Habilita costo prohibitivo de hidrogeno verde a gas y chatarra en fabricación de acero con bajas emisiones

23 de agosto de 2024.- De acuerdo con ING, la transformación ecológica del acero se basa en sustituir el carbón por gas y por utilizar chatarra.

Las empresas siderúrgicas están redefiniendo su futuro. El alto coste del hidrógeno verde y los retos de escalabilidad que conlleva limitan su potencial como alternativa al carbón en el corto plazo. Pasar del carbón al gas o reciclar chatarra para fabricar acero son opciones más rentables, pero aún presentan desafíos y traen aparejadas complejas compensaciones.

Lo anterior lo señalaron Gerben Hieminga, Economista Senior del Sector Energía y Edse Dantuma, Economista Senior Sectorial, Industria y Salud.

La producción de acero a base de gas podría ser un paso intermedio, pero tiene un costo geopolítico.

El reciclaje de acero es rentable y respetuoso con el medio ambiente, pero no es suficiente para aplicaciones de acero de alta calidad.

Alejándose del carbón

La industria siderúrgica se encuentra en una encrucijada crucial. Los métodos de producción tradicionales, que dependen del carbón, contribuyen significativamente a las emisiones globales de carbono, por lo que los líderes de la industria están explorando activamente formas de reducir su huella de carbono.

En un  artículo anterior analizamos diversas estrategias para mitigar las emisiones de CO2 derivadas de este procedimiento con uso intensivo de carbono. Nos centramos específicamente en la captura y el almacenamiento de CO2 , una solución que se integra perfectamente con los métodos de fabricación de acero existentes. También examinamos el uso de hidrógeno verde en la producción de acero, que podría revolucionar el proceso al eliminar la dependencia de los combustibles fósiles.

Muchos ejecutivos de la industria siderúrgica coinciden en que la fabricación de acero a base de hidrógeno es esencial para una economía de cero emisiones netas, pero son cautelosos sobre su viabilidad a corto plazo debido al estado incipiente del mercado del hidrógeno, en particular del hidrógeno verde. Como resultado, están considerando alternativas basadas en gas como una solución de transición hacia el método definitivo de hidrógeno verde.

Por ejemplo, Geert van Poelvoorde, director general de ArcelorMittal Europa, dijo a HydrogenInsight que no puede operar sus plantas europeas utilizando hidrógeno verde, a pesar de haber recibido miles de millones de euros en subsidios de la UE para instalar equipos para hacerlo, porque el acero verde resultante no podría competir en los mercados internacionales. En cambio, la siderúrgica con sede en Luxemburgo parece tener la intención de utilizar gas fósil. Si bien otras siderúrgicas enfatizan el cambio futuro al hidrógeno verde, son menos francas sobre el hecho de que sus planes de transición dependen en gran medida del gas natural durante al menos los próximos 10 a 15 años.

Además, la transformación de la industria no está impulsada únicamente por preocupaciones sobre las emisiones de carbono y los costos, sino también por los principios de una economía circular. En el Reino Unido, por ejemplo, tanto Tata Steel como British Steel planean reemplazar los últimos altos hornos a carbón en Port Talbot y Scunthorpe con hornos de arco eléctrico que solo funden chatarra de acero para convertirlo en acero nuevo. Este cambio está influenciado además por entidades externas, como las ONG, que abogan por una transición completa de la producción intensiva en carbono de acero virgen al reciclaje de acero.

Tras reflexionar sobre los comentarios que recibimos en nuestro artículo anterior, ahora hemos incluido en nuestro análisis datos sobre la producción y el reciclaje de acero a base de gas. Observamos que ambos enfoques pueden reducir significativamente las emisiones en relación con los métodos tradicionales basados en carbón sin captura y almacenamiento de CO2 . También presentan una alternativa económicamente más viable que el costoso enfoque del hidrógeno verde. Sin embargo, no están exentos de inconvenientes, como una mayor dependencia del gas y una menor calidad del acero.

La producción de acero a base de gas podría ser un paso intermedio, pero tiene un costo geopolítico

Simplificando la jerga técnica, tanto los métodos de gas como de hidrógeno reducen el mineral de hierro a hierro puro para fabricar varios tipos de acero de formas bastante similares. Sin embargo, el gas sigue siendo una opción más asequible que el hidrógeno verde. Actualmente, producir acero con gas cuesta aproximadamente 70 céntimos de euro por kilogramo en Europa, notablemente menos que el coste de más de 1 euro del acero basado en hidrógeno verde. Si bien es más costoso que los métodos basados en carbón, la fabricación de acero a base de gas ofrece una diferencia de precio más estrecha y se beneficia de una tecnología más establecida que su contraparte de hidrógeno verde.

Desde una perspectiva puramente financiera, el cambio del carbón a la chatarra o al gas natural es más rentable que el hidrógeno.

