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Requiere industria siderúrgica hasta 30 años para alcanzar “cero neto”

13 de junio de 2022.- La fabricación de acero puede ser difícil de reducir, pero hay un nuevo temple dentro de la industria para repensar toda la cadena de valor y anular las emisiones de carbono para siempre, consideró el director de la Asociación Mundial del Acero, Worldsteel, Edwin Basson.

Explicó que recientemente ocurrieron tres cosas en el camino a la acería que han acelerado la capacidad de descarbonización de la industria.

Es posible que aún se necesiten entre 20 y 30 años de inversión en nuevos procesos innovadores, junto con hidrógeno verde disponible universalmente y una parte de la captura y el almacenamiento de carbono para llegar al cero neto, pero las puertas de hierro se han abierto de par en par a nuevas posibilidades por una confluencia de eventos.

Primero, en 2020, el presidente de China, Xi Xinping, prometió que el mayor productor de acero del mundo con el 57 % de la producción mundial (ese año, China fue el primero en alcanzar más de 1,000millones de toneladas de producción) lograría la neutralidad de carbono para 2060, y tampoco vería ningún aumento en emisiones de CO2 para 2030.

Basson dijo que muchas de las siderúrgicas del mundo habían estado esperando que China hiciera un movimiento: el paso decisivo en su política marcó el comienzo de una carrera para repensar.

Junto con el pistoletazo de salida de China, el cambio del régimen estadounidense hace dos años a un liderazgo más globalmente comprometido con un fuerte enfoque en la descarbonización, «dio lugar a un giro de casi 180 grados», dijo Basson, en la determinación de la industria siderúrgica de vaya más allá de las eficiencias de producción y aborde el proceso de refinación de minerales difícil de reducir, sus fuentes de energía y, lo que es más importante, cómo se usa, reutiliza y recicla el acero.

Una nueva ola de directores ejecutivos progresistas en la industria es el tercer elemento que Basson cita como factor que contribuyó a un cambio en las actitudes aceradas que anteriormente se enfocaban en exprimir cada ahorro de energía y material del proceso de fabricación de acero de 300 años de antigüedad, en beneficio el balance general y reducir las emisiones de carbono en el lateral. Worldsteel dice que las medidas de eficiencia en la industria han reducido el consumo de energía en alrededor de un 60% desde la década de 1960, contribuyendo a «una reducción significativa en la intensidad de CO2 «.

¿El enfoque revisado? Basson dice que está impulsado «por la comprensión de que, como sociedad global, no podemos seguir emitiendo la cantidad de CO 2 que todavía estamos emitiendo». Y que ajustar la tecnología de alto horno existente ya no puede ofrecer el salto cuántico en las reducciones de carbono necesarias para salvar el planeta.

Un semillero de oportunidades

La industria del acero contribuye con alrededor del 8 % de las emisiones de carbono del mundo y depende en gran medida (73 %) de las tecnologías de alto horno y horno básico de oxígeno (BOF) para separar el oxígeno de los óxidos de hierro que componen el mineral de hierro y producir el material resistente y permanente. conocido como acero.

La fabricación de acero implica varias aplicaciones de calor extremo. Entre ellos, el calentamiento del carbón a unos 1000 grados centígrados en ausencia de oxígeno para eliminar las impurezas, lo que da como resultado un producto mucho más fuerte, el ‘coque’. El coque enfriado, que contiene entre un 90 % y un 93 % de carbono, se introduce en un proceso de alto horno, junto con el mineral de hierro y la piedra caliza; el aire, calentado a 1000-1200 grados centígrados, se inyecta en el horno, iniciando una serie de reacciones químicas que finalmente producen arrabio y CO2.

El arrabio todavía retiene alrededor del 4 % de carbono, lo que lo vuelve demasiado frágil para la mayoría de las aplicaciones, y el BOF se usa para reducir aún más esta concentración y otras impurezas para producir acero con un contenido de carbono en un rango de aproximadamente ~ 0,02-2,1 %. BOF, arrabio, chatarra (alrededor del 15-20 %) y cal quemada (conocida como fundente) se calientan y se «soplea» oxígeno puro en la mezcla a través de una lanza enfriada por agua, que oxida el carbono y el silicio en el calor. hierro y libera más calor que a su vez derrite la chatarra. La masa fundida del acero resultante se vierte en un cucharón y puede continuar con un proceso de refinamiento adicional, calentado, para cumplir con las especificaciones del cliente.

No es de extrañar que Basson diga que el mayor desafío para la descarbonización que enfrenta la industria es «¿De dónde obtenemos nuestra energía?» Por el momento, dice, el carbón no solo es la principal fuente de calor para las diversas etapas del proceso, sino que »nos brinda la base de la reacción química que extrae el hierro de su estado oxidado en el mineral de hierro»,  y ahí radica la definición de difícil de reducir. La fabricación de acero a partir de mineral de hierro depende actualmente del carbono para impulsar la reacción; cuyo subproducto es el CO2 .

