Slunce si postavilo vlastní hutě a přetaví tak nerezovou ocel zcela bez emisí

Ve švýcarském La Chaux-de-Fonds není ani mráček a soustředěné sluneční paprsky vytváří několika tisícový žár roztavující ocelové zbytky z místní přesné výroby. Každý paprsek sleduje svůj přesný směr, každý kovový kousek se stává součástí tavného tance, až tak intenzivně až vznikají nové polotovary připravené obohatit pozemský svět. Je to průlom, kde technika a přírodní energie spojují síly, aby ukázaly, že i těžký průmysl může být elegantní, efektivní a téměř bez emisí, a že světlo může převzít roli tradičního ohně v hutnictví.

Recyklace oceli je dnes jedním z klíčových pilířů průmyslové dekarbonizace. Tradiční metalurgie je přitom zároveň jedním z největších zdrojů emisí skleníkových plynů. Výroba jedné tuny běžné nerezové oceli znamená zhruba 6,8 kilogramu ekvivalentu CO₂ na kilogram materiálu a významnou energetickou spotřebu, která je dnes ve většině případů pokrývána elektřinou získanou z fosilních zdrojů. Právě v této oblasti došlo nedávno k průlomu, který může výrazně změnit způsob, jakým se bude ocel vyrábět a recyklovat. Ve švýcarském městě La Chaux-de-Fonds spustila společnost Panatere první dvě průmyslové solární pece určené speciálně pro recyklaci nerezové oceli. Projekt, který vznikal řadu let, představuje vůbec první komerční aplikaci koncentrované solární energie v metalurgickém průmyslu.

Základní princip je jednoduchý a geniální zároveň. Pomocí heliostatů, tedy pohyblivých zrcadel sledujících pohyb slunce, je sluneční záření koncentrováno do ohniska speciálního reaktoru, kde je jeho intenzita zesílena až 5 500násobně oproti běžnému slunečnímu svitu. V ohnisku této soustavy je dosaženo teplot přesahujících 1 450 °C, přičemž při maximální koncentraci dosahuje tepelný výkon hodnot odpovídajících více než 2 000 °C. To je teplota, která bezpečně stačí k tavení nerezové oceli a otevírá prostor pro celý proces recyklace bez spalování fosilních paliv. Velký heliostat má plochu 138 m² a tvoří jej 40 pohyblivých zrcadel, která přesně směrují paprsky do desetimetrového koncentrátoru. Menší varianta používá heliostat o ploše 30 m² a koncentrátor 12 m² složený z 450 drobných zrcadel, čímž je dosaženo mimořádně vysokého faktoru zesílení slunečního záření.

Celý proces je navržen jako uzavřený lokální cyklus. Vstupní surovinu tvoří kovové třísky a špony pocházející převážně z výroby švýcarského hodinářského a biomedicínského průmyslu, tedy materiál o vysoké čistotě, který lze po přetavení znovu uvést do výroby. Po nahromadění suroviny je aktivován heliostatický systém, který sleduje pohyb slunce s vysokou přesností a směruje paprsky do ohniska reaktoru. Nerezová ocel se v peci roztaví během zhruba 90 minut. Tavenina je následně odlévána do forem, ve kterých vznikají nové tyče a výlisky přesně definovaných rozměrů: průměry 16, 45 a 60 milimetrů u tyčí, délky tří metrů, případně ploché výlisky o rozměrech například 65 × 10 × 1000 milimetrů. Typická legura odpovídá standardu AISI 316L, známé také jako X2CrNiMo18-15-3 nebo DIN 1.4441. Jde o materiál, který se běžně používá v biomedicíně, hodinářství a vysoce přesných strojírenských aplikacích.

Projekt počítá s tím, že do roku 2028 bude roční kapacita zařízení dosahovat přibližně 1 000 tun recyklované nerezové oceli. V pilotní fázi se uváděly hodnoty kolem 400 tun, což samo o sobě představuje významnou průmyslovou kapacitu na úrovni středního podniku. Vzhledem k tomu, že zařízení funguje výhradně na přímý sluneční svit, je celý proces časově navázán na počasí a denní dobu. To ovšem neznamená omezení na několik málo hodin denně: v oblasti, kde je zařízení instalováno, se počítá s 1 500 až 2 000 slunečnými hodinami ročně, což umožňuje efektivní provoz během celé sezóny. Klíčovým prvkem systému je přesnost sledování slunce a údržba zrcadlových ploch. Prach a nečistoty by totiž výrazně snížily účinnost koncentrace, a tak je součástí provozu i systematické čištění a kontrola optiky.

