Produce HYBRIT primer acero libre de combustibles fósiles utilizando hidrógeno verde
11 de abril de 2022.- El sector siderúrgico, que es responsable de aproximadamente el 7 a 9% de las emisiones globales de carbono, ha puesto su mira en la descarbonización, habiendo alcanzado ya su primer avance tecnológico.
Si bien la ecologización de este producto básico de alta intensidad de carbono no es una tarea fácil, su progreso podría proporcionar un modelo para otros productos básicos comparables.
El acero es la industria de materiales más grande del mundo y está omnipresente en todo, desde carrocerías de automóviles hasta construcción y turbinas eólicas. Por lo tanto, su descarbonización rentable es parte integral de la agenda global neta cero, así como para las empresas individuales que se han fijado ambiciones similares.
El año pasado, un gran avance demostró que es tecnológicamente posible descarbonizar la aleación versátil. HYBRIT, un consorcio formado por Vattenfall, el productor de acero SSAB y la minera LKAB, produjo el primer acero libre de combustibles fósiles utilizando hidrógeno verde.
La aspiración de HYBRIT no es única. Impulsados por la iniciativa SteelZero, establecida en 2020 por The Climate Group para impulsar acciones para descarbonizar el sector, las principales partes interesadas de la industria han realizado una serie de compromisos e inversiones para alcanzar este hito para 2050. Se espera que el impulso de la industria continúe en 2022 con el primeros proyectos piloto industriales previstos para mediados de la década.
Alrededor del 71 por ciento del acero que se produce hoy en día proviene de un método basado en el mineral de hierro. Por lo general, se usa un alto horno a temperaturas de alrededor de 1500 °C en el que se usa carbono, generalmente carbón, para eliminar el oxígeno y las impurezas del mineral para fabricar arrabio.
Luego, este último se convierte en acero a través de un horno de oxígeno básico mediante el cual se inyecta oxígeno en el hierro líquido para quemar los elementos no deseados. El otro 29 por ciento se fabrica con chatarra y hornos de arco eléctrico (EAF), que utilizan una corriente eléctrica para fundir la chatarra de acero. Esto es en promedio un 25 por ciento menos intensivo en carbono que el otro método.
Los productores de acero están considerando varias formas de descarbonizar estos procesos. En la planta piloto de HYBRIT en Luleå, Suecia, los ingenieros optaron por reemplazar el proceso de alto horno con una ‘reducción directa’ que usa hidrógeno hecho a partir de agua y electricidad renovable para reducir los gránulos de mineral de hierro fabricados por LLKB sin combustibles fósiles a esponja de hierro, que luego se convierte en acero.
La temperatura necesaria para el proceso de reducción es mucho más baja que en el alto horno y produce solo vapor de agua como subproducto, eliminando el 90 por ciento de las emisiones de CO2.
La técnica funciona con energía de la red nacional, que en Suecia es en gran parte libre de fósiles, y consiste principalmente en energía hidráulica y eólica. SSAB espera convertir su investigación en una planta piloto a gran escala para 2026.
El recién llegado H2 Green Steel (H2GS), que también tiene su sede en Suecia y planea utilizar un proceso similar de reducción directa/hidrógeno verde, es más ambicioso con planes para una planta piloto para 2024, aunque aún tiene que probar su tecnología. ArcelorMittal, una importante empresa siderúrgica y minera, también se ha lanzado al ruedo diciendo que construirá su propia planta para 2025 en España.
El metal se suministrará a una planta que utilizará electricidad renovable para producir 1,6 millones de toneladas de acero libre de carbono al año. La mayoría de estos métodos pueden reducir las emisiones de CO2 en alrededor del 95 por ciento.
British Steel, un productor de acero a base de mineral, dice que para 2035 está buscando utilizar la tecnología EAF para reducir el hierro del mineral de hierro, junto con la captura y almacenamiento de carbono (CCS) para reducir las operaciones restantes del alto horno. Solo usará hidrógeno cuando esté «disponible comercialmente» y sea «una alternativa adecuada», dice el director de sostenibilidad y medio ambiente de la empresa, Lee Adcock.
Señala que el acero producido a través de chatarra con horno eléctrico de arco optimizado con «la mejor tecnología disponible» ya puede describirse como «verde».
Aunque existe la necesidad de que las fuentes de electricidad para este proceso de producción pasen del carbón y el gas a la generación con bajas emisiones de carbono.
El fabricante de automóviles Mercedes-Benz AG dice que es el primer OEM en utilizar chapa de acero hecha 100 por ciento de chatarra, en lugar del 20 por ciento habitual, y tecnología EAF que reduce el contenido de CO2 en un 66 por ciento en comparación con un método de alto horno convencional.
El acero es producido por Salzgitter Flachstahl GmbH en Alemania y ya se utiliza en los vehículos de serie de Mercedes-Benz.
El Dr. Thomas Behr, jefe de ingeniería, materiales, realización y tolerancia de carrocería en blanco de la compañía automotriz, dice que es importante que los productores de acero, a largo plazo, opten por la reducción directa del mineral de hierro mediante el uso de hidrógeno.
