Ponderea cărbunelui în sectorul global al producerii de energie electrică scade pe măsură ce tot mai multe companii investesc în energie regenerabilă. Însă un consumator important de cărbune – industria siderurgică – este mai greu de convins să-și schimbe obiceiul. La nivel global, companiile siderurgice produc în fiecare an aproape 2 miliarde de tone de material de înaltă rezistență pentru poduri, clădiri, căi ferate și drumuri. Cuptoarele care topesc minereul de fier pentru a produce oțel ard cantități imense de cărbune. Ca rezultat, industria este responsabilă de aproximativ 8% din emisiile anuale de dioxid de carbon, precum și de producerea unei „supe” toxice de poluanți atmosferici.
Producătorii de oțel din întreaga lume se confruntă cu presiuni crescânde din partea autorităților de reglementare guvernamentale și a consumatorilor pentru a decarboniza operațiunile. Acest lucru este esențial pentru a limita încălzirea globală la 1,5 grade Celsius și pentru a evita cele mai grave efecte ale schimbărilor climatice, spun experții. În ultimele luni, cei trei producători de top din lume – ArcelorMittal din Europa, Baowu Steel din China și Nippon Steel din Japonia – s-au angajat să realizeze emisii zero nete până în 2050, respectând obiectivele stabilite în țările lor de origine. Dar, pentru a reduce emisiile de carbon în industria producătoare de oțel, sectorul va trebui să transforme modul în care materialul este fabricat în mod tradițional.
În Statele Unite, la periferia orașului Boston, în suburbia industrială Woburn, o companie lucrează pentru a înlocui cărbunele cu electroni. Boston Metal, o echipă de cercetători de la MIT – Massachusetts Institute of Technology, folosește curenți electrici pentru a încălzi minereul de fier până îl transformă într-un lichid alb-portocaliu strălucitor, care apoi se solidifică prin răcire, formând blocuri de metal. Procesul nu creează emisii de gaze cu efect de seră și, atunci când este alimentat cu energie electrică regenerabilă, poate fi complet fără emisii.
Tadeu Carneiro, CEO-ul companiei, a declarat că Boston Metal „deschide o nouă eră a metalurgiei ” . Startup-ul în vârstă de nouă ani a strâns 50 de milioane de dolari în ianuarie de la o serie de investitori, inclusiv Breakthrough Energy Ventures, condus de Bill Gates și rezerva de capital de risc al BHP, una dintre cele mai mari companii miniere din lume. Noua finanțare îi va permite să construiască o fabrică pilot în Woburn care să poată produce 25.000 de tone de metal pe an. Până acum, compania a fabricat în total doar câteva tone de oțel.
Abordarea Boston Metal face parte din cele câteva tehnologii revoluționare cu potențial de a decarboniza siderurgia. Companiile dezvoltă în toată Europa sisteme pilot care utilizează în cuptoare hidrogen în loc de cărbune. În Brazilia, unele fabrici metalurgice încearcă să utilizeze biochar, care este fabricat din deșeuri agricole. Alte firme continuă utilizarea cărbunelui, dar iau în considerare modernizarea instalațiilor cu dispozitive de captare a carbonului pentru a anula emisiile. Dezvoltarea și testarea tehnologiilor care elimină emisiile din fabricarea oțelului nu este singura provocare pentru decarbonizarea industriei siderurgice.
Produsele mai ecologice trebuie să concureze, de asemenea, pe o piață cu marjă de profit relativ scăzută și cu o ofertă excesivă de oțel chinezesc ieftin. „Pentru a asigura condiții de concurență echitabile, autoritățile publice și întreprinderile private vor trebui să stabilească politici care să încurajeze achiziționarea de oțel fără emisii sau să facă mai scumpă achiziționarea de materii prime convenționale „, a spus Nate Aden, senior senior la World Resources Institute care studiază transformările din sectorul industrial. (California, de exemplu, a introdus limite referitoare la cantitatea totală de emisii de carbon asociate cu fabricarea oțelulului și a altor materiale utilizate în proiectele de construcții finanțate de stat.)
„Nu a existat suficientă cercetare și dezvoltare în acest domeniu în ultimele câteva decenii ”, a spus Aden.
Astăzi, aproximativ 70% din oțel este fabricat în modul tradițional, așa cum a fost dintotdeauna: în cuptoare gigantice, extrem de fierbinți. Cărbunele purificat, sau „cocs”, este încălzit și amestecat cu oxid de fier și calcar, apoi se insuflă oxigen pentru a reduce conținutul de carbon al amestecului și pentru a elimina impuritățile. Aproape toate celelalte oțeluri sunt fabricate din fier vechi topit într-un cuptor cu arc electric. Această metodă nu folosește cocsul ca materie primă. Dar necesită cantități semnificative de energie electrică pentru a încălzi metalul la peste 1600 de grade Celsius, iar cea mai mare parte a acestei energii provine de la centrale electrice pe cărbune.