Z hlediska energetické bilance je podstata inovace ohromující. Slunce poskytuje na jednotku plochy v poledne přibližně 1 kW záření. Pomocí optického systému s koncentrací až 5 500× je energie soustředěna do malého prostoru s extrémní teplotou a výsledný tepelný výkon stačí k přímému tavení kovu bez jakéhokoli spalování plynu, uhlí nebo využití elektřiny z rozvodné sítě. Ztráty systému jsou minimalizovány optimalizací geometrie zrcadel, přesným řízením polohy a konstrukcí absorpčního reaktoru z materiálů s vysokou odolností vůči sálavému teplu. Použitý reaktor je konstruován tak, aby odolal dlouhodobému působení teplot přes 2 000 °C a zároveň poskytl stabilní pracovní prostředí pro opakované tavicí cykly. Účinnost celého procesu je podle dostupných dat vysoká a umožňuje dosažení mimořádně nízké uhlíkové stopy.

Právě uhlíková bilance je jedním z nejpůsobivějších aspektů celého projektu. Zatímco běžná výroba nerezové oceli znamená zhruba 6,8 kilogramu emisí CO₂ ekvivalentu na kilogram materiálu, „solární“ ocel společnosti Panatere má deklarovanou stopu pouhých 0,041 kilogramu CO₂ ekvivalentu. To je více než 160násobné snížení emisí. Tento rozdíl nevychází z dílčích optimalizací, ale z principiální změny energetického zdroje: tam, kde dosud hrála hlavní roli fosilní nebo elektrická energie, nastupuje přímo koncentrované sluneční záření. Díky tomu není potřeba žádné spalování a celý proces může být zcela bezemisní, pokud je i případná pomocná energie získávána z obnovitelných zdrojů. 

Technologický základ projektu vychází z výzkumu prováděného ve spolupráci s technickými školami Haute Ecole Arc Ingénierie a Université de Franche-Comté. Klíčovou výzvou byla nejen optická a konstrukční přesnost, ale i dlouhodobá stabilita systému vystaveného povětrnostním vlivům. Zrcadla musejí odolávat větru, teplotním výkyvům i usazování saharského prachu, který v alpské oblasti není výjimkou. Využití heliostatů přitom není samo o sobě novinkou – koncentrační solární technologie se používají pro výrobu elektřiny i pro výzkum. Novinkou je však jejich přímá aplikace na tavení kovů v průmyslovém měřítku a propojení s lokálním recyklačním řetězcem. Vstupní surovina, výroba i spotřeba materiálu jsou soustředěny v relativně malém regionu, čímž se minimalizují i logistické emise.

Při pohledu na ekonomickou stránku má systém potenciál nabídnout zajímavou návratnost investice. Pořízení heliostatického pole, optického systému a reaktoru představuje sice nemalé náklady, ovšem provozní náklady jsou díky nulové spotřebě fosilních paliv výrazně nižší než u klasických pecí. Náklady na údržbu optiky a mechaniky mohou být významné, ale nejsou dominantní. Významným faktorem bude dlouhodobá životnost zrcadel, selektivních povrchů a mechanických částí heliostatů. Pokud technologie dosáhne deklarované životnosti v řádu desítek let, může jít o jeden z ekonomicky i ekologicky nejefektivnějších způsobů výroby nerezové oceli vůbec.

Z hlediska širšího průmyslového kontextu jde o průlomový krok. Koncentrační solární technologie jsou již dnes zralé a využívané pro výrobu tepla a elektřiny, ale jejich nasazení v hutnictví je novinkou. Recyklace oceli pomocí solární energie má potenciál snížit emise v jednom z nejnáročnějších odvětví průmyslu, které je dosud obtížně dekarbonizovatelné. Projekt Panatere je navíc důkazem, že řešení nemusí vždy přijít z velkých hutních koncernů. I menší regionální podnik může přijít s technologickým skokem, který může změnit celé odvětví. Pokud se podaří technologii rozšířit, můžeme být svědky zrodu nové éry metalurgie, v níž Slunce nebude jen zdrojem elektřiny, ale přímo energie pro hutní procesy.