Coste indicativo del acero no subvencionado y antes de impuestos en €/kg para diferentes tecnologías de producción de acero

Los costes se calculan desde una perspectiva europea y se basan en los siguientes supuestos. Los costes del hidrógeno se calculan en función de un precio del gas de 35 €/MWh, un precio de la electricidad de 85 €/MWh para una red basada en gas (la referencia), 76 €/MWh para la red basada en carbón (-10 %) y 68 €/MWh para la red basada en renovables (-20 %). Utilizamos electrolizadores alcalinos con una eficiencia del 70 % y del 95 % de tiempo de funcionamiento (factor de capacidad). Esto produce precios del hidrógeno verde de aproximadamente 4.80 €/kg, 4.30 €/kg y 3.90 €/kg respectivamente. Tenga en cuenta que estos costes de producción suponen la producción de hidrógeno en el sitio y, por lo tanto, costes de transporte cero. Los costes de transporte pueden duplicar el precio del hidrógeno para lugares lejanos, lo que eleva el precio del acero a 1.50 €/kg para la opción del hidrógeno verde. Además, hemos utilizado un precio del CO2 de 70 €/tonelada y suponemos que todo el CO2 está sujeto a impuestos (no hay derechos de emisión gratuitos). Los precios del gas y del carbono dan como resultado unos costes del hidrógeno gris de unos 2.10 €/kg y del hidrógeno azul de 1.95 €/kg, también para la producción in situ. El precio del carbón y del petróleo se fija en 120 $/tonelada y 85 $/barril, el precio del mineral de hierro en 110 $/tonelada y los precios de la chatarra de acero en 170 $/tonelada. Todos los precios en dólares se convierten a euros con un tipo de cambio de 1 $=0.92 €. Hemos aplicado una tasa de captura de CCS del 85 % para el hidrógeno azul y del 80 % para la producción de acero a partir de carbón en altos hornos, de acuerdo con información de ING Research

Los costes se calculan desde una perspectiva europea y se basan en los siguientes supuestos. Los costes del hidrógeno se calculan en función de un precio del gas de 35 €/MWh, un precio de la electricidad de 85 €/MWh para una red basada en gas (la referencia), 76 €/MWh para la red basada en carbón (-10 %) y 68 €/MWh para la red basada en renovables (-20 %). Utilizamos electrolizadores alcalinos con una eficiencia del 70 % y del 95 % de tiempo de funcionamiento (factor de capacidad). Esto produce precios del hidrógeno verde de aproximadamente 4.80 €/kg, 4.30 €/kg y 3.90 €/kg respectivamente. Tenga en cuenta que estos costes de producción suponen la producción de hidrógeno en el sitio y, por lo tanto, costes de transporte cero. Los costes de transporte pueden duplicar el precio del hidrógeno para lugares lejanos, lo que eleva el precio del acero a 1.50 €/kg para la opción del hidrógeno verde. Además, hemos utilizado un precio del CO2 de 70 €/tonelada y suponemos que todo el CO2 está sujeto a impuestos (no hay derechos de emisión gratuitos). Los precios del gas y del carbono dan como resultado unos costes del hidrógeno gris de unos 2.10 €/kg y del hidrógeno azul de 1.95 €/kg, también para la producción in situ. El precio del carbón y del petróleo se fija en 120 $/tonelada y 85 $/barril, el precio del mineral de hierro en 110 $/tonelada y los precios de la chatarra de acero en 170 $/tonelada.

La economía y la disponibilidad del gas natural en comparación con el hidrógeno respaldan la opinión de la industria de que el gas puede servir como fase de transición hacia la producción de acero a base de hidrógeno. Las últimas acerías a gas suelen ser instalaciones de doble combustible capaces de cambiar del gas al hidrógeno (preferiblemente hidrógeno verde) una vez que esté ampliamente disponible y sea económicamente viable, lo que los expertos anticipan que podría ocurrir entre 2035 y 2040.

Mientras tanto, la transición de plantas siderúrgicas alimentadas con carbón a plantas alimentadas con gas podría reducir las emisiones en un impresionante 75%, de aproximadamente 1.9 kilogramos de CO2 por kilogramo de acero a alrededor de 0.4 kilogramos, según nuestros modelos. Si bien este cambio del carbón al gas es beneficioso para el clima y respalda la transición de Europa hacia el gas, también aumenta la dependencia de la región del gas. Una transición integral del crítico sector siderúrgico al gas pone de relieve las complejas disyuntivas y las difíciles decisiones inherentes a la realidad, donde una dependencia (el carbón) se intercambia por otra (el gas). El hidrógeno verde, en última instancia, brinda la oportunidad de reducir ambas dependencias.

El cambio del carbón al gas puede reducir significativamente las emisiones, mientras que la adopción de acero totalmente reciclado proporciona ventajas en materia de CO2 equivalentes a las logradas con el hidrógeno verde.