“Preferimos una reducción real de CO2 antes que un enfoque de equilibrio; esto es mejor”, dice. La empresa ha invertido en el proyecto H2GS y se ha asociado con SSAB para comprar acero libre de combustibles fósiles en el futuro. Pero Behr agrega que también es importante definir qué es el acero verde.
The Climate Group está trabajando actualmente con el organismo de certificación y estándares Responsible Steel para ver la definición de este último, que se incorpora al compromiso SteelZero, adoptada internacionalmente. Actualmente, el grupo dice que se están adoptando diferentes interpretaciones que conducen a la «confusión del mercado», lo que le impide avanzar.
Otro factor potencialmente prohibitivo para los OEM y los fabricantes de acero verde es su precio. Inicialmente, el acero con bajo contenido de carbono costará entre un 15 y un 40 por ciento más por tonelada. Aunque para los usuarios finales, estos costos se diluyen un poco.
Por ejemplo, el análisis del informe Steeling Demand estima que habría un aumento del precio de fin de producto del 0,8 % para una turbina marina y de alrededor del 1 % para un automóvil.
Este costo debe verse como un aumento «muy pequeño» en el gran esquema de las cosas, dice Niklas Wahlberg, vicepresidente de soluciones de sistemas y asociaciones en la Oficina de Estrategia de Proyectos y Productos de Volvo Group. “Creemos que los consumidores están dispuestos a pagar esta pequeña prima si eso significa que los productos se producen de manera positiva para el clima”.
Volvo, que recibió el primer acero libre de combustibles fósiles producido a partir de HYBRIT, aspira a ser climáticamente neutral para 2040 y ha producido un prototipo de lo que dice serán los primeros vehículos del mundo fabricados con acero verde. En asociación con SSAB, comenzará la producción de prototipos este año.
Otros sugieren que el acero verde puede ser una forma más económica de reducir las emisiones de la cadena de suministro, en comparación con otras dimensiones, como los productos químicos o los plásticos. Pero, inevitablemente, para algunas industrias, como los fabricantes de turbinas eólicas, que tienen márgenes muy reducidos, el aumento de precios podría tener un impacto mayor.
En Europa, sin embargo, se espera que los impuestos al carbono desempeñen un papel importante en la nivelación del campo de juego para el acero verde. Debido al precio del CO2, podría incluso estar en el punto de equilibrio en comparación con el acero convencional para 2028 o 2030, según algunas estimaciones.
El Mecanismo de Ajuste Fronterizo del Carbono de la Unión Europea (CBAM, por sus siglas en inglés), que pondrá un precio al carbono en las importaciones de productos específicos, incluido el acero, para evitar la llamada ‘fuga de carbono’, ayudará aún más a los usuarios europeos a comprar de manera más responsable al nivelar efectivamente el precio. diferencial entre el acero más barato y con mayores emisiones en China y el acero libre de carbono producido en Europa, dice Carla Wellens, directora de QHSE en el fabricante de energía eólica marina Smulders.
“De lo contrario, depende de un cliente que presente acero sin carbono en la licitación”, explica. “Si solo se fijan en el precio, no en las emisiones, entonces será difícil que el acero con bajo contenido de carbono compita con los productos procedentes de Oriente Medio o Asia”, explica. Smulders se ha comprometido a usar, adquirir o especificar 100 % acero neto cero para 2050.
Sin embargo, CBAM tendrá poco impacto fuera de la UE. Y en este sentido, desde que dejó el bloque, el Reino Unido está a la deriva de la competencia europea, pero necesita un enfoque similar al bloque, dice Adcock de British Steel.
“Si la UE establece CBAM, no vemos otra alternativa para el Reino Unido que mantener la alineación regulatoria con el bloque o establecer una versión nacional. Hacerlo protegería la fabricación nacional de acero de las importaciones con alto contenido de carbono a medida que invertimos y descarbonizamos nuestros procesos de producción”, agrega.
En alusión a la crisis energética que afecta al Reino Unido, Adcock afirma que el acceso a una electricidad fiable y rentable en comparación con otras siderúrgicas de la UE es otro desafío clave para las empresas británicas.
Una ventaja del acero ecológico para los fabricantes es que el aspecto y las propiedades del material son las mismas que las del acero convencional, por lo que simplemente se puede cambiar uno por el otro. Aunque es poco probable que todos los grados de acero estén disponibles, al menos al principio.
En este frente, los OEM, al parecer, están ansiosos por ver un progreso más rápido dentro del sector. Por ejemplo, señala Behr, existe una brecha entre la ambición de Mercedes-Benz (quiere una flota neutra en carbono para 2039) y la de la industria del acero, que apunta a la neutralidad en carbono para 2050. Pero admite que es una tarea difícil y se han fijado objetivos. para las primeras plantas piloto de acero verde de SSAB y H2GS a mediados de la década son «ambiciosos» y dependen de las inversiones necesarias de los mercados de capital.
Sin embargo, SSAB anunció recientemente, debido al fuerte crecimiento de la demanda, que ahora planea eliminar en gran medida todas las emisiones de CO2 (alrededor de ocho millones de toneladas al año) para 2030, 15 años antes de lo anunciado anteriormente.
