W obliczu rosnących wymogów klimatycznych, produkcja stali staje przed koniecznością głębokiej transformacji. Jednym z najbardziej obiecujących kierunków jest tzw. „zielona stal” wytwarzana z wykorzystaniem wodoru, która może znacząco ograniczyć ślad węglowy sektora. Analiza warunków ekonomicznych pokazuje jednak, że jej opłacalność wymaga synergii kilku czynników, takich jak wysoka cena emisji CO2, dostępność taniej energii odnawialnej, wsparcie inwestycyjne oraz istnienie rynków gotowych zapłacić premię za produkt niskoemisyjny.

Analiza danych klimatycznych z ostatnich lat ujawnia bezpośrednią korelację między wzrostem globalnych emisji gazów cieplarnianych, a wzrostem średniej temperatury na Ziemi. Międzynarodowy Panel ds. Zmian Klimatu (IPCC) dostarcza niezbitych dowodów, że główną przyczyną obserwowanego globalnego ocieplenia są działania antropogeniczne, zwłaszcza spalanie paliw kopalnych (IPCC, 2023).

Konsensus naukowy zebrany w raportach IPCC wskazuje na pilną potrzebę redukcji emisji CO₂ i innych gazów cieplarnianych, aby zahamować lub odwrócić trend wzrostu temperatur. W produkcji stali możliwe jest zastąpienie koksu wykorzystywanego obecnie do redukcji rudy żelaza przez zielony wodór – rozwiązanie to jest jednak znacznie droższe i trudniejsze w zastosowaniu, co zostało opisane w dalszej części niniejszej pracy.

Transformacja klimatyczna jest nieunikniona w świetle obecnych wyzwań środowiskowych, jednak kluczowe pozostaje pytanie o źródła finansowania tych zmian. Jednym z możliwych rozwiązań finansowania szeroko zakrojonej transformacji przemysłowej może być wprowadzenie przez przedsiębiorstwa, które muszą dokonać tej transformacji, zielonych produktów z dodatkowymi premiami cenowymi. Dodatkowe środki z premii cenowej (różnicy w cenie między produktem zielonym, a klasycznym) mogłyby być przeznaczone na pokrycie kosztów wprowadzania bardziej zrównoważonych procesów produkcyjnych oraz inwestycji w czyste technologie.

Internalizacja kosztów zewnętrznych poprzez ich wliczenie do cen produktów, może prowadzić do wzrostu cen tradycyjnych, „brudnych” produktów. Taka zmiana może uczynić alternatywne, zielone produkty bardziej konkurencyjnymi. Niniejsza praca zbada wpływ systemów wliczających wycenę kosztów emisji gazów cieplarnianych w koszty produkcji na rentowność zielonych technologii na przykładzie stali.

Wycena kosztów emisji gazów cieplarnianych

Wycena kosztów emisji gazów cieplarnianych to stosowane przez niektórych regulatorów podejście mające na celu internalizację kosztów związanych z emisjami, które dotychczas były traktowane jako zewnętrzne (nie wliczane w koszty działania danej firmy, przerzucane na społeczeństwo). W praktyce oznacza to, że pod wpływem nowych regulacji, przedsiębiorstwa ponoszą bezpośrednie koszty za emisje CO₂i innych gazów cieplarnianych – muszą zapłacić odpowiednią opłatę do wyznaczonego podmiotu, np. urzędu państwowego, lub zakupić na rynku odpowiedni certyfikat, który uprawnia ich do wyemitowania zanieczyszczeń.

Na poziomie globalnym, wycena kosztów emisji tylko w części jurysdykcji (krajów, regionów, unii gospodarczych) może prowadzić do przenoszenia emisji poza ich granice. Zjawisko to jest znane jako “carbon leakage” (z ang. dosłownie wyciek węgla). Produkcja przenosi się do krajów o mniej rygorystycznych regulacjach dotyczących emisji, co może paradoksalnie zwiększać globalne emisje. Inny efekt to wzmocnienie globalnej rywalizacji jurysdykcji.Kraje i regiony wprowadzające wyceny emisji mogą starać się tworzyć mechanizmy ochronne, takie jak cła węglowe, aby chronić swoje przemysły przed nieuczciwą konkurencją z krajów bez takich regulacji.

Przykładem systemu, który wdraża to podejście, jest EU ETS (European Union Emissions Trading System) – Europejski System Handlu Emisjami. Aktem podstawowym EU ETS jest Dyrektywa 2003/87/WE z 13 października 2003[1].

EU ETS to największy na świecie system handlu uprawnieniami do emisji gazów cieplarnianych, działający w ramach mechanizmu “cap and trade”. Ustanawia limit (cap) na całkowitą ilość gazów cieplarnianych, które mogą być emitowane przez instalacje objęte systemem. W ramach tego limitu, przedsiębiorstwa otrzymują lub kupują uprawnienia do emisji, którymi mogą handlować na rynku wtórnym. Obowiązkiem każdego emitenta spełniającego wymogi dyrektywy jest zapewnienie liczby uprawnień do emisji odpowiadającej faktycznej emisji gazów cieplarnianych na koniec okresu rozliczeniowego. Po jego zamknięciu uprawnienia są umarzane.

