12 de julio de 2023.- El hidrógeno es prometedor para una industria siderúrgica más ecológica, pero solo si todo el sistema funciona.
“A los últimos 150 años los llamo la edad del acero. Es uno de los materiales más importantes que existen. Al mismo tiempo, vivimos en una época en la que una producción de acero mucho más sostenible es más importante que nunca”. Son precisamente estos dos desafíos los que confluyen en la obra de Yongxiang Yang.
Dirige el grupo de Metales, Producción, Refinación y Reciclaje de TU Delft, que se enfoca en la producción y el reciclaje de metales, y recientemente en hacer que la producción de acero sea más sostenible con hidrógeno.
El papel del hidrógeno en la producción de hierro de reducción directa (DRI) ofrece un camino más sostenible para la industria del acero.
McKinsey y la Agencia Internacional de Energía consideran que la producción de acero a base de hidrógeno es una solución viable a largo plazo para la producción de acero libre de carbono.
La transición a la producción de acero a base de hidrógeno enfrenta desafíos, incluidos los requisitos de energía y la necesidad de desarrollar infraestructura, lo que requiere la colaboración entre la industria, los gobiernos y los reguladores.
Este informe de McKinsey y la Agencia Internacional de Energía (AIE) Hoja de ruta del hierro y el acerover la producción de acero a base de hidrógeno como una solución a largo plazo técnicamente factible y económicamente viable para la producción de acero libre de carbono.
Hierro reutilizado directo
Para entender cómo funciona esto, volvamos a los conceptos básicos de la fabricación de acero. El material está hecho de mineral de hierro y chatarra de acero. Se necesita hierro metálico de acero, por lo que el mineral de hierro se procesa en aglomerados (pequeñas bolas o sinterizados), se reduce mediante el uso de carbón en coques y se funde en altos hornos a temperaturas de hasta 2000 grados centígrados.
El hierro líquido se produce así a partir del mineral, llamado “metal caliente”. El metal caliente, junto con la chatarra de acero, se refina aún más hasta convertirlo en acero líquido. La fabricación de hierro en altos hornos libera mucho CO2 , lo que contribuye a aproximadamente el 75 por ciento del CO 2 total en la fabricación de acero.
Acero sostenible
Nuestra sociedad está construida sobre acero. Hacemos puentes para bicicletas, tuberías y automóviles a partir de él. En 2021,1,900 millones de toneladas de acero se produjeron en todo el mundo, un máximo histórico en la producción mundial de acero, o el punto más bajo porque cada tonelada de acero nuevo producido está asociada con 1.9 toneladas de emisiones de CO2 . Con el siete por ciento de las emisiones globales de CO2, es una de las industrias con las emisiones de dióxido de carbono más significativas.
Sin embargo, lo necesitamos porque no hay alternativa al acero. Así que solo queda una cosa por hacer: hacer que el ciclo de vida del acero sea más ecológico. En esta serie, observamos cómo los científicos de TU Delft y la industria están haciendo que el ciclo de vida del acero, desde la producción hasta el procesamiento, la aplicación y el reciclaje, sea más sostenible. Hoy: el papel de la tecnología de la corrosión para hacer que el acero sea más sostenible.
Un proceso alternativo de fabricación de hierro es la reducción directa del mineral de hierro. El producto es hierro de reducción directa (DRI, por sus siglas en inglés): el DRI generalmente se fabrica con gas natural. Este proceso libera un treinta por ciento menos de CO 2 que el proceso de alto horno, pero todavía está lejos de los objetivos climáticos de la UE y los Países Bajos para 2030 y 2050. Yang está investigando el uso de hidrógeno para convertir el óxido de hierro en hierro sólido. Luego, el DRI puede fundirse en un horno de arco eléctrico (EAF) para acero crudo o unirse a una ruta de fabricación de acero de horno de oxígeno básico (BOF). Al usar hidrógeno para reemplazar el gas natural o el carbono en la fabricación de hierro, casi no se libera CO 2 en este proceso: el oxígeno, en este caso, no se une al carbono (por lo que termina como CO 2 ) sino al hidrógeno.
