Зеленая металлургия: революция в индустрии для охлаждения планеты

Среднегодовая температура Земли растет с начала промышленной революции. Главная причина — сжигание ископаемого топлива, увеличивающее выбросы CO2 в атмосферу. До промышленной революции концентрация CO2 составляла 280 ppm (0,028%), а к началу 2019 года выросла до ~413 ppm (0,0413%). На рис. 1 показан глобальный рост температуры и концентрации CO2 за последние 800 000 лет. Данные по CO2 предоставлены NOAA (США). Прямых измерений нет, информация получена из ледовых кернов через проект EPICA (Антарктида).

Природа глобального потепления

Глобальное потепление — результат «слишком большого количества хорошей вещи». Без атмосферы поверхность Земли была бы заморожена. Солнечный свет поглощается океанами и континентами, нагревая их. Большая часть тепла излучается обратно в космос в виде инфракрасного излучения. Здесь вступают в игру «парниковые газы» (преимущественно водяной пар, CO2, метан), взаимодействующие с ИК-излучением и удерживающие его в атмосфере. В результате происходит «хорошая вещь» — атмосфера удерживает тепло. Но слишком сильный эффект делает атмосферу слишком теплой.

Рис. 1 показывает рост CO2 с 280 до 413 ppm с начала промышленной революции. Радиоуглеродное датирование связывает этот рост со сжиганием ископаемого топлива (уголь, нефть, газ). За тот же период средняя глобальная температура выросла на 1 °C. Казалось бы, немного, но считается, что дальнейший рост может иметь серьезные последствия: исчезновение морского льда, отступление ледников, рост уровня моря (в среднем 3,3 мм/год). Для избежания негативных последствий климатических изменений глобальное потепление нужно удерживать ниже 2 °C.

Роль железно-стальной промышленности

Железно-стальная отрасль — крупнейший сектор по суммарным глобальным ископаемым и промышленным выбросам, составляя 7–9% парниковых газов. Крупнейший промышленный эмиттер, отвечающий за ~8% глобального конечного энергопотребления. Поэтому в фокусе правительств. С другой стороны, сталь жизненно важна для современных экономик, и глобальный спрос будет расти для удовлетворения социальных и экономических потребностей. Сталь также критична для перехода к чистой энергии. Генерация и использование электроэнергии зависят от ферромагнитных свойств стали и ее сплавов. Сталь — ключевой материал для ветряков, сетей передачи/распределения, ГЭС, АЭС и других активов энергетического сектора.

Вызов декарбонизации

Прямые выбросы CO2 от отрасли — ~2,6 Гт CO2/год, или ~четверть промышленных выбросов CO2, из-за высокой зависимости от угля и кокса как топлива и восстановителей. Дополнительные 1,1 Гт CO2 приходятся на использование дымовых газов и других топлив для генерации потребляемой электроэнергии и импортируемого тепла.

Высокая зависимость от угля в первичном производстве стали, долгоживущие капитальные активы и экспозиция к международной торговле и конкуренции делают переход к почти нулевым выбросам CO2 сложным. Поэтому сектор называют «трудноустранимым» (hard to abate).

Удовлетворение спроса на сталь представляет вызовы для отрасли в поиске устойчивого пути, сохраняя конкурентоспособность. Производители несут большую ответственность за снижение энергопотребления и выбросов, разработку устойчивых продуктов и повышение конкурентоспособности через инновации, внедрение низкоуглеродных технологий и ресурсную эффективность.

Недавние исследования оценивают, что ~14% потенциальной стоимости сталелитейных организаций под риском, если они не снизят экологическое воздействие. Декарбонизация — приоритет для экономической конкурентоспособности и сохранения лицензии на деятельность. Длительные инвестиционные циклы (10–15 лет), многомиллиардные финансирования и ограниченные производственные мощности поставщиков делают вопрос еще более актуальным и закрепляют значительные временные лаги для решения проблемы деkarбонизации.

Прогресс и направления развития

Отрасль признала необходимость долгосрочных решений для борьбы с выбросами CO2 при производстве стали. Сталелитейная промышленность проактивно улучшает энергопотребление и снижает выбросы. Улучшения энергоэффективности привели к снижению энергии на тонну грубой стали на ~50% с 1975 года в большинстве ведущих стран-продуцентов. Дальнейшие улучшения идут за счет максимального использования передовых технологий.