System EU ETS został uruchomiony w 2005 r., wprowadzając handel uprawnieniami do emisji CO₂ w Unii Europejskiej. Historycznie, ceny uprawnień do emisji CO₂ (EUA) były zmienne. W pierwszych latach funkcjonowania systemu, ceny oscylowały wokół 10-20 EUR/t CO₂. W latach 2008-2012, podczas drugiej fazy EU ETS, ceny spadły znacząco, osiągając poziomy poniżej 10 EUR/t CO₂ z powodu nadmiaru uprawnień na rynku. Od 2018 r. ceny zaczęły gwałtownie rosnąć, osiągając poziom ok. 25 EUR/t CO₂ w 2019 r. W 2021 r., ceny EUA wzrosły jeszcze bardziej, przekraczając 50 EUR/t CO₂, a w 2023 r. osiągnęły rekordowy poziom ponad 90 EUR/t CO₂ (Mayer Brown, 2023).

Prognozy wskazują, że ceny uprawnień do emisji CO₂ będą nadal rosły w związku z zaostrzeniem polityki klimatycznej Unii Europejskiej i zmniejszeniem dostępnych uprawnień. Szacuje się, że do 2030 r. ceny EUA mogą osiągnąć poziom 100-150 EUR/t CO₂, co będzie wynikało z dalszego ograniczania liczby dostępnych uprawnień i rosnącego zapotrzebowania na bardziej ekologiczne technologie produkcji (ERCST, 2024).

Obecnym celem EU ETS jest zmniejszenie emisji o 62% do 2030 r. w porównaniu z poziomami z 2005 r. Dotychczasowe cele (na 2020 r.: -21%) i obecna ścieżka realizacji są bardzo pozytywne, o czym świadczy wykres na rys. 1.

Rys. 1. Zmiana wielkości emisji CO₂ objętych EU ETS, lata 2013-2023

Źródło: ERCST, 2024

W trwającej obecnie fazie IV (lata 2021-2030), większość uprawnień jest sprzedawana na aukcjach, jednak pewna ilość darmowych uprawnień nadal jest przyznawana uprawnionym podmiotom. Sektory najbardziej narażone na ryzyko ucieczki emisji, takie jak stalowy, cementowy i chemiczny, otrzymują znaczną część swoich uprawnień za darmo:

Hutnictwo stali: ok. 60% uprawnień jest przydzielanych za darmo,
Produkcja cementu: ok. 70% uprawnień jest przydzielanych za darmo,
Sektor chemiczny: ok. 50% uprawnień jest przydzielanych za darmo (ERCST, 2024).

Koszty związane z emisjami CO₂ stanowią istotną część całkowitych kosztów produkcji w różnych sektorach przemysłu. Obecnie, udział kosztów emisji w całkowitych kosztach produkcji wynosi:

Produkcja energii elektrycznej: 10%-40%,
Hutnictwo stali: 10%-20%,
Produkcja cementu: do 30%,
Sektor chemiczny: 5-15% (ERCST, 2024).

Unia Europejska planuje stopniowe wycofywanie darmowych uprawnień do emisji, co ma zachęcić przedsiębiorstwa do inwestowania w technologie niskoemisyjne. Do 2030 r. redukcja sięgnie blisko 50%, natomiast całkowite wycofanie darmowych uprawnień przewidziane zostało na 2034 r. (ERCST, 2024). Oznacza to, że w długim terminie (za 10+ lat) koszty emisji będą musiały zostać w pełni wliczone w koszty produkcji, co np. dla sektora stali może oznaczać wzrost kosztu na tonę produktu z ok. 60 EUR do nawet 300 EUR w skrajnym przypadku (całkowite wycofanie darmowych uprawnień, maksymalny wzrost cen EU ETS, brak redukcji emisji w procesie produkcyjnym – utrzymanie emisyjności ok. 2 tony CO₂ na 1 tonę stali).

Podsumowując, system EU ETS znacząco wpływa na rentowność europejskich producentów, zwłaszcza w sektorach wysokoemisyjnych. Historyczne wzrosty cen EUA oraz prognozy na kolejne lata wskazują na rosnące obciążenia kosztowe związane z emisjami CO₂. Stopniowe wycofywanie darmowych uprawnień dodatkowo zwiększy koszty operacyjne, co wymagać będzie od firm inwestycji w technologie niskoemisyjne, aby utrzymać konkurencyjność i rentowność na rynku. Stworzy to przestrzeń dla zupełnie nowych, zielonych metod produkcji i może stanowić kluczowy czynnik, który sprawi, że osiągną one próg rentowności.

Zielona stal i rola wodoru w jej produkcji

Definicja i charakterystyka produktu

Stal surowa (ang. crude steel), znana także jako stal walcowana lub stal konstrukcyjna, to podstawowy materiał wyprodukowany w hutach, który nie przeszedł jeszcze dalszych procesów obróbki wykończeniowej takich jak hartowanie, cięcie, czy malowanie. Jest to stal w najprostszej formie, która może być później przetwarzana na różnorodne produkty stalowe.

