23 de marzo de 2022.- El cemento y el acero son ingredientes esenciales de edificios, automóviles, represas, puentes y rascacielos. Pero estas industrias se encuentran entre las más sucias del planeta.
La producción de cemento genera 2,300 millones de toneladas de dióxido de carbono al año, y la fabricación de hierro y acero libera unos 2,600 millones de toneladas, o el 6.5 % y el 7.0 % de las emisiones mundiales de CO2, respectivamente.
Eso se debe en parte a las grandes cantidades en las que se utilizan estos materiales: el hormigón es el segundo producto más consumido del planeta, después del agua limpia. También es gracias a sus métodos de producción intensivos en carbono. Las reacciones químicas implicadas emiten CO2, al igual que la quema de combustibles fósiles para generar las temperaturas extremas requeridas en los procesos de fabricación.
Se necesitan con urgencia formas más limpias de fabricar y usar cemento y acero. El mundo debe alcanzar emisiones netas de carbono cero para 2050, incluso cuando la demanda industrial está creciendo y los precios de la energía se están disparando. Se debe establecer infraestructura, transferencia de tecnología y mecanismos para reducir los riesgos financieros para permitir que florezca la industria pesada de bajas emisiones.
Aquí destacamos nueve prioridades para la investigación y la acción. Los procesos de fabricación de acero necesitan un replanteamiento; Las mayores ganancias del cemento requerirán captura y almacenamiento de carbono (CCS). Juntos, estos pasos podrían llevar al acero casi a ser neutral en carbono y al cemento a convertirse en un sumidero de carbono.
Usa las últimas tecnologías
Garantizar que las plantas de producción estén equipadas con la mejor tecnología disponible ofrece ganancias inmediatas. Mejorar el aislamiento de las plantas industriales puede ahorrar un 26% de la energía utilizada; mejores calderas reducen las necesidades de energía hasta en un 10%; y el uso de intercambiadores de calor puede disminuir las demandas de energía del proceso de refinación en un 25%.
Las plantas viejas e ineficientes generalmente son superadas por instalaciones más modernas, por lo que las industrias se vuelven más eficientes con el tiempo. Sin embargo, las ganancias disminuyen a medida que las industrias maduran y las mejoras se incrementan. Hoy en día, las plantas de cemento más eficientes pueden obtener solo un 0.04% de ahorro de energía al año mediante la mejora de las tecnologías. Se necesita hacer más.
Se pueden usar cantidades más pequeñas de acero y cemento para el mismo trabajo. Hoy, el mundo produce 530 kilogramos de cemento y 240 kilogramos de acero por persona al año. Pequeños pero significativos cambios en los códigos de construcción y la educación de arquitectos, ingenieros y contratistas podrían reducir la demanda de cemento hasta en un 26 % y la de acero en un 24 %, según la Agencia Internacional de Energía.
Muchos códigos de construcción se basan en el exceso de ingeniería por motivos de seguridad. Ese margen podría limitarse mediante el uso de materiales modernos y modelos informáticos para reducir los diseños y utilizar solo la cantidad necesaria de recursos. Los materiales alternativos con una menor huella de carbono para un uso determinado, como el aluminio, podrían reemplazar al acero en algunos productos, incluidos los automóviles. Los profesionales tendrían que cambiar sus prácticas y volver a capacitarse.
Reinventar la producción de acero
El carbono es el núcleo de la producción de acero convencional. El coque (derivado del carbón) alimenta los altos hornos en los que los minerales de hierro se reducen químicamente a hierro metálico a temperaturas de hasta 2,300 °C. El coque se quema para producir monóxido de carbono, que reduce el mineral a hierro y CO2. Luego, el hierro fundido se refina en acero, generalmente en un horno de carbón, pero a veces (especialmente cuando se recicla chatarra) en un horno de arco eléctrico (EAF). El proceso emite alrededor de 1,800 kilogramos de CO2 o más por tonelada de acero.
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Se pueden usar otras sustancias para reducir los minerales. Alrededor del 5% del acero del mundo ya se fabrica a través de procesos de ‘hierro reducido directo’ (DRI) que no requieren coque y generalmente usan hidrógeno y CO (derivado de metano o carbón). Mediante el uso de gas derivado del metano y electricidad renovable para alimentar un horno eléctrico, estas plantas siderúrgicas emiten alrededor de 700 kilogramos de CO2 por tonelada de acero 5 , un 61 % menos que las basadas en coque.
Mejor aún, usar solo hidrógeno para DRI debería reducir las emisiones de CO2 a 50 kilogramos o menos por tonelada de acero, una reducción del 97%. Empresas en Europa, China y Australia están probando tales plantas, y varias están programadas para abrir en 2025 o 2026. El desafío es que este proceso requiere una gran cantidad de hidrógeno.
Producir todo el acero de esta manera significaría casi triplicar la producción mundial de hidrógeno, de 60 a alrededor de 135 millones de toneladas anuales. Y hoy en día, la mayor parte del hidrógeno barato proviene del gas natural, que libera CO2. Una opción más ecológica, dividir el agua con electrolizadores, es alrededor de 2.5 veces más cara. Los costos deberían bajar a medida que se construyan más plantas.
Vale la pena buscar otras opciones. En 2004, el Consorcio de Fabricación de Acero Ultralow-CO 2 (48 empresas y organizaciones en 15 países europeos) evaluó las opciones. Tata Steel, con sede en Jamshedpur, India, construyó una planta piloto en 2010 en los Países Bajos para un proceso avanzado de fabricación de acero, todavía basado en carbón pero simplificado para facilitar la captura de carbono. La caída del precio del hidrógeno verde, producido con energía renovable, ahora está atrayendo a Tata a DRI basado en hidrógeno.
Una alternativa prometedora al hidrógeno es usar electricidad para reducir el mineral de hierro a través de la electrólisis. Este método está siendo explorado por Boston Metal en Massachusetts y Arcelor Mittal con sede en Luxemburgo.
Reportacero