Зеленая металлургия — использование процессов, снижающих выбросы CO2. Работа ведется в ЕС, США, Канаде, Бразилии, Японии, Корее, Австралии, Китае. Пять ключевых направлений: (i) технологии с использованием угля, (ii) технологии с водородом, (iii) технологии с электронами (электролиз), (iv) технологии с биомассой, (v) технологии улавливания, использования и/или захоронения углерода (CCUS). Пути к прорывным технологиям для снижения выбросов CO2 из рудных маршрутов показаны на рис. 2.

Региональные инициативы

ЕС: программа ULCOS

В ЕС прорывные технологии разрабатываются в программе ULCOS (Ultra-Low CO2 Steelmaking). Работа ведется по: (i) «доменная печь с рециркуляцией верхового газа» (TGR-BF) с CCUS; (ii) процесс HIsarna с CCUS, включающий плавильное восстановление; (iii) ULCORED с CCUS — новая концепция прямого восстановления (DR); (iv) электролиз. Также ULCOS работает над использованием углерода из устойчивой биомассы и водородным сталелитием.

США: публично-частное партнерство

Работа ведется в партнерстве AISI (Американский институт железа и стали) и DOE (Министерство энергетики) и Office of Industrial Technology. Два значимых проекта: (i) подвесное водородное восстановление железооксидного концентрата; (ii) плавильный оксидный электролиз (MOE). В ближайшей перспективе AISI разрабатывает «парную прямой печь» — угольный процесс DRI и плавильного металла для долгосрочной замены доменных печей и коксов.

Япония: программа COURSE50

Шесть сталелитейных и инженерных организаций, Японская федерация железа и стали, NEDO. Цели: (i) снижение выбросов CO2 при восстановлении руды в ДП с другими восстановителями (водород); (ii) реформирование коксового газа для повышения водородного содержания с использованием отработающего тепла; (iii) высокопрочный и высокореактивный кокс для восстановления водородом. Также работа над захватом CO2 из доменного газа: (i) химическое и физическое поглощение для захвата, разделения и восстановления CO2; (ii) снижение энергозатрат на захват/разделение/восстановление с использованием отработающего тепла завода.

Южная Корея

Участвуют POSCO, RIST, POSLAB, POSTECH. Три перспективных маршрута: (i) малоуглеродистое сталелитие: малоуглеродистый FINEX, предварительное восстановление и тепловозврат горячего синтера; (ii) захват и захоронение CO2: поглощение CO2 аммиачным раствором, секвестрация в океанских газовых месторождениях; (iii) водородное сталелитие: восстановление руды в FINEX водородно-обогащенным сингазом, водородно-обогащенный доменный процесс.

Категории прорывных технологий

Новые технологии для снижения/устранения углеродных выбросов делятся на две категории: (i) CCUS — улавливание, использование и/или захоронение углерода; (ii) альтернативное восстановление железной руды. CCUS использует разные методы захвата CO2: либо хранение (геологические формации, исчерпанные подморские газовые коллекторы), либо переработка для дальнейшего использования. Сама по себе CCUS не достигает углеродной нейтральности. Но может дать отрицательный углеродный баланс, если ископаемое топливо заменяется биомассой.

Второй тип — замена кокса или природного газа альтернативными восстановителями руды: водородом и прямым электрическим током. Теоретически могут сделать производство стали полностью зеленым. Но большинство, вероятно, потребуют еще больше времени и средств по сравнению с CCUS.

Перспективные технологии

Технологии с CCUS

CO2, выделяемый в процессе, отделяется от других газов и захватывается. Захваченный CO2 транспортируется трубопроводом или судном на береговую или шельфовую площадку хранения или используется. Процессы CCUS включают пост-/предсгорания захват, сжатие, транспорт, хранение/использование. Рис. 3 показывает схему CCUS для упрощенного маршрута ДП-КО (BF-BOF).

Главное преимущество — CCUS можно относительно легко интегрировать в существующие конвенциональные brownfield-заводы. Технология не специфична для сталелитья, другие отрасли могут делить затраты на разработку и инфраструктуру. Будущие операционные затраты в значительной степени предсказуемы.

Главный недостаток — CCUS не полностью углеродно-нейтральна, процесс захвата улавливает только ~90% CO2. Другие вызовы: неопределенность общественного принятия захоронения углерода, ставящая пионеров в невыгодное положение. Сейчас, за исключением малых наземных хранилищ, море — единственное подходящее крупное хранилище, требующее значительных транспортных усилий. Использование выбросов также должно гарантировать отсутствие углеродного выброса на более поздней стадии для углеродной нейтральности. Оборудование CCUS увеличивает нагрузку на обслуживание и простои со значительным влиянием на операционные затраты.