La unitatea de cercetare din Boston Metal, procesul de fabricare a oțelului are loc în interiorul unui cilindru din metal numit celulă electrolitică. Alimentarea cu curent electric este realizată la partea superioară și curge printr-un tub asemănător unui coș de fum fabricat dintr-un aliaj pe bază de crom. Curentul electric parcurge apoi o soluție lichidă formată din oxid de fier și alte minerale metalice, încălzind-o și provocând reacții chimice care conduc la producerea de oxigen gazos și fier lichid. Oxigenul se ridică sub formă de bule la suprafața lichidului, în timp ce fierul se decantează la fundul cilindrului și în cele din urmă se solidifică sub formă de oțel.
Donald Sadoway, profesor de chimie a materialelor la MIT, a declarat că a dezvoltat ideea de „electroliză a oxidului topit ” în urmă cu zeci de ani, în timp ce cerceta modalități alternative de producere a aluminiului, un alt metal realizat printr-un proces intensiv în carbon. În 2012, el a fondat Boston Electrometallurgical (cunoscut și sub numele de Boston Metal) împreună cu doi parteneri și au început testarea metodei în celule de laborator de dimensiuni reduse. Compania rulează acum trei linii pilot la instalația Woburn.
Cu investiția de 50 de milioane de dolari din Breakthrough, BHP și alții, Sadoway a spus că obiectivul este să demonstreze tehnologia la o scară suficient de mare pentru a convinge investitorii să sprijine construcția unei instalații industriale. Dacă această viitoare uzină se va realiza, el estimează că procesul Boston Metal va consuma cu aproximativ 20% mai puțină energie decât un furnal convențional. Și dacă instalația va putea utiliza energie electrică regenerabilă ieftină, poate de la o centrală hidroenergetică, oțelul produs prin metoda sa ar costa mai puțin decât al concurenței.
„În viitor, ne așteptăm să producem metal mai bun la un cost mai mic și fără emisii de CO2 ” , a spus Sadoway.
În timp ce Boston Metal își extinde eforturile de dezvoltare a tehnologiei de producere a oțelului prin electroliză, multe companii siderurgice pariază pe hidrogen pentru a reduce emisiile. Hidrogenul nu emite gaze cu efect de seră atunci când este ars și poate fi produs prin utilizarea energiei regenerabile pentru „spargerea” moleculelor de apă (deși cea mai mare parte a hidrogenului este obținut astăzi din gaze naturale, printr-un proces numit „reformarea metanului cu abur”). În fabricarea oțelului, hidrogenul declanșează o reacție chimică, care reduce oxigenul din minereul de fier, eliminând necesitatea de a introduce cărbune purificat (cocs) în furnal.
ArcelorMittal, companie cu sediul în Luxemburg, construiește o fabrică demonstrativă folosind această metodă – numită hidrogen-DRI („fier redus direct”) – în Germania. Compania japoneză Mitsubishi Heavy Industries intenționează să testeze anul acesta tehnologia, la o fabrică de oțel de 250.000 de tone pe an din Austria. Și în Suedia, fabricantul de oțel SSAB și partenerii săi au construit o instalație pilot pentru a produce hidrogen și a testa metoda hidrogen-DRI, folosind doar energie hidroelectrică pentru ambele operațiuni.
„Construirea unei industrii siderurgice pe bază de hidrogen va necesita cheltuieli semnificative nu numai pentru a construi noi uzine, ci și pentru a produce, transporta și stoca hidrogen verde. Pentru ca aceste proiecte să fie viabile din punct de vedere economic în lumea oțelului ieftin, prețurile hidrogenului și ale electricității regenerabile trebuie să scadă considerabil, în timp ce prețul dioxidului de carbon trebuie să crească ” , a scris Aden într-o lucrare din 2020 realizată de o echipă internațională de experți.
Există o altă provocare pe termen mai lung pentru proiecte noi și curate. Cererea de oțel scade sau stagnează pe piețele cheie, inclusiv în Statele Unite și Japonia. Producătorii produc deja mai mult oțel decât are nevoie lumea. Între timp, companiile de construcții și producătorii de autovehicule folosesc din ce în ce mai mult aluminiu ușor, materiale plastice și chiar lemn în proiectele lor. Acest lucru ar putea face mai dificilă justificarea investițiilor sau cercetărilor viitoare, potrivit Aden.
Cu toate acestea, industria siderurgică rămâne o parte esențială a economiei mondiale – precum și o sursă semnificativă de emisii la nivel global. „Ceea ce este clar este că încă vom avea nevoie de oțel pentru următoarele câteva decenii ” , a spus Aden. „Deci, cred că toate aceste proiecte noi merită efortul ”.
Sursa: grist.org
