OKK hledají cestu k biokoksu | OKK on a quest for biocoke

Text: Luděk Vokáč Výroba koksu je relativně konzervativní odvětví, v němž neprobíhá překotný vývoj. Přesto se ostravské OKK Koksovny v současnosti pustily do ambiciózního výzkumného a vývojového projektu. Cílem je najít cestu k výrobě slévárenského koksu s významným podílem biosložky. Taková novinka by koksovnám přinesla snížení emisí CO2 a velkou konkurenční výhodu.

Myšlenka výroby koksu s podílem biosložky není nijak nová. „Odborníci se touto problematikou zabývali už dříve, víme o pokusech někdy před deseti či patnácti lety. Nicméně nemáme zprávy o úspěšných výsledcích. Navíc, pokud je nám známo, šlo vždy o pokusy prakticky v laboratorních podmínkách s koksem s menší zrnitostí, nikoli o slévárenský koks,“ říká Pavel Woznica, výkonný ředitel společnosti OKK Koksovny.

Důvody, proč přidání biosložky k uhlí při výrobě koksu není vůbec snadné, jsou čistě fyzikální, vycházejí ze samotné podstaty výroby koksu. Při ní se totiž míchají různé druhy uhlí, které se při procesu karbonizace v podstatě dohromady spojí, přičemž z nich uniknou veškeré prchavé látky. Obzvláště při výrobě slévárenského koksu s velkou zrnitostí je přitom důležité, aby byl obsah prchavých látek ve vsázce co možná nejnižší.

Jejich vysoký obsah totiž znamená, že se koks při jejich uvolňování v podstatě rozpadá, a tedy vzniká menší frakce, která je u slévárenského koksu nežádoucí. „Většina biosložek má přitom obsah prchavých látek i násobně vyšší než uhlí s nejvyšším obsahem prchavých látek, které pro výrobu slévárenského koksu používáme,“ vysvětluje Woznica.

Sám je ale ohledně hledání vhodné alternativy optimista. Výroba koksu totiž probíhá podle léty prověřených postupů, které se mění jen minimálně. Ovšem praxe ukazuje, že tu určitý prostor ke změnám je: „V průběhu let jsme si z různých důvodů, často i ,nedobrovolně‘, třeba kvůli omezení dodávek nebo odlišné než očekávané kvalitě dodávky uhlí, vyzkoušeli, že některé letité poučky a předpoklady v reálu zas tak moc neplatí, nebo mají na výsledný produkt menší než očekávaný vliv. Rovněž víme, že máme jistou variabilitu v technologii výroby,“ dává Woznica naději.

Najít a zajistit si biosložku

Výzkum vhodných materiálů s obsahem biogenního uhlíku probíhá souběžně po několika liniích. Při hledání biosložky, ze které by šel slévárenský koks vyrábět, spolupracují OKK Koksovny i se sesterskou společností Henry Gas. A v rámci této spolupráce se soustředí na jeden konkrétní směr: komunální odpad. Ukazuje to mimo jiné i to, jak se snaží MTX Group hledat synergie napříč svými společnostmi. Pod Henry Gas totiž spadají například snahy skupiny o materiálové využití komunálního odpadu. „Hledáme způsob, jak by Henry Gas mohla vyrábět produkt s významným obsahem biosložky z odpadu, který my bychom mohli využít do vsázky,“ naznačuje Woznica možnou cestu.

I když lidé odpad třídí, tak stále vzniká i směsný odpad a vznikat bude.

A proč komunální odpad? Důvod je poměrně jednoduchý. Pravidla EU pro využívání biosložky jsou mimo jiné nastavena tak, aby podniky, pokud možno, využívaly biomateriály ze svého nejbližšího okolí. Z čím větší vzdálenosti je dovážen biomateriál, tím se snižuje i možnost využití pozitivního vlivu biogenního uhlíku v emisích CO2 OKK Koksovny tak musí po biosložce „pátrat“ ideálně ve svém okolí a komunální odpad může být vhodným řešením. Biosložky je obecně omezené množství, a kdo si zajistí její přísun teď, bude mít do budoucna situaci snazší. „Přitom platí, že i když lidé odpad třídí, tak stále vzniká i směsný odpad a vznikat bude,“ míní Woznica. Do karet jeho využití hraje i zákaz skládkování, který má naplno vstoupit do praxe v roce 2030. Pokud se tedy podaří najít vhodnou cestu k jeho využití, mohou si OKK Koksovny dodávky vhodného produktu s obsahem biosložky původem z odpadu zajistit včas.

Ve fázi pokusů

Projekt výzkumu a vývoje výroby koksu s využitím alternativních nefosilních zdrojů s cílem snížení emisí CO2 započal již v roce 2023 a nyní se nachází ve fázi laboratorních zkoušek vybraných vzorků. „Zkoušíme různé vzorky materiálů, které procházejí karbonizačním procesem. Zjišťujeme, jak se tyto vzorky chovají během karbonizace, a hlavně co zůstane na konci karbonizačního procesu, tedy jaké množství zůstane primárně v pevném a pak samozřejmě také kapalném a plynném skupenství,“ vysvětluje Woznica. Teprve když se podaří najít vhodný materiál, který by mohl být při výrobě skutečně využit, dojde na úvahy, jak velké procento takové složky by šlo použít, aniž tím budou negativně ovlivněny požadavky zákazníků na kvalitativní standard slévárenského koksu. V plánu je, že případnou vhodnou nalezenou složku OKK Koksovny v další fázi vyzkouší přímo ve výrobě ve svých koksárenských pecích. Až tam se ukáže uskutečnitelnost celé myšlenky.

