătorilor de ceasuri din imediata apropiere, iar ulterior să scaleze această elaborare şi către alte industrii. Dor industria producătoare de ceasuri din Elveţia foloseşte annual 15.000 tone de oţel, iar acest prim nou furna, inaugurat acum La Chaux-de-Fonds, poate produce 1.000 tone de oţel anual.

Foto: Producţia de ceasuri Tag Heuger

Cu funcţionează noul furnal? Pe un principiu genial de simplu. Un heliostat imens, format din oglinzi plate, cu o suprafaţă totală de 138 metri pătraţi, preia razele soarelui, având o poziţionare activă, ajustată în permanenţă, pentru a urmări soarele. El îşi trimite reflecţia acestor rază către o unitate de concentrare, acoperită cu oglinzi, de formă concavă, care concentrează toate aceste raze rolare într-un singur punct şi le direcţionează spre furnalul propriu-zis.

Furnalul primeşte astfel energia termică solară concentrată cu un raport de 5.500x, ceea ce-I ridică temperatura interioară la 2.000 grade Celsius, suficient cât să poată avea loc tipirea oţelului, la 1.450 grade Celsius.

Astfel toată căldura din interiorul furnalului e creată doar de razele solare directe, reflectate şi concentrate spre furnal, fără a se arde combustibil adiţional. E nevoie doar de o cantitate minimă de electricitate pentru a corela senzorii şi a repoziţiona heliostatul principal să capteze şi să reflecte în mod eficient lumina soarelui.

Elveţienii spun că reciclarea oţelului generează în mod normal 6,8 kg de CO2 per kg de oţel reciclat. În noul lor furnal solar, cu toate procesele auxiliare luate în calcul, se generează 41 grame de CO2 per kg de oţel reciclat, ceea ce înseamnă o reducere de 165 ori a impactului.

Foto: Proces clasic de topire a oţelului

Furnalul creat de elveţieni e calificat drept primul furnal solar cu rol industrial din lume, dar nu este primul care aplică aceeaşi idee, întrucât am menţionat şi la început că ideea genială e cunoscută şi aplicată în scop de cercetare şi demonstraţie de peste 60 de ani. Mai mult ca atât, în lume există două furnale imense construite pe principiu similar, care au demonstrat că ideea e viabilă, că totul funcţionează, dar acest principiu de reciclare şi producţie a oţelului aşa şi nu s-a răspândit până acum, în mare parte din cauza că depinde de condiţiile meteo cu soare ca să opereze, iar industria preferă soluţiile mai predictibile.

Primul din ele e furnalul Odeillo din Franţa, construit încă în 1962, deci acum 63 de ani. El e situat la o altitudine de 1.535 metri, în munţii Pirinei, fiind aleasă o asemenea altitudine datorită numărului mare de zile cu soare, ce cumulează circa 2.400 ore anual, şi atmosferei mai rarefiate de la o asemenea altitudine.

Foto: Furnalul Odeillo din Franţa

Heliostatele sunt situate pe o pantă din apropiere, fiind 63 de elemente la număr, amplasate în 8 niveluri. Fiecare heliostat are 45 metri pătraţi, suprafaţa totală fiind de 2.835 metri pătraţi. Ele sunt dotate cu senzori şi urmăresc soarele încă de atunci, din 1962, şi-şi reflectă lumina către un dispozitiv concav de concentrare, cu o suprafaţă de 1.830 metri pătraţi, care are 40 metri înălţime, deci e efectiv cât un bloc cu vreo circa 14 etaje. Aceste oglinzi imense pot încălzi furnalul central până a 3.300 grade Celsius, multiplicând căldura soarelui de 10 mii ori şi livrând o putere termică de 1 MW. Aici au fost realizate de mai multe ori topiri de oţel, dar edificiul a rămas unul cu scop de cercetare, nu unul industrial.

Un alt furnal solar de talie similară se află în Parkent, Uzbekistan, fiind inspirat de cel francez. A fost construit între 1981 şi 1987 şi are 62 heliostate poziţionate în mod similar, iar construcţia concavă cu oglinzi cu rol de concentrare a razelor are 54 metri înălţime, deci e chiar mai mare. Puterea finală, însă, e aceeaşi, de 1 MW energie termică. Altitudinea de 1.050 metri a fost aleasă tot din considerente de aer rarefiat, la fel ca şi zona, cu 250-270 zile însorite pe an. Furnalul poate atinge 3.000 grade Celsius. Şi acesta a avut rol de cercetare şi ştiinţă, deşi la un moment dat se anunţa şi posibilitatea de a i se aloca şi funcţii industriale.

Foto: Furnalul solar din Parkent, Uzbekistan

Astfel, ideea genială folosită de elveţieni nu e una absolut nouă, ci a fost iniţiată de francezi mulţi ani în lume, dar n-a prins aderenţă în industria prelucrării oţelului, din cauza intermitenţei, a investiţiilor mari necesare iniţial şi a alternativelor mai ieftine cu gaz sau cărbune. Dar elveţienii sunt convinşi că acum trăim alte timpuri, în care emisiile CO2 sunt importante, iar companiile îşi doresc oţel produs cu aproape zero impact pentru mediu. Tocmai de asta, ei speră ca acest proiect şi echipa lor de ingineri să crească într-o companie mare constructoare de asemenea furnale solare, mai mari şi mai mici, în diverse locuri de pe mapamond. Şi poate într-o zi am putea vedea şi oţelul folosit la producţia de maşini topit într-un asemenea mod.