Stal surowa ma szerokie zastosowanie w różnych sektorach przemysłu ze względu na swoją wytrzymałość, plastyczność i relatywnie niski koszt. Jest kluczowym materiałem w budownictwie, służąc jako fundament dla konstrukcji takich jak mosty, wieżowce, domy oraz infrastruktura transportowa. Ponadto, stal surowa jest niezastąpiona w produkcji motoryzacyjnej, stoczniowej oraz w produkcji maszyn i urządzeń.

Rys. 2. Zastosowania stali – podział na sektory

Źródło: https://worldsteel.org/data/world-steel-in-figures-2023/

Jako jeden z najbardziej wszechstronnych i najczęściej używanych materiałów na świecie, stal surowa – a konkretnie wysokość jej produkcji i sprzedaży – jest istotnym wskaźnikiem aktywności gospodarczej i podlega ścisłemu monitoringowi rynkowemu. Ze względu na swoje zastosowanie w kluczowych sektorach przemysłu, stale monitoruje się również innowacje technologiczne, które mogą zmniejszać jej wpływ na środowisko, szczególne jeśli zmniejszają emisję dwutlenku węgla.

Według danych World Steel Association, światowa produkcja stali wyniosła w 2022 r. ok. 1,88 mld ton. Produkcja koncentruje się przede wszystkim w Chinach (1 mld ton, 54% światowej produkcji), natomiast inne istotne państwa na liście to również: Indie (125 mln ton, 6,6%), Japonia (89,2 mln ton, 4,7%), Stany Zjednoczone (80,5 mln ton, 4,3%) i Rosja (71,5 mln ton, 3,8%).

Stal surowa jest standardowo wytwarzana jedną z dwóch metod[2]:

1) poprzez redukcję rud żelaza w wielkim piecu z wykorzystaniem konwertora (ang. blast furnace – basic oxygen furnace, BF-BOF) – tzw. ścieżka pierwotna (ang. primary route),

2) poprzez topienie żelaza lub złomu w piecu elektrycznym (ang. electric arc furnace, EAF).

W obu przypadkach uzyskuje się żelazo, które następnie jest mieszane z węglem i innymi elementami, tworząc różne stopowe kompozycje stali. Proces wielkopiecowy jest wciąż dominującym rozwiązaniem (71,5% światowej produkcji). Wiąże się on z wysoką emisją gazów cieplarnianych, gdyż do redukcji rudy żelaza oraz jako paliwa do procesu używa się koksu – produktu rafinacji węgla koksowniczego. Piec elektryczny bazuje na znacznie wyższym wykorzystaniu energii elektrycznej, ale jeśli pochodzi ona z paliw kopalnych (np. z elektrowni węglowych lub gazowych), to ślad węglowy takiej produkcji nadal jest wysoki. Piec elektryczny może topić zarówno żelazo pochodzące z rudy, jak i złom stalowy. W pierwszym przypadku mówimy o metodzie DRI-EAF (DRI – Direct Reduced Iron), natomiast w drugim jest to tzw. Scrap-EAF (scrap – złom).

Zielona stal to stal produkowana z zastosowaniem metod minimalizujących lub eliminujących emisję dwutlenku węgla oraz inne negatywne oddziaływanie na środowisko. Istnieje co najmniej kilka metod produkcji zielonej stali, które stosować można do różnego typu wsadu – zarówno rudy żelaza (produkcja pierwotna stali), jak i złomu (recykling). W zależności od metody produkcji, stopień redukcji negatywnego wpływu na środowisko jest różny: od kilkudziesięciu procent przy stosowaniu obecnych metod z wykorzystaniem OZE lub biomasy do nawet 100% mniej CO₂, jeśli wykorzysta się całkowicie nowe metody, takie jak redukcja wodorem. W szczegółach zostanie to opisane w dalszej części tego podrozdziału.

Zielona stal jest wykorzystywana wszędzie tam, gdzie odbiorca końcowy produktu, do użycia którego wykorzystuje się stal, ma wysoką świadomość środowiskową i oczekiwanie podjęcia działań zmierzających do ochrony środowiska i klimatu przez producentów kupowanych przez siebie towarów. Za rynek szczególnie chętny do przechodzenia na zieloną stal wskazuje się przemysł automotive, który w kolejnej dekadzie ma stać się jej najistotniejszym odbiorcą[3].

Proces produkcyjny zielonej stali

Technologia DRI-EAF służy bardziej ekologicznej produkcji stali surowej z rudy żelaza niż klasycznie stosowana metoda BF-BOF. Jeżeli w procesie zastosuje się energię odnawialną w formie elektryczności oraz zielonego wodoru, to ślad węglowy wytworzonej stali będzie bliski zeru. Takie podejście jest obecnie testowane w szeregu instalacji pilotażowych i demonstracyjnych. Projekt HYBRIT, który jest wynikiem współpracy szwedzkich firm SSAB, LKAB i Vattenfall, to pionierskie pełnoskalowe podejście do produkcji zielonej stali w tej technologii, którego komercyjne uruchomienie zaplanowano na koniec 2027 r. Koszt całego projektu (demonstratora oraz docelowej instalacji przemysłowej) wynosi ok. 25 mld SEK (Olsson, O., & Nykvist, B., 2020), co można przeliczyć na ok. 2,2 mld EUR.