Есть пилотные проекты по переработке выбросов (CO2 в синтетическое топливо), но пока не углеродно-нейтральны, так как CO2 выделяется позже.

Углевое восстановление на биомассе с CCUS

Идея: углеродно-нейтральная биомасса частично заменяет ископаемое топливо в предобработке или как восстановитель руды. Примеры: углеродистые «chars» из сырой биомассы (водоросли, трава, древесина) для производства заменителя кокса, или биогаз впрыскивается в шахтную печь вместо природного газа. Процессы включают пиролиз и гидротермальную карбонизацию. CCUS заботится об остаточных выбросах.

Биомасса одна может сократить выбросы CO2 на 40–60%, в комбинации с CCUS — достичь углеродно-нейтрального сталелитья. В краткосрочной перспективе — мгновенная частичная замена ископаемого топлива, дающая быстрые снижения выбросов на существующих заводах. CO2 из выбросов также можно перерабатывать через CCUS для производства свежей биомассы.

Однако выращивание биомассы сложно. Экологически: риск вырубки лесов, загрязнения, снижения биоразнообразия. Социально: влияние на цены продовольствия и сельхозугодия. Политическое и социальное принятие — высокий риск. Кроме того, биомасса имеет более низкую теплотворную способность, чем ископаемое топливо, ограничивая применение в крупных ДП или снижая эффективность. Из-за высокого содержания воды может быть слишком тяжелой для крупных ДП.

Исследование шведской группы SWEREA на заводе SSAB в Леулео выявило потенциал снижения выбросов CO2 на 28% с биомассным восстановлением.

Водородная шахтная печь для прямого восстановленного железа (DRI)

Вместо углеродного восстановителя (реформированный природный газ) используется водород для восстановления железорудных пеллет в DRI (губчатое железо). Реакция в шахтной печи. Полученный DRI заряжается в ЭДП и с добавлением углерода перерабатывается в сталь. DRI также можно заряжать в ДП как HBI (горячее брикетированное железо), что значительно повышает эффективность ДП и снижает коксовый расход. Похожие технологии — Midrex и Energiron.

В водородном восстановлении руда восстанавливается через газ-твердое реакцию, как в DRI-маршруте. Различие — восстановитель: чистый водород вместо CO, сингаза или кокса. Восстановление водородом происходит в 2–3 стадии. При T > 570 °C: гематит (Fe2O3) → магнетит (Fe3O4) → вюстит (FexO) → металлическое железо. При T < 570 °C: магнетит напрямую → железо, так как вюстит термодинамически нестабилен.

Реакции: (i) 3Fe2O3 + H2 = 2Fe3O4 + H2O; (ii) xFe3O4 + (4x-3)H2 = 3FexO + (4x-3)H2O; (iii) FexO + H2 = xFe + H2O (x=0,95). Железорудное восстановление водородом выделяет безвредный пар H2O вместо парникового CO2. Общая реакция для гематита: Fe2O3 + 3H2 = 2Fe + 3H2O — эндотермическая, ΔH при 298 °C = 95,8 кДж/моль, отрицательная для энергобаланса, требует добавки энергии с впрыскиваемым восстановительным газом/смесью. Фокус разработки — оптимизация по температуре восстановления, кинетике, составу пеллет, технологии преднагрева восстановительного газа.

Стехиометрический расход H2 для восстановления гематита — 54 кг/т железа. Завод на 1 млн т/год стали нужен водородный завод мощностью ~70 000 нм3/ч H2 (STP). При водородном восстановителе важно предвидеть изменение поведения реактора по сравнению с CO-H2 смесями. Несколько факторов взаимодействуют по-разному: кинетика, термодинамика, теплоперенос, газовая динамика.

Процесс делает весь первичный маршрут сталелитья углеродно-нейтральным и свободным от ископаемого топлива при полном использовании зеленой электроэнергии. Преимущества: высокая производственная гибкость, легкость пуска/остановки, способность использовать малые единицы для масштабируемости. Возможность зарядки DRI как HBI в ДП-КО означает использование существующих brownfield-заводов при наращивании производства в шахтной печи/ЭДП.