Hoy, la producción de cada tonelada de acero resulta en promedio en la emisión de 1.8 toneladas de CO2 . “Según las evaluaciones de Worldsteel”, dice Basson, “creemos que lo mejor que puede lograr la industria en las próximas décadas, incluso utilizando nuevas tecnologías” que todavía están en desarrollo y sujetas a ampliación es de 0.3 toneladas, o 300 kilogramos de CO2 emitido por tonelada de acero, de ahí el papel de la captura y el almacenamiento de carbono .

Innovación desatada

Basson, quien antes de su mandato de casi 11 años como director de Worldsteel ocupó cargos ejecutivos en ArcelorMittal, una de las mayores mineras (mineral de hierro y carbón metalúrgico) y productoras de acero del mundo, dice que está orgulloso de ver la nueva «disposición a experimentar» de la industria. con las nuevas tecnologías”.

Él dice que es casi como si los factores China/EUA/CEO hubieran “desatado una nueva ola de libertad de experimentación dentro de la industria”.

Un informe, Iron and Steel Technology Roadmap producido por la Agencia Internacional de Energía (IEA) con importantes contribuciones de worldsteel publicado en octubre de 2020, detalla los desafíos y posibilidades para la industria. Señala que “las empresas siderúrgicas y las asociaciones siderúrgicas regionales que representan aproximadamente un tercio de la producción mundial de acero han establecido objetivos para lograr cero emisiones netas para 2050 o antes”, y que “la mayoría de estos objetivos se establecieron en los últimos tres años”.

El informe de seguimiento separado también marca claramente a la industria del acero como «No en camino» para cumplir con las reducciones de emisiones en línea con el Acuerdo Climático de París para evitar un calentamiento global superior a 1.5-2 grados centígrados en comparación con los niveles preindustriales.

Se requiere: ¡más política, más pilotos!

Por lo tanto, exige que las reducciones de emisiones se aborden desde todos los ángulos, y que los gobiernos establezcan políticas que fomenten la investigación y el desarrollo de nuevos procesos. En India, el segundo productor de acero más grande del mundo con una producción de 118 millones de toneladas en 2021, por ejemplo, el esquema del gobierno Perform, Achieve and Trade (PAT) incentiva a la industria a buscar la eficiencia energética y, por lo tanto, la reducción de emisiones.

En Europa, las agencias gubernamentales y los fondos apoyan varios proyectos específicos, como Siderwin, que está desarrollando un nuevo proceso de refinación de minerales en Mazières, Francia. Desde 2017, el programa Horizonte 2020 de la Unión Europea ha financiado a 12 socios europeos coordinados por ArcelorMittal, para ampliar un proceso desarrollado por primera vez a principios de la década de 2000 a escala de laboratorio, que sumerge el mineral de hierro en un baño electrolítico, sin carbón coquizable, sin emisiones de carbono, solo electricidad de una futura red alimentada por energías renovables, que extrae oxígeno de la materia prima para producir hierro metálico. En este caso, la adición de carbono para ajustar el grado del metal se llevará a cabo durante la fusión del hierro producido por el proceso, para formar acero según las especificaciones del cliente.

Diseñar para reutilizar, no reciclar

Más abajo en la cadena de suministro, la demanda también se puede moderar, con iniciativas para mejorar la recuperación de materiales reciclables. Basson dice que el mundo debe comenzar a usar el acero de manera diferente en las principales industrias, de modo que pueda reutilizarse sin incurrir en la carga energética de fundir, remodelar y mecanizar.

Worldsteel tiene como objetivo producir investigaciones de alta calidad que resulten en la descarbonización del acero a lo largo de la cadena de valor, y una de sus estrategias es colaborar con las industrias que utilizan grandes cantidades de acero sobre cómo reducir la demanda futura del material.

La transición actual de la industria automotriz para producir vehículos eléctricos (EV) brinda una oportunidad, dice Basson. “Estamos en medio de un rediseño significativo de cómo se usa el acero en el nuevo entorno automotriz porque la distribución del peso del EV es muy diferente a la de los vehículos con motor de combustión interna, lo que hace que los requisitos del acero sean muy diferentes”. Es el momento adecuado para diseñar nuevos tipos de componentes de acero que puedan reutilizarse en la industria automotriz.

Basson cree que en las grandes industrias que consumen acero, como la del petróleo y el gas, también debe haber “oportunidades para reutilizar el acero en su forma o forma existente para futuras instalaciones, sin tener que volver a fundirlo y volver a trabajarlo”.

Las empresas también podrían aplicar su experiencia en ingeniería para diseñar infraestructuras de acero o componentes de productos para una fácil recuperación y reaplicación.

Al mismo tiempo, dice Basson, la industria necesita ver cómo etiqueta el acero actual con sus especificaciones, para que cuando se recupere, digamos de los sitios de construcción, se pueda redirigir y reutilizar con confianza.

Hay límites para el arco eléctrico.

Donde la reutilización directa es imposible, el acero se puede reciclar infinitamente. Una alternativa al método BF-BOF de producción de acero a partir de mineral de hierro es la tecnología de horno de arco eléctrico (EAF) que ya se utiliza para producir alrededor del 30% del acero mundial. EAF utiliza arcos eléctricos de alta potencia entre un cátodo y un ánodo para fundir chatarra y hierro junto con aditivos de purificación para producir acero como nuevo.