Zgodnie z założeniami, huta wybudowana w Gällivare w ramach wspomnianego projektu będzie wytwarzała rocznie ok. 1,35 mln ton żelaza zredukowanego wodorem (żelaza gąbczastego), które zostanie wykorzystane do produkcji 1,2 mln ton stali surowej (jest to odpowiednik ok. 25% całkowitej produkcji Szwecji). Pozwoli to zmniejszyć emisję gazów cieplarnianych o 14,3 mln ton CO₂ w ciągu pierwszych 10 lat działalności. Żelazo gąbczaste będzie następnie przetwarzane do stali surowej w nowych piecach EAF (które zastąpią istniejące wielkie piece) w hucie SSAB w Oxelösund. Instalacji DRI będzie zaopatrywana w zielony wodór przez instalację elektrolizy o mocy 500 MW. Elektroliza będzie zasilana wyłącznie ze źródeł odnawialnych, głównie hydroelektrowni.

HYBRIT był znacząco wspierany przez szwedzkie dotacje rządowe[4]. Właścicielom tego projektu udało się też pozyskać dofinansowanie w wysokości 143 mln EUR z Funduszu Innowacyjności Unii Europejskiej[5]. Dotacja obejmuje kwotę 108 mln euro (Hybrit Development AB) na demonstrację procesu bezpośredniej redukcji żelaza wodorem, w tym produkcję wodoru bez paliw kopalnych w Gällivare, 30 mln euro (SSAB) i 5 mln euro dla LKAB na pozostałe działania[6].

Analiza środowiskowa

Udział produkcji stali w światowych emisjach gazów cieplarnianych szacuje się na ok. 7%[7] do 11%[8]. Według danych World Steel Association, produkcja stali surowej wygenerowała emisję ok. 3,6 mld ton CO₂ w 2022 r. Branża ta jest największym emitentem GHG w światowym sektorze przemysłu.

Intensywność emisji i zużycie energii na 1 tonę produktu prezentuje tabela 1. Zawiera ona uśrednione dane pochodzące z niemal wszystkich hut stali na świecie (zrzeszonych w World Steel Association) – są to więc i względnie nowe zakłady i dobiegające końca życia.

Tab. 1. Intensywność emisji i zużycia energii przy różnych metodach produkcji stali surowej, 2022 r.

	Emisja CO₂ [t] na tonę stali	Zużycie energii [GJ] na tonę stali
Średnia globalna	1,91	20,99
BF-BOF	2,33	23,98
Scrap-EAF (złom)	0,68	10,20
DRI-EAF	1,37	22,37

Źródło: https://worldsteel.org/steel-topics/sustainability/sustainability-indicators-2023-report/

Podobne zestawienie dla nowych zakładów lokowanych w Europie przygotowane przez niemiecki think-tank Agora Industry daje też możliwość porównania technologii klasycznych oraz zielonego odpowiednika:

Tab. 2. Intensywność emisji na tonę stali w nowych instalacjach

	Emisja CO₂ [t] na tonę stali	Redukcja emisji względem BF-BOF
BF-BOF	1,71	n/d
DRI-EAF (gaz ziemny)	0,506	-70,4%
DRI-EAF (zielony wodór)	0,04	-97,7%

Źródło: opracowanie własne na bazie Agora Industry, Future Camp, Wuppertal Institut (2022)

Wielkość rynku i zielona premia

Rynek zielonej stali na świecie i w Europie

Ze względu na bardzo szeroki zakres technologii, które mogą być uznawane za zielone, trudno jest jednoznacznie określić wielkość i wartość rynku zielonej stali. Według Allied Market Research[9], światowy rynek zielonej stali był wyceniany na 200 mln USD w 2022 r. Wartość ta przekłada się na produkcję rzędu zaledwie ok. 0,3-0,5 mln ton – jest to tonażowo ok. 0,016% całego światowego rynku stali. Z kolei inne raporty, takie jak European Green Steel Market (by Demand, Supply, Type, End User, & Region): Insights and Forecast with Potential Impact of COVID-19 (2023-2028)[10] wskazują, że sam europejski rynek zielonej stali sięgnął w 2023 r. 1,51 mln ton (0,08% światowego rynku stali) patrząc od strony podaży, natomiast popyt w Europie wyniósł 3,68 mln ton (0,2% światowego ryku stali). Dane o podobnym rzędzie wielkości podaje raport Fortune Business Insight[11], według którego światowy rynek zielonej stali w 2023 r. był wart ok. 2,7 mld USD, co daje ok. 4,15 mln ton stali (0,22% światowego rynku stali).