Ta vzniká proto, aby biosložka v koksu pomohla snížit emise CO2 vznikající z využívaných fosilních zdrojů a zajistit tak plnění požadavků na dekarbonizaci v průmyslu. Ruku v ruce s vývojem takovýchto výrobních postupů jde i potřeba souběžně přizpůsobovat stávající legislativu, která často nestíhá reflektovat současný často velmi dynamický vývoj v trendech a požadavcích v řadě průmyslových odvětví.

Slévárenský koks

OKK Koksovny se soustředí především na výrobu kvalitního slévárenského koksu. Slévárenský koks, na který jsou kladeny nejvyšší kvalitativní požadavky zákazníků, se vyrábí v základních frakcích (v mm) 60–90, 70–120, 100–200, +100 a +200. Zásadní část produkce slévárenského koksu je určena zákazníkům pro výrobu minerální kamenné vlny, která slouží jako izolační materiál mj. ke snižování energetické náročnosti objektů a provozů. Další významná část produkce je určena zákazníkům v odvětví slévárenství pro výrobu litiny např. pro automobilový průmysl a strojírenství.

___

Coke production is a relatively conservative industry largely free of rapid development. Even so, OKK Koksovny in Ostrava is currently embarking on an ambitious research and development project. The aim is to find a way to produce foundry coke with significant biobased content. This innovation would bring the coking plants reduced CO2 emissions and a major competitive advantage.

The idea of producing coke with bio-based components is not new. “Experts have worked on this issue before – we know of attempts some ten or fifteen years ago. There are no reports of successful results, though. What’s more, as far as we know, these have always been experiments in laboratory conditions with coke with a smaller grain size, not foundry coke,” says Pavel Woznica, CEO, OKK Koksovny.

The reasons why adding a bio-ingredient to coal in coke production is far from easy are purely physical and bound up with the very nature of coke production. Coke production involves mixing different types of coal, which are essentially combined together during the carbonisation process, with all the volatiles escaping. It is particularly important when producing large-grain foundry coke to keep the volatile content of the charge as low as possible.

A high content means that the coke essentially breaks down when the volatiles are released, resulting in a smaller fraction, which is not suitable for foundry coke. “Most bio-based components have a volatile content that is many times higher than the highest-volatile coal we use for foundry coke,” Woznica explains. But he is optimistic about finding a suitable alternative. Coke production is based on time-honoured processes, which change only minimally. Experience shows that there is some room for manoeuvre, however. “Over the years, for various reasons, often involuntary ones like supply constraints or a different than expected quality of coal supply, we’ve learnt that some long-standing tenets and assumptions don’t apply in reality, or have less influence on the final product than expected. We also know that we have some variability in the production technology,” Woznica says hopefully.

Finding the right bio-ingredient

Research into suitable biogenic carbon materials is being conducted in parallel along several lines. In its search for a bio-based material for producing foundry coke, OKK Koksovny is collaborating with its sister company Henry Gas. Here, their focus is on one particular line: municipal waste. This is a good example of how MTX Group is looking for synergies among its companies. “We’re looking at how Henry Gas could produce a waste-based product with a significant bio-based content that we could use in the plant,” Woznica explains.

And why municipal waste? The reason is simple. EU rules for the use of bio-solids are designed to ensure that companies use biomaterials from their immediate vicinity wherever possible. The greater the distance the biomaterial has to be transported, the lower the chance of leveraging the positive impact of biogenic carbon in CO2 emissions. As a result, OKK Koksovny have to look for bio-matter in their own locations, and municipal waste may be a suitable solution. Biosolids are generally limited in quantity, and anyone securing a supply stream now will have an easier time in the future. “The fact is that even if people separate their waste, mixed waste is still generated and will continue to be generated,” Woznica believes. The landfill ban due to come into full effect in 2030 also plays into the company’s hands. So if a suitable path to its reuse can be found, OKK Koksovny can secure a supply of a suitable product containing a waste-based bio-component in good time.

Even if people sort their waste, mixed waste is still generated and will continue to be generated.

Experimental phase

The R&D project for coke production using alternative non-fossil sources to reduce CO2 emissions started in 2023 and is now in the laboratory testing phase for selected samples. “We are testing different samples of materials that undergo the carbonisation process. We’re finding out how these samples behave during the carbonisation process and, crucially, what’s left at the end of the carbonisation process, i.e. how much remains primarily in a solid state and then, of course, also in the liquid and gaseous states,” Woznica explains. It is only when a suitable material is found that can actually be used in the production process that they will start considering what percentage of this component could be used without compromising on the quality standard of foundry coke demanded by customers. The plan is to test any suitable ingredient found by OKK Koksovny in the next phase directly in production in its coke ovens. That is the only way to demonstrate the project’s feasibility. The overall goal is to ensure that the bio-based component in coke helps to reduce CO2 emissions from fossil fuels and thus meet the industry’s decarbonisation requirements. Hand in hand with the development of these production processes goes the need to simultaneously adapt the existing legislation, which often fails to reflect current trends and requirements in many industries, which are often highly dynamic.

Foundry coke

OKK Koksovny’s core business is production of quality foundry coke. Foundry coke, which is subject to the highest quality requirements, is produced in the basic fractions (in mm) 60–90, 70–120, 100–200, +100 and +200. A major part of the foundry coke output is intended for customers making mineral stone wool, which is used as an insulating material, whose benefits include reducing the energy consumption of buildings and plants. Another significant share of the output is destined for customers producing cast iron, e.g. for the automotive and engineering industries.