Все еще нужны железорудные пеллеты, производство которых может давать значительные выбросы в зависимости от источника тепла пеллетного завода. Обеспечение необходимого объема водорода — проблема, нужны эффективные крупномасштабные электролизеры. Поскольку процесс опирается на огромные объемы дешевой зеленой энергии, сталелитейные страны будут импортировать водород или предобработанное железо, теряя добавленную стоимость, если не развернут собственную зеленую энергетику. Неопределенность будущих операционных затрат, связанных с ценами на водород и электроэнергию. Рис. 4 — водородная шахтная печь для DRI.

Процесс HYBRIT

HYBRIT (HYdrogen BReakthrough Ironmaking Technology) использует водородную шахтную печь для DRI. 4 апреля 2016 три шведские компании — SSAB, LKAB, Vattenfall AB — запустили проект по изучению возможности водородного DRI с CO2-свободной электроэнергией. Создано совместное предприятие HYBRIT Development AB с полным доступом к компетенциям всей цепочки: энергопроизводство, добыча, обогащение, пеллетизация, прямое восстановление, плавка, производство грубой стали. Предварительная'étude feasibility в 2017 г. подтвердила техническую осуществимость и экономическую привлекательность для условий Северной Швеции/Финляндии.

HYBRIT заменяет уголь водородом для прямого восстановления железа в сочетании с ЭДП. Процесс практически полностью свободен от ископаемого топлива и дает существенное снижение выбросов парниковых газов. Среди инициатив, использующих водородное прямое восстановление/ЭДП, сочетающих восстановление руды водородом с ЭДП для дальнейшей переработки в сталь. Продукт — DRI/губчатое железо, заряжаемое в ЭДП, смешиваемое с ломом и перерабатываемое в сталь.

Принципиальная схема процесса HYBRIT на рис. 5. Основные характеристики: (i) неископаемое топливо в производстве пеллет; (ii) водород электролизом на ископаемую-бесплатной электроэнергии; (iii) хранение водорода в специальном блоке как буфер для сети; (iv) шахтная печь для восстановления руды; (v) специализированные пеллеты как сырье; (vi) преднагрев восстановительного газа/смеси перед впрыском в шахту; (vii) продукт — DRI или HBI без углерода или карбуризированный; (viii) DRI/HBI плавится с ломом в ЭДП.

Использование водорода от электролиза воды на ископаемую-бесплатной электроэнергии для восстановления пеллет в шахтной печи — главный альтернативный выбор HYBRIT. Инициатива включает переход к ископаемую-бесплатной цепочке от рудника до готовой стали с учетом локальных рыночных и географических условий. Швеция уникальна: избыток электроэнергии на севере, близость к рудникам, хороший доступ к биомассе и сталелитейным заводам, сильная сеть между индустрией, НИИ и вузами.

HYBRIT ближе к коммерческому развертыванию. Основан на водородном восстановителе с электролизом на возобновляемой электроэнергии. Экологическое преимущество — продукт реакции вода (H2O) вместо CO2, следствием — снижение выбросов парниковых газов. Как и в конвенциональном DRI, железо из водородного DRI можно переработать в сталь коммерчески доступными ЭДП. Этапы производства водорода и ЭДП могут быть углеродно-свободными при использовании возобновляемых источников: фотоэлектрика/ветро/гидро-электролиз, фотохимическое производство водорода, солнечно-термическое расщепление воды.

Водородный флюидизированный слой для DRI

Как и шахтная версия, использует водород для восстановления руды и производства DRI для ЭДП. Различия: восстановление в флюидизированном слое, а не в печи; используются мелкодисперсные рудные концентраты/фины вместо пеллет. Флюидизированные слои — реакторы, непрерывно смешивающие твердое сырье с газом для получения твердого продукта. Похожие процессы — FINEX и Circored.

Использование финов вместо пеллет исключает необходимость пеллетизации, сокращая затраты и высокие выбросы CO2. Флюидизированные реакторы имеют меньше проблем с внутренним прилипанием, чем шахтные печи, достигая более высокой степени металлизации (~90–95%).

Те же проблемы с обеспечением водорода, электролизерами и операционными затратами, что и у шахтного метода. Электроснабжение должно быть на 100% зеленым для углеродной нейтральности. Использование флюидизированных реакторов в сталелитии менее развито, чем шахтных печей, требует более высоких инвестиций. Рис. 6 — водородный флюидизированный слой для DRI.