Biorąc pod uwagę, że globalny popyt na zielone produkty na razie koncentruje się w Unii Europejskiej ze względu na jej najbardziej ambitne polityki klimatyczne, dane z dwóch ostatnich raportów wydają się wzajemnie uzupełniać i być bardziej wiarygodne. W każdym przypadku mówimy jednak nadal o małym ułamku (poniżej 1%) całego światowego rynku stali. Należy jednak zaznaczyć, że jest to rynek bardzo dynamicznie rosnący – wspomniane powyżej raporty szacują średnią stopę wzrostu w ciągu najbliższych kilkunastu lat na 60-100% rocznie. Co więcej, przyrost produkcji zielonej stali wynika nie tylko ze stopniowego przechodzenia istniejących zakładów na nowe metody, ale też budowy całkowicie nowych, wielkoskalowych, „zielonych” zakładów produkcji.

Ceny stali surowej

Ceny stali w Europie zanotowały bardzo dynamiczną zwyżkę związaną z kryzysem energetycznym pod koniec 2021 r. oraz agresją Rosji na Ukrainę na początku 2022 r. W szczytowym momencie ceny sięgały nawet 1500 EUR za tonę. Od tego czasu sytuacja nieco się unormowała. Obecnie stal surowa w najpopularniejszej formie walcowanej na gorąco (ang. hot rolled coil steel, HRC steel) notowana jest na europejskim rynku w przedziale 700-900 USD za tonę, co można przeliczyć na ok. 640-830 EUR za tonę. Ceny te odpowiadają kosztom produkcji wyliczonym szczegółowo w kolejnym podrozdziale z tą różnicą, że obecnie producenci stali w UE otrzymują darmowe uprawnienia pokrywające w ok. 60% ich emisje. Stąd koszty produkcji są obecnie istotnie niższe niż planowane na lata 2035+ – ok. 630 EUR w 2024 r. vs 790 EURO w 2035+.

Wysokość zielonej premii dla stali

Na potrzeby niniejszej pracy autor przeprowadził szerokie badania portali branżowych związanych z produkcją i sprzedażą stali oraz wyrobów ze stali, m.in. fastmarkets.com i gmk.center oraz bardziej ogólnych portali ekonomicznych, które pisują o tych rynkach (np. reuters.com). Z przeanalizowanych kilkudziesięciu artykułów z lat 2023-2024 wyłaniają się dwa kluczowe wnioski.

Po pierwsze, zielona premia jest jak najbardziej realna. Przez wielu graczy rynkowych wyceniana jest jako procent względem ceny bazowej – w takim wypadku zazwyczaj mowa jest o 10-20% premii. W przypadku premii w wartościach bezwzględnych, mowa jest o 100-150 USD premii globalnie i nawet dwa razy więcej w Unii Europejskiej.

Po drugie, gotowość do płacenia zielonej premii mają tylko stosunkowo małe branże, w których dodatkowy koszt tej stali nie przełoży się istotnie na cenę finalnego produktu. Przykładowo samochód osobowy wymaga 1-1,5 tony stali, co nawet przy maksymalnej premii oznacza wzrost ceny finalnego produktu o zaledwie 1% (przy założeniu ceny samochodu 20 000 euro i premii 140 EUR*1,5 tony daje to dokładnie 1,05% wzrostu ceny). Z kolei w branży budownictwa nawet niewielka premia bardzo istotnie podniesie cenę całej inwestycji – np. w przypadku budowy nowoczesnego drapacza chmur należy zużyć ok. 700 ton stali na piętro, co oznacza, że w przypadku 100-piętrowego budynku potrzeba ok. 70 000 ton, co przy stawce 150 dolarów za tonę zwiększy koszt o ok. 10,5 mln dolarów. Wskazane powyżej przykłady należy włożyć w istotny kontekst: sektor konstrukcyjny zużywa prawie 5 razy więcej stali, niż cały sektor automotive, z którego tylko część faktycznie jest zainteresowana samochodami o niższym śladzie węglowym.

Dwa powyższe wnioski interpretowane razem wskazują, że chociaż zielona premia istnieje i jak najbardziej może, a nawet powinna być brana przy konstruowaniu modelu biznesowego, to kluczowym problemem długoterminowym może być głębokość tego rynku oraz zapotrzebowanie w konkretnych branżach, takich jak automotive. Trudno też na razie wyobrazić sobie taką sytuację, w której cały globalny rynek stali do wszystkich zastosowań staje się zielony. Obecnie popyt na zieloną stal w Unii Europejskiej przewyższa podaż, co daje dobre perspektywy dla producentów, ale muszą oni pilnie monitorować status nowych projektów aby uniknąć przeinwestowania.

Koszty produkcji

Uproszczony model kosztowy produkcji zielonej stali na potrzeby niniejszej pracy został opracowany przez autora w oparciu o znacznie bardziej zaawansowany model autorstwa Agora Industry, Future Camp, Wuppertal Institut (2022). Poniżej przedstawiono założenia do obliczenia kosztu 1 tony stali w metodzie BF-BOF oraz DRI-EAF-H2 (z wykorzystaniem wodoru).

