Boston Metal обещает экологичную выплавку стали

Далеко не все слышали о редкоземельном металле ниобии. А он везде вокруг нас. С его помощью создают яркие цвета на ювелирных украшениях, им покрывают линзы фотоаппаратов, он используется в сверхпроводящих магнитах. Он есть и в магнитах Большого адронного коллайдера, который позволил обнаружить бозон Хиггса. Достаточно 200 г ниобия, чтобы придать 1 т стали повышенную прочность и гибкость, поэтому ниобий незаменим при создании многих вещей – от реактивных двигателей самолетов до газопроводов. Более 80% производства ниобия приходится на бразильскую CBMM (Companhia Brasileira de Metalurgia e Mineracao), в которой почти всю жизнь проработал Карнейро. Когда компания начинала деятельность в середине прошлого века, никто толком не представлял, как применять ниобий в промышленности. «Весь рынок практически был создан нашей компанией», – уверял Карнейро в интервью для сайта бразильского Института технологических исследований штата Сан-Паулу. Когда в 2016 г. он уходил на пенсию с поста президента CBMM, годовая выручка компании составляла более $2 млрд.

Карнейро рассчитывал провести остаток дней, отдыхая на жарких бразильских пляжах и для души читая лекции в университетах (сейчас он приглашенный лектор в MIT). Но вместо этого отправился работать в холодный Бостон (Массачусетс, США). Карнейро не смог устоять перед искушением: ему предложили встать у истоков еще одной новой индустрии. Речь о выплавке стали методом электролиза расплавов оксидов. Так, например, производится алюминий (известный всем глинозем – это оксид алюминия), но для него нужна температура около 950 °C, а для электролиза стали – около 1600 °C.

Сейчас для получения стали, как и века назад, используется каменноугольный кокс – смесь железной руды и кокса нагревают для получения расплавленного железа или чугуна, из которого производится сталь. При этом выделяется огромное количество углекислого газа. Сталелитейные заводы ответственны, по разным оценкам, за 5–8% выбросов CO2 в мире. Учитывая тренд на декарбонизацию, им волей-неволей придется задуматься либо об улавливании выбросов (таким путем идет немецкий концерн ThyssenKrupp), либо о переходе на другую технологию производства.

Это непросто. Журнал Science назвал эту отрасль одной из самых сложных для декарбонизации – наряду с производством цемента, авиацией и перевозкой грузов на дальние расстояния.

Луна и сталь

Ученые, чьи труды использует Boston Metal, поначалу не думали о металлургии. НАСА заказало у них технологию для производства кислорода на Луне. Решение они нашли в электролизе лунных пород, при котором на аноде выделяется кислород, а на катоде – побочный продукт, металл. Проблема в том, что выплавка таким способом стали на Земле слишком дорога. Но Boston Metal удалось решить эту проблему, уверяет Карнейро. Его компания на своих экспериментальных мощностях произвела более 1 т стали, рассказывал он газете Les Echos. По его расчетам, если металлургические заводы получат такой же льготный тариф на электроэнергию, как алюминиевые – ниже $35 за МВт ч, то их электролизная сталь будет конкурентоспособной.

Когда Карнейро возглавил Boston Metal в 2017 г., в стартапе работало восемь человек. К концу этого года штат должен вырасти до сотни. Стартап получил более $100 млн инвестиций, в том числе от горнодобывающих компаний – бразильской Vale и австралийской BHP, и крупного потребителя стали – немецкого автоконцерна BMW. Госсекретарь США Энтони Блинкен рассказывал о Boston Metal полгода назад на международном саммите по вопросам климата, созванном по инициативе США (прошел онлайн 22–23 апреля, участвовали лидеры 40 стран). Со стартапом ведут переговоры о применении технологии такие сталеплавильные гиганты, как CSN, Usiminas, Jindal и ArcelorMittal. Причем ArcelorMittal, по данным Forbes, одновременно проводит и самостоятельные изыскания, как выплавлять сталь методом электролиза.

