19 de julio de 2023.- El hidrógeno genera cambios para el futuro de la producción de acero verde.
El acero puede existir como un producto crucial en las sociedades modernas, pero también es una fuente importante de emisiones de CO2 . Entonces, ¿qué tipo de papel podría desempeñar el acero verde en el camino hacia el cero neto?
Si bien actualmente es el doble de costosa que las alternativas menos respetuosas con el clima, brinda una multitud de beneficios, y solo un pequeño aumento de precio para los productos pesados de acero.
Aquí está el dilema: el acero es un material clave en las sociedades modernas. Nos proporciona casas, puentes, medios de transporte y equipos y productos esenciales. No es simplemente una reliquia de la antigua revolución industrial: el acero también es crucial en una economía baja en carbono.
Los modos de transporte ecológicos, como los vehículos eléctricos, los autobuses y los trenes eléctricos, requieren grandes cantidades de acero, al igual que las turbinas eólicas y los electrolizadores. Por lo tanto, es una pena que la producción de acero sea también una fuente importante de emisiones globales de gases de efecto invernadero.
Las alternativas más ecológicas aún tienen que demostrar su valía y, a menudo, se consideran prohibitivamente costosas en un mercado altamente competitivo. Transformar a fondo los procesos de producción lleva años, por lo que el cambio suele ser desesperadamente lento.
La fabricación de acero es un proceso que consume mucha energía y la tecnología actual se basa principalmente en el carbón. Hoy en día, representa 2.700 millones de toneladas de CO 2 cada año, lo que representa el 7% de las emisiones anuales a nivel mundial. Las participaciones se duplican aproximadamente al 15 %, 14 % y 12 % para China, Corea del Sur y Japón, respectivamente.
Con la visión de consenso de una población mundial en aumento y una mayor prosperidad, se espera que la demanda de acero crezca un 35 % para 2050, según Bloomberg New Energy Finance. Si bien el sector está mejorando en términos de eficiencia energética, es probable que las emisiones aumenten si el acero continúa produciéndose predominantemente con carbón.
Eso no está exactamente en línea con el objetivo de crear una economía neta cero. Entonces, vamos a ver el caso comercial de posibles arreglos tecnológicos para reducir las emisiones de carbono en el sector del acero. Evaluaremos dónde nos encontramos en este momento y las diversas presiones a las que se enfrentan las empresas actualmente para cumplir con los objetivos de cero emisiones netas. También examinaremos qué combustibles alternativos podrían resultar pioneros en tecnología a medida que la ciencia mejora y se adapta.
Hay tres estrategias principales para reducir las emisiones:
- Moderar la demanda de acero
Una tarea difícil, dada la visión consensuada de una demanda creciente hacia 2050 y alternativas para el acero como el aluminio y el hormigón, que también son muy intensivos en carbono. Sustituir el acero por otro producto que emite mucho carbono no es exactamente un gran paso adelante para ayudar al clima.
- Mejorar la eficiencia energética de las plantas siderúrgicas existentes
Esto es especialmente útil para las antiguas plantas siderúrgicas a base de carbón, donde las emisiones se pueden reducir hasta en un 30 % utilizando minerales de mayor ley o tecnologías más eficientes para inyectar carbón en el horno. La eficiencia de los materiales también se puede mejorar utilizando más acero reciclado, pero dado que el 85 % del acero usado se recicla en todo el mundo, las tasas de reciclaje ya son altas. La mayoría de los productos de acero también permanecen en uso durante décadas antes de que puedan reciclarse. Como resultado, no hay suficiente acero reciclado para satisfacer la creciente demanda y el mundo sigue necesitando grandes volúmenes de ‘acero primario’.
- Aplicar soluciones tecnológicas al proceso de fabricación de acero
Por ejemplo, electrificando partes del proceso con hornos de arco eléctrico que funcionan con electricidad limpia, o capturando y almacenando las emisiones de carbono de la producción convencional de acero a base de carbón. Esta tecnología se denomina captura y almacenamiento de carbono (CCS, por sus siglas en inglés) y deja intacto el proceso actual a base de carbón, mientras que puede reducir las emisiones entre un 75 y un 90 %. La sustitución del carbón por un combustible sintético como el hidrógeno es otra solución tecnológica que puede reducir en gran medida las emisiones de carbono. Si el hidrógeno se produce de forma limpia (es decir, con hidrógeno azul o hidrógeno verde a partir de fuentes de energía con bajas emisiones de carbono, como paneles solares, turbinas eólicas, energía hidroeléctrica o energía nuclear). Si bien los arreglos tecnológicos son un importante facilitador de la transición a una economía neta cero, corren el riesgo de efectos de rebote y la paradoja de Jevons:
Dadas las limitaciones de la reducción de la demanda y la mejora de la eficiencia energética, y a pesar de la paradoja de Jevons, creemos que es probable que CCS y el hidrógeno desempeñen un papel crucial en el camino de transición del sector siderúrgico hacia una economía neta cero.
El hidrógeno junto con la electrificación es la forma definitiva de fabricación de acero verde en una economía neta cero. CCS es una forma clave de reducir drásticamente las emisiones de carbono de las muchas acerías a base de carbón existentes en todo el mundo, especialmente las más jóvenes que probablemente permanecerán en el negocio durante muchos años.
Tenga en cuenta que no hemos explorado la fabricación de acero a base de gas por dos razones. En primer lugar, el gas generalmente se ve solo como un combustible de transición, no como una fuente de energía importante en una economía neta cero. Ese papel se atribuye generalmente a los combustibles sintéticos como el hidrógeno. En segundo lugar, tuvimos que limitar las opciones de modelado por razones prácticas, ya que son bastante complejas. Entonces tiene sentido centrarse en las rutas basadas en el carbón, que representan alrededor del 70% de la producción mundial de acero, además de echar un vistazo a la forma definitiva de producción de acero verde.
Sin embargo, creemos que la fabricación de acero a base de gas actuará como una tecnología intermedia y podría ser un trampolín hacia la fabricación de acero a base de hidrógeno. De hecho, las últimas acerías a base de gas suelen ser plantas de combustible dual que pueden cambiar fácilmente de gas a hidrógeno una vez que el hidrógeno verde esté disponible en abundancia en el futuro. Los expertos creen que esto podría ser así a partir de 2035.
¿Podrían CCS y el hidrógeno proporcionar una solución mágica?
El acero está hecho de hierro, uno de los metales más familiares. Ha estado en uso desde la antigüedad e incluso los historiadores han nombrado un período de 650 años para el uso del hierro (la Edad del Hierro, que data del 1200 al 550 a. C.). La revolución industrial hizo posible convertir el hierro en acero de alta calidad y eso desencadenó las numerosas aplicaciones del acero en nuestras sociedades modernas.
La fabricación de acero consta de dos pasos, comenzando con la reducción del óxido de hierro (extraído de la tierra) en hierro puro, que luego se convierte en acero. Hay cientos de formas diferentes de acero, pero todas están hechas de hierro.
El proceso de convertir el mineral de hierro en hierro y posteriormente en acero requiere temperaturas muy altas y, por lo tanto, se necesita una fuente de energía para generar el calor. En el proceso convencional, el carbón se utiliza como materia prima para reducir el mineral de hierro a hierro y como fuente de energía para generar calor.
El primer paso de convertir el mineral de hierro en hierro es, con mucho, la etapa que consume más energía y carbono y representa aproximadamente el 80 % de las emisiones de carbono en el caso de la fabricación de acero a base de carbón.
Reportacero