Процесс HYFOR (Hydrogen based Fine-Ore Reduction)

Мировой первый процесс прямого восстановления для железорудных концентратов из обогащения, не требующий предобработки (синтерирования или пеллетизации). Снижает CAPEX и OPEX. Способен обрабатывать широкий спектр руд (гематит, магнетит).

Разработан Primetals Technologies. Применяется ко всем типам обогащенных руд. Работает с размером частиц <0,15 мм для 100% сырья, макс. размер 0,5 мм. Благодаря большой поверхности частиц достигает высоких скоростей восстановления при низких температурах и давлениях.

Первичный восстановитель — водород. Может быть от возобновляемой энергии, или водородобогащенные газы из других источников (пиролиз природного газа, конвенциональный паровой реформинг). Еще альтернатива — водородобогащенные отработавшие газы. В зависимости от источника водорода — низкие или нулевые выбросы CO2 для получаемого DRI.

Пилотный завод в.voestalpine Stahl Donawitz (Австрия) введен в эксплуатацию апрель 2021. Модульный дизайн, номинальная мощность 250 000 т/год на модуль, подходит для всех размеров сталелитейных заводов. Цель — практическое подтверждение прорывного процесса и тестовая площадка для сбора данных для промышленного масштаба.

Первые тесты успешно выполнены апрель и май 2021. Масштаб одного теста — ~800 кг руды. Пилот будет работать минимум 2 года в нескольких кампанях для тестирования различных руд и оценки оптимальных параметров для следующего этапа масштабирования. При плавной работе будет добавлен блок горячей брикетировки для верификации шага и качества HBI.

HYFOR резко снижает выбросы CO2 и помогает производителям эффективно решать проблему снижения качества железной руды, ставшей острее, что увеличивает потребность в обогащении. Растущий спрос на пеллеты для ДП и заводов прямого восстановления привел к росту цен на руду, особенно пеллетной премии. С HYFOR можно использовать мелкую руду-концентрат напрямую и выигрывать от растущего глобального предложения ультрафинов.

Пилот HYFOR в voestalpine Donawitz состоит из трех частей: (i) блок предварительного нагрева-окисления, (ii) газоочистное установка, (iii) ядро — новый уникальный блок восстановления. В блоке предварительного нагрева-окисления концентрат мелкой руды нагревается до ~900 °C и подается в блок восстановления. Восстановительный газ — 100% водород от внешнего поставщика. Система восстановления отработающего тепла из дымовых газов обеспечивает оптимальное энергопотребление, сухая система дедустирования заботится о пылевых выбросах. Горячее DRI (HDRI) покидает блок восстановления при ~600 °C перед охлаждением и выгрузкой.

HDRI при ~600 °C может быть напрямую транспортирован и заряжен в ЭДП или использован для производства HBI. HBI — для поставки на рынок. Следующий шаг — добавка горячей брикетировочной тестовой установки для тестирования характеристик HBI.

Цель пилота — верифицировать прорывной процесс и служить тестовой площадкой для базы данных масштабирования до промышленного прототипа.

Подвесное восстановление железа (Flash ironmaking)

Также известно как «flash ironmaking technology». Процесс начинается с ультратонкого помола низкокачественной руды для производства концентрата. Руда помола до частиц <100 мкм. Ультрафины восстанавливаются водородом в высокотемпературном «flash»-реакторе за несколько секунд, напрямую производя железо при добавлении углерода. Концентрат также может быть предварительно восстановлен при более низкой температуре в отдельном реакторе перед подачей в flash-реактор. Рис. 7 — принцип подвесного восстановления.

Трансформационная технология flash ironmaking разрабатывается консорциумом в США при финансовой поддержке AISI. Основана на прямом газообразном восстановлении железооксидного концентрата в flash-процессе. Потенциал снижения энергопотребления на 32–57% и выбросов CO2 на 61–96% по сравнению со средней современной ДП-операцией. Подходит для промышленной операции, конвертирующей концентрат руды (<100 мкм) в сталь без дальнейшей обработки.

Технология производит железо, минуя пеллетизацию/синтерирование и коксование. Процесс интенсивен: мелкие частицы концентрата восстанавливаются быстро при 1150–1350 °C. Время пребывания — секунды вместо минут/часов для пеллет и даже финов. 90–99% восстановления за 2–7 секунд при 1200–1500 °C. Энергозатраты с H2 — 5,7 ГДж (1360 Мкал)/т жидкого железа.