В следующем году Boston Metal собирается начать монтаж пилотной установки по промышленному производству стали путем электролиза, а в 2025 г. – открыть целый завод, работающий по этой технологии. Но он не планирует превращаться в сталелитейную компанию. Все это скорее витрина для продаж. «Наша бизнес-модель основана на продаже лицензий на наши технологии», – объяснял Карнейро бразильскому интернет-изданию NotiUlti.

«Я чувствую себя помолодевшим, став частью этой фантастической группы <...> людей с горящими глазами, желающих изменить мир и написать новую главу в книге о металлургии», – говорил Карнейро Forbes о своей работе в стартапе. Если использовать для получения электричества возобновляемые источники энергии, такие как ветряки, то удастся получить полностью экологичную сталь, отмечает он. Правда, не все настроены так оптимистично. Профессор Университета Сан-Паулу Сайро Такано, чьим студентом был когда-то Карнейро, предостерегал в интервью CNN: экспериментальное производство – это одно дело, а при переходе к промышленным масштабам может возникнуть множество проблем. Например, непонятно, как поведут себя примеси в железной руде из разных месторождений.

Жизнь ради ниобия

Карнейро вряд ли бы сделал карьеру, если бы не адмирал ВМФ США Артур У. Рэдфорд (1896–1973). Выйдя в отставку, тот стал членом совета директоров горнодобывающей компании Molycorp, которая приобрела права на месторождения ниобия в бразильском штате Минас-Жерайс. В то время исследования уже показали, что небольшое количество ниобия улучшает качество стали. Но не было понятно, есть ли у этого редкоземельного элемента какое-либо промышленное применение. Поэтому Molycorp не рисковала в одиночку развивать месторождение. Тогда Рэдфорд отправился к своему знакомому – Вальтеру Морейре Саллесу (1912–2001), который некогда служил послом Бразилии в США, а потом занялся семейным банковским бизнесом. Он согласился приобрести контрольную долю в предприятии по добыче ниобия. Так в 1955 г. появилась компания CBMM.

Надо сказать, что бразилец не пожалел об этом решении и позже выкупил долю Molycorp. В 2013 г. Bloomberg опубликовал статью, в которой утверждал, что клан Саллес (у Вальтера четверо сыновей) – самый богатый в Бразилии, хотя, из-за того что бизнес непубличный, семья прежде не фигурировала ни в одном рейтинге богачей. По сведениям агентства, в CBMM они владели долей в 70%, на которую приходилось около $9 млрд из $27 млрд состояния семьи. Второй по величине актив клана – доля в банковском холдинге Itau Unibanco, оценивалась в $7 млрд.

Почти вся карьера 61-летнего Карнейро оказалась связана с ниобием. Уроженец Сан-Жозе-ду-Риу-Прету (штат Сан-Паулу, Бразилия), Карнейро изучал металлургию в Университете Сан-Паулу. Он стал одним из многих студентов, которые на протяжении десятилетий исследовали свойства ниобия на гранты, выдаваемые CBMM. Получив диплом, с 1982 по 1988 г. проработал научным сотрудником в трех бразильских институтах и в каждом занимался ниобием. Наконец в 1988 г. его приняли на работу в CBMM, где он сделал успешную карьеру и в 2008 г. занял кресло президента.

«CBMM – это не горнодобывающая, а технологическая компания», – объяснял Карнейро Bloomberg. По его словам, CBMM – пионер развития технологий улучшения стали с помощью ниобия. Процесс добычи этого вещества сложен и требует таких капиталовложений, что, хотя в мире известно около трех сотен месторождений, работающие рудники можно пересчитать по пальцам одной руки, писал Bloomberg.

Требуется несколько стадий обработки, чтобы превратить руду из месторождения CBMM с содержанием ниобия в 3% в готовый к продаже 66%-ный сплав. Технологии CBMM настолько тщательно охраняются, что, когда в 2011 г. братья Саллес продавали 30%-ную долю компании группе азиатских инвесторов (в том числе Nippon Steel & Sumitomo Metal Corporation и Baosteel Group) за $3,9 млрд, они отказали покупателям в проведении технической экспертизы, уверяет Bloomberg.