Un mayor uso de EAF jugará un papel importante en la descarbonización de la industria del acero, pero, dice Basson, actualmente tiene dos limitaciones. En primer lugar, requiere un suministro alto y constante de electricidad [1] , y debido a que la mayor parte del suministro de electricidad mundial todavía se genera con carbón o gas, esas emisiones de carbono de la generación de energía con combustibles fósiles deben calcularse en la producción de acero.

Las fuentes de energía renovables tendrán que volverse más prominentes y confiables, respaldadas por el almacenamiento en forma de baterías o hidrógeno, en la red para hacer que la electrificación de los procesos industriales de alta energía, incluida la fabricación de acero, sea más limpia.

En camino a la reducción de mineral asistida por hidrógeno

Otra vía prometedora para reducir las emisiones de la fabricación de acero a corto plazo es aumentar la producción de hierro de reducción directa (DRI) a base de gas, que actualmente representa solo el 5% de la producción de acero.

El proceso de reducción directa elimina el oxígeno del mineral de hierro en estado sólido, utilizando monóxido de carbono e hidrógeno del gas natural reformado o gas de síntesis para unirse al oxígeno del mineral de hierro, sin fundirse en un alto horno.

Aunque actualmente el gas natural y el gas de síntesis se basan en combustibles fósiles, las emisiones de los procesos basados en gas son más bajas que las de los procesos basados en carbón. Y los sistemas que están configurados ahora para usar gas podrán hacer la transición más fácilmente al uso de hidrógeno verde a medida que ese gas de cero emisiones esté más disponible.

“Estamos seguros de que el hidrógeno es parte de la solución para reducir las emisiones de CO 2 de la fabricación de acero”, dice Basson. “Puede reemplazar la reducción de hierro con carbón y básicamente produce solo vapor de agua como subproducto”. Agrega que se están evaluando muchas formas de entregar hidrógeno verde de manera rentable a la industria. Una vía de la cadena de suministro, por ejemplo, es producir hidrógeno utilizando energía solar en países constantemente soleados como Australia, y procesarlo en amoníaco, que se envía de manera más fácil y segura a su destino de usuario que el hidrógeno. Otra posibilidad podría ser que el DRI se produzca en la fuente o en la mina, evitando así el transporte de hidrógeno.

Un ejemplo muy mencionado de un proyecto de empresa privada respaldado por el gobierno que integra hidrógeno en el proceso de fabricación de acero es HYBRIT. Esta asociación entre la minera de mineral de hierro LKAB, el fabricante mundial de acero SSAB y el proveedor de energía Vattenfall, respaldada por la Agencia Sueca de Energía y este año también por el Fondo de Innovación de la UE, busca demostrar la primera cadena de valor del mundo completamente libre de combustibles fósiles para el hierro. y producción de acero. HYBRIT produjo su primer acero libre de combustibles fósiles por reducción directa utilizando hidrógeno verde en agosto de 2021. Ese suministro inicial de gas se extrajo de una instalación de almacenamiento de hidrógeno verde de tamaño piloto, pero el consorcio casi ha completado la preparación de una caverna de roca revestida que puede almacenar alrededor de 100 gigavatios hora de hidrógeno renovable (suficiente para abastecer una planta siderúrgica de tamaño completo durante tres o cuatro días) producido por electrólisis alimentada principalmente con el exceso de generación de los parques eólicos de la región.

Una de las prioridades de Worldsteel Research, difusión de información y apoyo a sus miembros es garantizar que cualquier nueva infraestructura siderúrgica se construya de acuerdo con las últimas mejores prácticas conocidas y tenga la menor huella de carbono posible. Dice Basson: «La clave es asegurarse de que la nueva capacidad se centre en la reducción de CO 2 «.

En última instancia, concluye, las nuevas soluciones integradas provendrán de esfuerzos globales concertados porque “Ningún país tiene una comprensión completa de las tecnologías o de la cadena de suministro. Por lo tanto, tendremos que continuar durante los próximos años compartiendo experiencias e información de una manera que no infrinja las consideraciones antimonopolio”. Worldsteel celebra un foro abierto anual dedicado a este propósito. Reúne a los participantes de la industria en un esfuerzo por compartir los aspectos que pueden sobre lo que saben, y quizás lo que es más importante, «lo que la industria aún necesita aprender para cerrar las brechas» para llevar acero limpio al mercado y ayudar a los clientes a aplicar juiciosamente. eso.

Aunque numerosas oportunidades están en sus inicios, Basson dice: “Es muy emocionante. Hay tantas formas diferentes en que las personas usan y dependen del acero que hagamos lo que hagamos será omnipresente. Tenemos que tratar de capturar las mayores oportunidades, muchas de las cuales eventualmente tendrán menos que ver con la fabricación de acero que con el uso del acero”. Poner en marcha una producción de bajas emisiones ahora permitirá la reutilización sostenible de este material versátil en el futuro.

 

 

Reportacero

 

 

 

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