Założenia ogólne:

Analiza koncentruje się na produkcji hutniczej i sprzedaży jej produktów w Unii Europejskiej – przyjęto założenie, że do wszystkich produktów stosują się te same, europejskie regulacje dotyczące wprowadzania na rynek i oznakowania.
Prognoza obejmuje okres po wdrożeniu CBAM i pełnym wygaszeniu darmowych uprawnień do emisji w EU ETS (lata 2035+) – przyjęto pełne koszty emisji do opłacenia przez producenta niezależnie czy jest to produkt z UE, czy importowany.
Koszty CAPEX jak dla nowej inwestycji typu brownfield (teren przygotowany i uzbrojony, koszty CAPEX dotyczą tylko infrastruktury produkcyjnej).
Koszty OPEX zawierają ceny energii elektrycznej, paliw (gaz ziemny/biometan oraz węgiel lub wodór w zależności od technologii), kruszyw oraz pozostałe (np. koszty pracy, remontów).
W kosztach OPEX wliczono ceny rudy żelaza z kompozycją różną dla różnej metody (BF-BOF jest w stanie przetapiać każdej jakości rudę, DRI-EAF wymaga lepszej jakościowo, a więc droższej rudy).
Dla DRI-EAF-H2 opracowano trzy ścieżki: konserwatywną, optymistyczną oraz optymistyczną z dotacją do CAPEX na poziomie 30% (jest to już obecnie osiągana dotacja, np. wspomniany HYBRIT pozyskał łącznie z funduszu krajowych i UE ponad 400 mln EUR z ok. 1400 mln EUR (~30%) wartości projektu).

Założenia szczegółowe (techniczne):

Wsady i współczynniki zużycia w oparciu o Agora Industry, Future Camp, Wuppertal Institut (2022).
Dla DRI-EAF-H2 przyjęto, że wodór nie jest używany do podgrzewania (jest to znacznie mniej opłacalne), a jedynie do redukcji rudy. Podgrzewanie (ang. preheating) wyłącznie w oparciu o energię elektryczną.
W DRI-EAF-H2 w celu uniknięcia emisji z gazu ziemnego, który nadal jest konieczny w procesie, zastąpiono go biometanem – gazem o niemal identycznym składzie, ale posiadającym odpowiedni, zielony certyfikat umożliwiający uniknięcie emisji CO₂.

Założenia cenowe:

Ceny wodoru odnawialnego zgodnie ze ścieżkami Komisji Europejskiej skorygowane o wyniki aukcji Europejskiego Banku Wodoru (2024: Szwecja – 5,5 EUR/kg, ścieżka konserwatywna 2035+: 4 EUR/kg, optymistyczna 2035+: 2,5 EUR/kg)[12].
Cena energii elektrycznej 2035+: 60 EUR/MWh, optymistyczna: 40 EUR/MWh.
Ceny emisji CO₂ w oparciu o prognozy na 2030 r. ERCST (2024): 130 EUR/t (2035+ konserwatywna) lub 180 EUR/t.
Pozostałe ceny zgodnie z Agora Industry, Future Camp, Wuppertal Institut (2022).

Wyliczone koszty produkcji:

Tab. 3. Prognoza kosztów produkcji stali w technologii klasycznej (BF-BOF) i zielonej (DRI-EAF-H2) w perspektywie długoterminowej (2035+) – ścieżka konserwatywna

	*BF-BOF*	*DRI-EAF-H2*
CAPEX [EUR/t]	170	414
OPEX [EUR/t]	398	610,5
Emisja CO₂[tCO₂/t]	1,71	0,04
Koszt 1 EUA [EUR]	130	130
Koszt emisji [EUR]	222	5
Koszt produkcji tony stali [EUR]	790	1029,7
Koszty krańcowe [EUR]	620	615,7

Źródło: obliczenia własne

Przy konserwatywnych założeniach, różnica w kosztach krańcowych jest niewielka na korzyść metody ekologicznej. Niestety biorąc pod uwagę znacznie wyższe koszty budowy zakładu (CAPEX), sumaryczne koszty produkcji zielonej stali są wyższe o ok. 240 EUR. Mając jednak na uwadze wnioski przedstawiane w poprzednim podrozdziale, różnica ta może faktycznie zostać pokryta przez zieloną premię płaconą przez tych nabywców stali, którym zależy na bardzo istotnym obniżeniu emisyjności swoich produktów wytwarzanej z tejże.

Tab. 4. Prognoza kosztów produkcji stali w technologii klasycznej (BF-BOF) i zielonej (DRI-EAF-H2) w perspektywie długoterminowej (2035+) – ścieżka optymistyczna

	BF-BOF	DRI-EAF-H2
CAPEX [EUR/t]	170	414
OPEX [EUR/t]	398	518,7
Emisja CO₂ [tCO₂/t]	1,71	0,04
Koszt 1 EUA [EUR]	180	180
Koszt emisji [EUR]	307,8	7
Koszt produkcji tony stali [EUR]	875,8	939,9
Koszty krańcowe [EUR]	705,8	525,9