Отмененная пенсия

Наняв в начале 2010-х гг. группу ученых во главе с профессором MIT Дональдом Садоуеем, чиновники НАСА велели им не скупиться. Главным была не экономия, а идеи – как за пределами Земли добывать кислород. Ученые предложили электролиз лунных пород. «Это на Луне все может стоить огромных денег, – рассуждал Карнейро на страницах Forbes. – Но на Земле – ценовая конкуренция <...> вы не можете позволить себе использовать в аноде иридий и платину».

Поэтому, сделав работу для НАСА, ученые задумались над удешевлением производства. Им удалось создать недорогой анод на основе хрома, который не участвует в реакции и не подвергается коррозии при выделении кислорода. Оценив потенциал изобретения, Садоуей с коллегой в 2012 г. основали стартап – Бостонскую электрометаллургическую корпорацию (Boston Electrometallurgical Corporation). Позже он был переименован в более лаконичное Boston Metal. В 2017 г. гендиректором стартапа стал Карнейро. «Технология Boston Metal – революционная!» – объяснял он NotiUlti, почему решился на переезд в США. И добавлял в интервью CNN: «Я не хотел, чтобы проект повторил судьбу многих экологичных стартапов, которые рождаются в академических кругах и десятилетиями не могут стать жизнеспособными».

Уже в 2018 г. Boston Metal провела раунд финансирования серии А и привлекла $25 млн от инвесткомпаний, большую часть средств предоставил фонд Билла Гейтса Breakthrough Energy. На эти деньги была построена экспериментальная производственная площадка в 2300 кв. м в Вуберне (Массачусетс). В 2020 г. был проведен еще один раунд финансирования, в котором приняли участие не только инвестиционные компании, но и металлургические гиганты. В том же году стартап подписал соглашение с CBMM о тестировании своих технологий на их заводах.

«Стартап из Массачусетса под названием Boston Metal <...> является пионером в новом процессе, который поможет производить сталь и другие металлы более эффективно и с меньшими затратами, при этом с меньшим загрязнением, – говорил Блинкен на апрельском саммите по климату. – Гендиректор компании, бразильский иммигрант, разглядел не занятую нишу рынка. Boston Metal сотрудничает с компаниями [металлургической] отрасли, чтобы заменить старые и грязные способы производства стали. Эта компания создает в США хорошо оплачиваемые и качественные рабочие места. Сталелитейная промышленность – это мировая отрасль с оборотом в $2,5 трлн, и многим мировым производителям придется совершить аналогичный переход. США должны помочь им в этом».

Как сообщил стартап, привлеченных средств ему хватит до конца 2023 г. Так что уже в ближайшем будущем придется привлекать новых инвесторов. В преддверии этого Карнейро не устает рекламировать технологию. «Для обычного производства стали требуется много этапов и дополнительное сырье – кокс, – говорил он Les Echos. – Наша технология позволяет обойтись без агломерационной установки, коксовой печи, доменной печи и кислородного конвертера». Благодаря относительной компактности оборудования производство на основе ноу-хау Boston Metal можно размещать близко к рудникам, экономя на логистике.

А в разговоре с CNN Карнейро напирал на то, что электролиз позволяет эффективно добывать сталь даже из бедной руды. Готов у него и ответ на сомнения его бывшего преподавателя Сайро Такано, что при масштабировании производства неизбежно появятся непредвиденные проблемы. Например, влияние примесей. Эксперименты показали, что почти все они состоят из более стабильных оксидов, чем оксид железа, и не загрязняют конечный продукт, уверяет Карнейро.

Кто прав, покажет только практика. Между тем конкуренты не дремлют. Технология Boston Metal не единственная, которая может заменить традиционные способы выплавки стали. Например, немецкая сталелитейная компания Salzgitter с 2015 г. разрабатывает технологию SALCOS (SAlzgitter LowCO2-Steelmaking), в которой вместо кокса используется водород. Вместо CO2 – побочный продукт, вода. Причем водород по замыслу создателей должен быть зеленым – производиться за счет энергии ветра. В итоге выбросы CO2 завода компании в Зальцгиттере должны, по их расчетам, к 2050 г. сократиться на 95% от нынешних 8 млн т в год.