Emisiones indicativas de diferentes tecnologías de producción de acero en kilogramos de CO2 por kilogramo de acero

Emisiones indicativas para producir un kilogramo de acero. Analizamos las emisiones de alcance 1 y alcance 2 de los productores de acero únicamente, por lo que no analizamos las emisiones de alcance 3 derivadas del uso de acero por parte de empresas o consumidores. Se supone que la tasa de captura de CCS es del 80 % para la fabricación de acero a partir de carbón y del 85 % para la producción de hidrógeno azul. Hemos tomado las emisiones de la red de Suecia para que se asemejen a una red eléctrica totalmente basada en energías renovables (10 kgCO2/MWh), las de los Países Bajos a una red eléctrica basada en gas (325 kgCO2/MWh) y las de Polonia a una red eléctrica basada en carbón (735 kgCO2/MWh). Suponemos que el reciclaje del acero se produce en un horno de arco eléctrico alimentado por una red eléctrica basada en gas, lo que implica que las emisiones se pueden reducir aún más si funciona completamente con fuentes de bajo carbono como la energía eólica, solar, de hidrógeno o nuclear. Mostramos las emisiones por kilogramo de acero para que las cifras sean comparables entre las técnicas de producción y los tipos de combustible.

Emisiones indicativas para producir un kilogramo de acero. Analizamos las emisiones de alcance 1 y alcance 2 de los productores de acero únicamente, por lo que no analizamos las emisiones de alcance 3 derivadas del uso de acero por parte de empresas o consumidores. Se supone que la tasa de captura de CCS es del 80 % para la fabricación de acero a partir de carbón y del 85 % para la producción de hidrógeno azul. Hemos tomado las emisiones de la red de Suecia para que se asemejen a una red eléctrica totalmente basada en energías renovables (10 kgCO2/MWh), las de los Países Bajos a una red eléctrica basada en gas (325 kgCO2/MWh) y las de Polonia a una red eléctrica basada en carbón (735 kgCO2/MWh). Suponemos que el reciclaje del acero se produce en un horno de arco eléctrico alimentado por una red eléctrica basada en gas, lo que implica que las emisiones se pueden reducir aún más si funciona completamente con fuentes de bajo carbono como la energía eólica, solar, de hidrógeno o nuclear. Mostramos las emisiones por kilogramo de acero para que las cifras sean comparables entre las técnicas de producción y los tipos de combustible.

El reciclaje de acero es rentable y respetuoso con el medio ambiente, pero no es suficiente para aplicaciones de acero de alta calidad.

El acero reciclado ofrece una reducción significativa de las emisiones de CO2 , ya que los procesos de fundición de chatarra de acero pueden funcionar con electricidad, lo que reduce aún más la huella de carbono. Las emisiones se sitúan en torno a los 0,1 kilogramos de CO2 por kilogramo de acero, en comparación con los 1,9 kilogramos del acero a base de carbón. Por tanto, el reciclaje de acero ya es tan ecológico como lo puede ser el acero a base de hidrógeno en un futuro lejano, cuando se fabrique íntegramente con hidrógeno verde.

Sin embargo, la presencia de impurezas en la chatarra de acero, como cobre, zinc y cromo, puede comprometer la integridad del material, lo que reduce su resistencia. En consecuencia, si bien el acero reciclado es una excelente opción para los materiales de construcción de vías férreas, como el refuerzo de hormigón, aún no es adecuado para usos de alta demanda, como automóviles, aviones y maquinaria de precisión.

Aunque el Reino Unido tiene la intención de cerrar sus restantes instalaciones siderúrgicas basadas en carbón y sustituirlas por hornos eléctricos para producir acero íntegramente con chatarra, esta medida aún no ha cobrado impulso en el continente. Los ejecutivos de los fabricantes de acero europeos fuera del Reino Unido se muestran cautelosos a la hora de modificar su oferta de productos para incluir acero de menor calidad, ya que la competencia en esos segmentos del mercado es más intensa. La calidad del producto sigue brindándoles una ventaja competitiva en el mercado global, incluso con los precios más altos de la energía en Europa. Sí, mezclan acero reciclado en el proceso de producción actual en la medida en que no se comprometa la calidad, a veces hasta niveles del 30%. Pero insisten en fabricar acero de alta calidad desde cero, lo que requiere el uso de carbón, gas o hidrógeno.

Conclusión

El hidrógeno verde suele presentarse como el futuro de la producción de acero, especialmente en una economía de cero emisiones netas. Sin embargo, sus costos prohibitivos y los problemas de escalabilidad actualmente obstaculizan su capacidad para reemplazar los métodos basados en carbón. Afortunadamente, hay una variedad de tecnologías de transición disponibles para llenar este vacío. Un examen de los argumentos económicos y comerciales de estas tecnologías clave revela noticias alentadoras: se alinean con el objetivo social de reducir las emisiones en el sector siderúrgico. Sin embargo, la cruda verdad económica es que estas tecnologías incurren en costos sustancialmente más altos o requieren una reducción en la calidad del acero, desafíos que no se superan fácilmente. En consecuencia, los líderes de la industria siderúrgica se enfrentan a decisiones difíciles que van más allá de las meras consideraciones económicas y de costos. Los subsidios gubernamentales pueden orientar estas decisiones, pero considerando la importante disparidad de costos y los años necesarios para la transformación, un compromiso a largo plazo es esencial.

Reportacero