Źródło: obliczenia własne

W modelu optymistycznym koszty różnią się dla obu technologii: w BF-BOF rośnie koszt emisji związany z przyjętym wyższym poziomem cen uprawnień do emisji (180 EUR zamiast 130 EUR w scenariuszu konserwatywnym). Z kolei DRI-EAF-H2 korzysta na założonych niższych cenach energii elektrycznej i tym samym wodoru odnawialnego. Mimo tych zmian, koszty produkcji tony stali wciąż niższe są w metodzie BF-BOF, ale różnica spada do zaledwie 65 EUR/t – wartość ta mieści się w niemal wszystkich przedziałach możliwych do osiągnięcia premii cenowych, do których dotarł autor niniejszej pracy. Natomiast długoterminowa przewaga metody DRI-EAF-H2 widoczna jest w bardzo istotnej różnicy kosztów krańcowych, które są w niej niższe niż w BF-BOF aż o 180 EUR/t.

Tab. 5. Prognoza kosztów produkcji stali w technologii klasycznej (BF-BOF) i zielonej (DRI-EAF-H2) w perspektywie długoterminowej (2035+) – ścieżka optymistyczna + dotacja 30% CAPEX

	BF-BOF	DRI-EAF-H2
CAPEX [EUR/t]	170	289,8
OPEX [EUR/t]	398	518,7
Emisja CO₂[tCO₂/t]	1,71	0,04
Koszt 1 EUA [EUR]	180	180
Koszt emisji [EUR]	307,8	7
Koszt produkcji tony stali [EUR]	875,8	815,7
Koszty krańcowe [EUR]	705,8	525,9

Źródło: obliczenia własne

Ostatni analizowany przypadek to lekko zmodyfikowana ścieżka optymistyczna. Modyfikacja polega na obniżeniu CAPEX o 30% ze względu na dotację (np. z funduszy UE i/lub krajowych, jak w przypadku projektu HYBRIT). W tym scenariuszu nie tylko koszty krańcowe są niższe w metodzie DRI-EAF-H2, ale też koszty produkcji – o ok. 60 EUR/t. W takim wariancie żadna premia cenowa jest niepotrzebna.

Próg rentowności

Poniżej przedstawione są szczegółowe wyliczenia progu rentowności (ang. break even point, BEP) dla trzech różnych ścieżek kosztowych opisanych w punkcie 5: konserwatywnej, optymistycznej i optymistycznej z dotacją.

Ścieżka Konserwatywna

Założenia:

CAPEX: 2,2 mld EUR,
Cena sprzedaży zielonej stali (P): 790 EUR/t,
Koszt zmienny na jednostkę (V): 615,7 EUR/t,
Roczna produkcja: 1,25 mln ton stali.

Wyliczenie BEP:

Okres zwrotu:

Ścieżka Optymistyczna

Założenia:

CAPEX: 2,2 mld EUR,
Cena sprzedaży zielonej stali (P): 875,8 EUR/t,
Koszt zmienny na jednostkę (V): 525,9 EUR/t,
Roczna produkcja: 1,25 mln ton stali.

Wyliczenie BEP:

Okres zwrotu:

Ścieżka Optymistyczna z Dotacją

Założenia:

CAPEX: 1,54 mld EUR (30% z 2,2 mld EUR pokryte dotacją),
Cena sprzedaży zielonej stali (P): 875,8 EUR/t,
Koszt zmienny na jednostkę (V): 525,9 EUR/t,
Roczna produkcja: 1,25 mln ton stali.

Wyliczenie BEP:

Okres zwrotu:

Podsumowanie

Produkcja zielonej stali może być opłacalna. Analiza BEP dla różnych scenariuszy kosztowych pokazuje, że produkcja zielonej stali w projekcie HYBRIT może być rentowna przy odpowiedniej skali produkcji i wsparciu finansowym. Najniższy próg rentowności (4,4 mln ton) jest osiągalny przy niskich kosztach operacyjnych i dotacjach, podczas gdy najwyższy (12,62 mln ton) występuje w konserwatywnym scenariuszu. Okres zwrotu inwestycji wynosi od 3,52 do 10,1 lat w zależności od scenariusza.

Kluczowa rola EU ETS: Polityka darmowych uprawnień oraz cena uprawnień do emisji w ramach EU ETS są kluczowe dla opłacalności produkcji zielonej stali. Wygaszenie darmowych uprawnień i wysoka cena pozostałych przyspieszą osiągnięcie rentowności przez zieloną stal.

Zielone premie istnieją i pomagają wtedy, gdy jest to konieczne. Zielona premia, czyli dodatkowa cena, którą klienci są gotowi zapłacić za produkty ekologiczne, może zrekompensować wyższe koszty produkcji zielonej stali. Wyliczona przez autora różnica kosztów produkcji zielonej względem klasycznej mieści się w przedziałach rynkowych.

Zielona stal naprawdę jest ekologiczna. Zastosowana w projekcie HYBRIT metoda DRI-EAF-H2 ma potencjał zredukować emisje CO₂ o 97% w porównaniu z tradycyjnymi metodami produkcji stali. Bezpośrednia redukcja żelaza z użyciem wodoru zamiast koksu znacząco zmniejsza emisje CO₂, przyczyniając się do realizacji celów klimatycznych Unii Europejskiej. Oprócz redukcji emisji gazów cieplarnianych, technologie stosowane w projekcie HYBRIT zmniejszają emisje innych zanieczyszczeń, takich jak pyły, NO_x i SO₂, co poprawia jakość powietrza i przynosi korzyści zdrowotne lokalnym społecznościom.