Прямое восстановление руды в стали в одном реакторе исключает этапы получения железа и синтерирования/пеллетизации. Значительные затратные и экологические выгоды. Также производит «чистую» сталь: высокие температуры и быстрые реакции обеспечивают меньше примесей.

С H2 выбросы CO2 — 0,04 т CO2/т жидкого железа. Это 2,5% выбросов ДП-маршрута. Flash-процесс при достаточно высокой температуре, чтобы частицы имели энергию для закрытия пор, образованных при удалении кислорода. Частицы гораздо менее восприимчивы к самовозгоранию от быстрого окисления. Университет Юта исследовал малые пробы порошка — не пирофорны.

Процесс применяется для производства железа как сырья для сталелитья или как часть непрерывного прямого сталелитейного процесса. Обоснованный экспериментальными данными предыдущей фазы, масштабирование ведется в Университете Юта. Лабораторные тесты во flash-печи дали кинетическую базу данных по широким диапазонам условий и полный дизайн более продвинутой лавочной установки. С целью разработки промышленно жизнеспособной flash-технологии планируется комплексная кампания лавочного тестирования. Результаты: определение масштабируемости, существенные результаты симуляции, фундаментальные инженерные данные для проектирования и строительства промышленного пилотного завода. Технологическая схема flash ironmaking на рис. 8.

Плазменное прямое производство стали

В процессе плазменного прямого производства стали железная руда (сырая, в виде финов или пеллет) восстанавливается водородной плазмой в плазменном реакторе. Одновременно в реактор добавляется углерод для производства стали. Водородная плазма — водородный газ, нагрет или электрически заряженный для разделения (ионизации) на составляющие частицы. Может использоваться термическая плазма (прямым нагревом водорода) или нетермическая (пропусканием постоянного тока или микроволн через водород).

Процесс исключает предобработку руды и позволяет более низкие температуры реактора. Высокоинтегрирован, некоторые методы (например, плазменное плавильное восстановление) требуют только один шаг. Коммерчески привлекательно. Потенциал значительного снижения затрат. Высокое качество продукта и лучшая производственная гибкость.

Технология на очень ранней стадии разработки, оптимальный процесс и полный дизайн реактора еще не разработаны. Коммерческая осуществимость еще не доказана. В рамках проекта SuSteel (Sustainable Steel) аврийский сталелитейный voestalpine построил малый пилотный плазменный водородный реактор восстановления на сайте Donawitz. Процесс на рис. 9.

Электролитические процессы

Два типа: (i) электролиз, (ii) электрообогащение (electro-winning). Называются ULCOWIN и ULCOLYSIS в программе ULCOS.

ULCOWIN работает чуть выше 100 °C в щелочном водном растворе с мелкими зернами руды. Руда помола в ультратонкий концентрат, вылуживается и восстанавливается в электролизере при ~110 °C. Полученные железные пластины заряжаются в ЭДП для производства стали.

ULCOLYSIS работает при температуре сталелитья (~1550 °C) с расплавленным солеlektролитом из шлака (пироэлектролиз). Процесс превращает руду в жидкую сталь с использованием электроэнергии как восстановителя. Рис. 10 — электролитические процессы для производства стали.

Электролиз разработан с нуля в ULCOS, все еще на лабораторном масштабе. Обещает нулевые выбросы при доступе к зеленой электроэнергии, но нужно время для масштабирования до коммерческого размера (10–20 лет). ULCOWIN — щелочной электролиз железной руды. Электролиз обычно используется для производства металлов, отличных от стали, и требует больших объемов электроэнергии. Процесс должен зависеть от низкоуглеродного источника: возобновляемая, гидро- или ядерная энергетика. ULCOLYSIS — расплавленный оксидный электролиз. Работает пропусканием электрического тока через расплавленный шлак с оксидом железа. Оксид железа распадается на жидкое железо и кислородный газ. CO2 не образуется. Выбросы процесса дальше снижаются при низкоуглеродном источнике электроэнергии.

Поскольку электролитические процессы пропускают предварительные этапы, необходимые в других маршрутах (производство кокса или H2 как восстановителей), они имеют потенциал стать наиболее энергоэффективными технологиями сталелитья, особенно электролиз. Обещают значительное снижение CAPEX (для электролиза нужно очень мало оборудования). Процесс также относительно негибок по сравнению с водородным прямым восстановлением, так как его нельзя легко остановить.