El uso de hidrógeno DRI en la fabricación de acero es una de las muchas opciones. También se está estudiando la fabricación de acero mediante electrólisis directa utilizando electricidad verde, pero llevará más tiempo aplicarla en las operaciones industriales. La captura y el almacenamiento o la utilización de CO 2 es otra opción para ampliar el actual proceso de alto horno a base de carbono, pero no es una solución definitiva. Yang espera que el DRI hecho con hidrógeno se use comercialmente a partir de 2030.
La corrosión es costosa y mala para nuestro planeta: así es como la ciencia y Tata Steel innovan en la protección contra la corrosión
En esta serie, analizamos cómo los científicos y la industria de TU Delft están haciendo que el ciclo de vida del acero sea más sostenible. Hoy: el impacto de la tecnología de la corrosión.
Hidrógeno verde
Hace dos años, Tata Steel, que produce unos siete millones de toneladas de acero al año, anunció que cambiaría al hidrógeno verde en la fabricación de hierro. La compañía quiere ser neutra en carbono en 2045 y ha invertido 65 millones de euros en el diseño de nuevas plantas para producir acero a partir de hidrógeno; construirlos costará muchas veces más. Para 2030, la primera fase de este plan de acero verde debería estar operativa; un alto horno y una planta de cocción y gas dejarán de funcionar. “Reemplazar nuestros altos hornos con un proceso de reducción directa basado en hidrógeno será una de las operaciones industriales más grandes en la historia de los Países Bajos. Esos altos hornos son el corazón de nuestro negocio, y lo estamos eliminando”, dice Tim Peeters, gerente del departamento de I+D de hierro y acero de Tata Steel.
La financiación de este proyecto provendrá en gran medida de la propia Tata Steel. Pero la empresa también está en conversaciones con el gobierno sobre la cofinanciación a través de la llamada ruta ‘ maatwerk ‘.
¿Son las microestructuras la clave para una producción de acero más ecológica?
Nuestra sociedad está construida sobre acero; fabricamos bicicletas, puentes, edificios, tuberías, automóviles y mucho más. En 2021, se produjeron 1,900 millones de toneladas de acero en todo el mundo; un máximo histórico en la producción mundial de acero y, al mismo tiempo, un máximo histórico negativo porque cada tonelada de acero nuevo producido está asociada con 1,9 toneladas de emisiones de CO2.
Desafíos
En Suecia, una planta piloto (HÍBRIDO) se ha establecido para desarrollar aún más la producción de DRI basada en hidrógeno. DRI se producirá comercialmente con hidrógeno a través de centrales hidroeléctricas; en los Países Bajos, la electricidad debe provenir de turbinas eólicas marinas. Satisfacer las necesidades energéticas de esta tecnología de fabricación de acero verde también es directamente el mayor desafío. “La temperatura en los hornos de cuba DRI debe estar constantemente en torno a los 1,000 grados centígrados. Junto con el requerimiento químico de hidrógeno como agente reductor, el proceso consume enormes cantidades de energía. Encontrar una fuente de energía constante que proporcione la potencia adecuada es crucial”, según Yang. Se produce muy poco hidrógeno verde para la industria en los Países Bajos. Para ilustrar, tener suficiente hidrógeno usando electrólisis de agua solo para el sector siderúrgico requiere 21 mil millones de kWh al año. En 2021,
“Y además de eso viene toda la infraestructura”, agrega Peeters. “Debemos construir nuevas plantas para 2030 y tener suficiente hidrógeno verde disponible. No podemos dejar de confiar en que la economía holandesa podrá implementar la red de hidrógeno en paralelo con nuestra transición”.
Una cosa está clara: a pesar de lo prometedor que es el hidrógeno verde para una producción de acero más sostenible, es una operación enorme desde el punto de vista práctico y logístico. El cambio a una producción de acero más ecológica no es una tarea que la industria del acero pueda hacer sola, sino que requiere un esfuerzo concertado por parte de los reguladores, los gobiernos y las partes interesadas de la industria.
Reportacero