Dotacje krajowe i unijne: Wsparcie finansowe w postaci dotacji do kosztów kapitałowych bardzo istotnie wpływa na osiągnięcie rentowności przez nowe technologie. Przyspiesza też wypieranie technologii nieekologicznych przez ich zielone odpowiedniki.

Bibliografia

IPCC (2023): Summary for Policymakers. In: Climate Change 2023: Synthesis Report. Contribution of Working Groups I, II and III to the Sixth Assessment Report of the Intergovernmental Panel on Climate Change [Core Writing Team, H. Lee and J. Romero (eds.)]. IPCC, Geneva, Switzerland, pp. 1-34, https://doi.org/10.59327/IPCC/AR6-9789291691647.001.
Boutabba, M., & Lardic, S. (2017). EU Emissions Trading Scheme, competitiveness and carbon leakage: new evidence from cement and steel industries. Annals of Operations Research, 255, 47-61. https://doi.org/10.1007/S10479-016-2246-9.
ERCST. (2024). State of the EU ETS 2024 Report. https://ercst.org/2024-state-of-the-eu-ets-report/.
Mayer Brown. (2023). EU ETS Reform – tighter scheme, inclusion of shipping and transport / building fuel. https://www.mayerbrown.com/en/insights/publications/2023/01/eu-ets-reform-tighter-scheme-inclusion-of-shipping-and-transport-building-fuel.
Olsson, O., & Nykvist, B. (2020). Risk analysis of a HYBRIT demonstration plant from a scale perspective. In T. Gill (Ed.), Bigger is sometimes better: demonstrating hydrogen steelmaking at scale (pp. 21-27). Stockholm Environment Institute. http://www.jstor.org/stable/resrep25067.8
Pei, M., Petäjäniemi, M., Regnell, A., & Wijk, O. (2020). Toward a Fossil Free Future with HYBRIT: Development of Iron and Steelmaking Technology in Sweden and Finland. Metals. https://doi.org/10.3390/met10070972.
Tang, J., Chu, M., Li, F., Feng, C., Liu, Z., & Zhou, Y. (2020). Development and progress on hydrogen metallurgy. International Journal of Minerals, Metallurgy and Materials, 27, 713-723. https://doi.org/10.1007/s12613-020-2021-4.
Agora Industry, Future Camp, Wuppertal Institut (2022): Carbon Contracts for the transformation of industry: Calculator for the assessment of transformation costs for low-CO2 primary steel production. Model version 1.1, Berlin, 16.12.22.

O autorze

Radosław Żydok – menedżer specjalizujący się w dekarbonizacji i transformacji przemysłu ciężkiego i energochłonnego. Z wykształcenia informatyk i ekonomista, ukończył kurs Executive MBA z Zarządzania Innowacjami. Ma 17 lat doświadczenia zawodowego, z czego ostatnie 7 na stanowiskach kierowniczych w organizacjach otoczenia biznesu, think-tankach i korporacjach. Łączy pracę zawodową z inżynierską pasją do poznawania jak działają procesy techniczne, ekonomiczne i społeczne. Wdrożył politykę klimatyczną i plan dekarbonizacji w jednym z największych przedsiębiorstw przemysłowych w Polsce – KGHM Polska Miedź S.A.

[1] https://eur-lex.europa.eu/legal-content/PL/TXT/HTML/?uri=CELEX:32003L0087

[2] https://www.eurofer.eu/about-steel/learn-about-steel/what-is-steel-and-how-is-steel-made

[3] https://www.alliedmarketresearch.com/green-steel-market-A31690

[4] https://www.energimyndigheten.se/en/news/2023/hybrit-is-granted-sek-3.1-billion/

[5] https://www.ssab.com/en/news/2022/04/hybrit-receives-support-from-the-eu-innovation-fund

[6] https://www.ssab.com/en/news/2022/04/hybrit-receives-support-from-the-eu-innovation-fund

[7] https://worldsteel.org/steel-topics/sustainability/sustainability-indicators-2023-report/

[8] https://www.globalefficiencyintel.com/new-blog/2021/global-steel-industrys-ghg-emissions

[9] https://www.alliedmarketresearch.com/green-steel-market-A31690

[10] https://www.researchandmarkets.com/reports/5897227/european-green-steel-market-by-demand-supply?utm_source=BW&utm_medium=PressRelease&utm_code=65p3zh&utm_campaign=1906989+-+European+Green+Steel+Market+Report+2023%3a++Scope+3+Emissions+Reduction+Goals+and+End-user+Demand+Drive+Growth&utm_exec=cari18prd

[11] https://www.fortunebusinessinsights.com/green-steel-market-108711

[12] https://www.bruegel.org/analysis/lessons-european-unions-inaugural-hydrogen-bank-auction