Pero a pesar de los compromisos, la industria siderúrgica todavía está claramente indecisa sobre la transición.
Jen Carson, gerente sénior de proyectos para la industria en The Climate Group, dice que las siderúrgicas pueden verse disuadidas de invertir en la descarbonización debido a los escasos márgenes de beneficio y los altos costos involucrados.
“Además, la infraestructura industrial tiene una larga vida útil. Retirar las plantas siderúrgicas e invertir en nuevos tipos de tecnologías es una decisión financiera enorme y cuidadosamente considerada, con riesgos reales que deben gestionarse”, explica.
“La opción de adaptar o modernizar es prohibitivamente costosa y no siempre está disponible”. Agrega que la ampliación de las tecnologías de descarbonización es necesaria durante un período que es «alucinante» rápido para cualquier sector de la industria pesada.
Todo el mundo está de acuerdo en que es necesaria la intervención del gobierno, ya sean subsidios para mejoras o impuestos al carbono más efectivos, especialmente mientras persiste la crisis energética actual. En el continente, España invertirá en la planta de ArcelorMittal y Alemania está invirtiendo en proyectos relacionados a través del proyecto europeo Hidrógeno-IPCEI.
Steve Gilchrist, director de proyectos de Grosvenor Property UK, dice que el gobierno del Reino Unido podría influir en el aumento de la demanda de acero verde enviando una señal a los fabricantes.
“Si se introducen mandatos más amplios y no específicos del acero en el sector de la construcción, por ejemplo, límites en el carbono para un desarrollo o un impuesto al carbono, entonces creo que esto impulsará el cambio para la producción de acero. Los marcos estructurales representan dos tercios del carbono incorporado en un edificio de oficinas, por lo que es un lugar obvio para crear esos ahorros de carbono”.
Agrega que cualquier persona involucrada en un proyecto que utilice productos de acero debe impulsar el acero con bajo contenido de carbono desde el principio y garantizar un compromiso temprano con la cadena de suministro para que sea posible.
La velocidad es sin duda ahora la esencia. Las acerías tienen un ciclo regular de reinversión cada 20 años aproximadamente, por lo que la próxima ola de reinversión en los sitios existentes brinda la oportunidad de implementar tecnologías bajas en carbono. De lo contrario, el sector podría encerrarse en infraestructura con alto contenido de carbono o arriesgar activos varados.
“Las nuevas inversiones que se realicen después de 2030 deberían usar tecnologías de cero emisiones de carbono, o aquellas que puedan convertirse fácilmente a producción de cero emisiones de carbono”, dice Faustine Delasalle, directora de la Comisión de Transmisión de Energía. Sin embargo, confía en que habrá plantas de baja emisión de carbono operando a gran escala para 2030, especialmente en Europa, que es «líder tanto en política como en acción empresarial».
En la carrera por producir acero verde, Suecia ha emergido como un favorito inmediato, algo que se puede atribuir a su red de energía prácticamente libre de carbono, que tiene aproximadamente un 56 por ciento de energía renovable, dicen los expertos.
En el proceso de fabricación de acero, la energía renovable es fundamental para producir hidrógeno verde utilizado en el enfoque de reducción directa favorecido por SSAB y otros, así como para impulsar el proceso.
Sin embargo, incluso para Suecia, cuyo objetivo es el 100 % de energía renovable para 2040, el suministro de energía limpia sigue siendo un cuello de botella potencial para el progreso.
SSAB y otros han dicho que garantizar la transmisión de energía y los procesos de permisos efectivos para nuevos proyectos serán fundamentales para su progreso, así como las actualizaciones de la infraestructura de la red nacional.
Lee Adcock, director de sostenibilidad y medioambiente de British Steel, está de acuerdo. “Existe la necesidad de una mayor electrificación de los procesos de fabricación y, por lo tanto, el suministro de energía/electricidad renovable, asequible y confiable es crucial para lograr las reducciones de GEI requeridas establecidas por el Reino Unido y el Acuerdo de París”, dice.
La Comisión de Transiciones Energéticas estima que la demanda de electricidad baja en carbono del sector siderúrgico para 2050 podría ser de alrededor de 5,000 teravatios hora. Esto requeriría que el suministro global total aumente entre tres y media y cinco veces los niveles actuales (27 000 TWh) en los próximos 30 años.
Hasta que se pueda satisfacer esta demanda, es poco probable que un método tecnológico emerja como ganador y lo que elijan los productores dependerá en parte del contexto regional, dice Faustine Delasalle, directora de ETC y codirectora ejecutiva de Mission Impossible Partnership.
“Las tecnologías basadas en electricidad sin carbono generalmente prevalecen donde las plantas tienen acceso a energía sin carbono de bajo costo”, dice ella. “Las tecnologías de captura de carbono, por otro lado, son favorables cuando las plantas tienen acceso al almacenamiento de CO2 o están ubicadas cerca de grupos industriales donde el carbono capturado puede usarse como materia prima para otros procesos industriales”.
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