Cómo eliminar las emisiones de carbono de la industria del acero

Cómo eliminar las emisiones de carbono de la industria del acero Los hornos de arco eléctrico se pueden utilizar para descarbonizar el proceso de fabricación de acero. Oleksiy Mark / Shutterstock

El carbón generó menos del 2% de la electricidad de Gran Bretaña en 2020, a pesar de ser la fuente de energía más grande siete años antes. Si bien la electricidad del país se vuelve más limpia cada año, hay un sector en el que este combustible fósil rico en carbono sigue siendo difícil de reemplazar: la fabricación de acero.

Si se aprueba, Woodhouse Colliery en Cumbria sería la primera mina de carbón profunda en abrir en el Reino Unido en 30 años, y produciría 2.7 millones de toneladas de carbón coquizable anualmente para la industria del acero.

El acero tiene una alta relación resistencia-peso y es relativamente barato de producir, cualidades que hacen que el material sea invaluable en la construcción y la industria automotriz. Como componente principal de las turbinas eólicas, el acero también será una gran parte de la transición a la energía verde.

Esa es en parte la razón por la que se prevé que la demanda mundial de acero aumente en más de un tercio para 2050. Sin embargo, esta podría ser una mala noticia para el planeta, ya que la fabricación de acero ya representa 7% de las emisiones de CO₂ en todo el mundo y 2.7% de las emisiones del Reino Unido.

El mundo necesita encontrar una manera de producir gran cantidad de acero mientras se reduce la huella de carbono de la industria. Y el Comité de Cambio Climático independiente del gobierno ha recomendado que la fabricación de acero en el Reino Unido alcance casi cero emisiones de carbono para 2035. Entonces, ¿cuál es la mejor ruta hacia una industria del acero con bajo contenido de carbono?

Cómo hacer acero

Para producir acero, el mineral de hierro se extrae, se procesa y luego se alea con carbono y otros elementos. El carbón coquizable, una forma de carbón con un alto contenido de carbono, desempeña tres funciones diferentes en este proceso. Puede ayudar a convertir el mineral de hierro en hierro, procesar el hierro en acero y también es un combustible que puede ayudar a impulsar estos procesos.

En una acería integrada, el carbón coquizable se calienta a alrededor de 1,100 ° C para producir una forma pura de carbono llamada coque. El coque reduce el mineral a hierro en un alto horno al reaccionar con el oxígeno para producir monóxido de carbono. Una molécula de mineral de hierro reacciona con tres moléculas de monóxido de carbono, dejando dos átomos de hierro y tres moléculas de dióxido de carbono. Luego, el gas de efecto invernadero se libera a la atmósfera como desecho.

Finalmente, el hierro se convierte en acero alterando su contenido de carbono en un horno de oxígeno básico. A nivel mundial, el 90% del acero producido a partir de mineral de hierro fabricado utilizando este proceso.

Una industria siderúrgica neutra en carbono podría sustituir al carbón en cada paso de este proceso. Pero por el momento, el carbón sigue siendo la opción más rentable en la mayoría de los casos.

¿Cuáles son las alternativas?

Sin embargo, las acerías integradas no son el único lugar donde se produce acero: se producen 630 millones de toneladas de chatarra de acero. reciclado cada año, ahorrando mucha energía y 950 millones de toneladas de CO₂, que es más que las emisiones anuales de todo el sector del transporte de la UE. El reciclaje se realiza principalmente en un horno de arco eléctrico, donde se utiliza electricidad para fundir y procesar la chatarra.

Pero esto depende de grandes cantidades de chatarra de acero, y un estudio de 2015 encontró que el 85% del acero inoxidable ya está reciclado después de su primer uso. Hay poco espacio para aumentar el porcentaje de chatarra en acero nuevo en Europa, por lo que la fabricación de acero a partir de mineral de hierro seguirá siendo necesaria en el futuro.

La reducción directa de mineral de hierro para formar hierro es otro proceso que utiliza menos energía que un alto horno. Gas natural es el combustible fósil elegido por el 90% de las plantas que utilizan este método, concentrado en Oriente Medio y América del Norte, donde los precios del gas son bajos. En 2018, solo 100.5 millones de toneladas de acero se produjeron de esta manera, solo 5.6% del total.

Reducir directamente el mineral de hierro utilizando hidrógeno generado por electricidad limpia, también conocido como hidrógeno verde, y luego procesarlo en un horno de arco eléctrico también alimentado por electricidad verde, es un método para producir acero bajo en carbono. Continuar usando carbón en acerías integradas, pero capturando y ya sea usar o almacenar el CO₂ emitido, es otra.

Electrólisis directa, donde el mineral de hierro se convierte directamente en acero utilizando electricidad, también tiene potencial, pero está muy lejos de ser comercialmente viable. Con poco tiempo, la ruta más segura hacia la fecha límite de 2035 para la descarbonización es utilizar el método de reducción directa con hidrógeno en hornos de arco eléctrico, o utilizar carbón en acerías integradas con captura y almacenamiento de carbono. A nivel mundial, es probable que ambos desempeñar un papel.

En el Reino Unido, el 95% de las emisiones de la siderurgia provienen de dos sitios. Es aquí donde se decidirá el camino del país hacia un sector siderúrgico descarbonizado. El recientemente publicado estrategia de descarbonización industrial no especifica qué tecnologías deben usarse, por lo que no excluye el uso continuo de carbón coquizable siempre que las emisiones de carbono puedan capturarse y usarse o almacenarse.

La captura de carbono ya es una opción competitiva para descarbonizar procesos industriales como producción de amoniaco. Pero el CO₂ se mezcla con otros gases en las emisiones de las acerías, lo que hace que el proceso de captura más difícil.

A nivel mundial, es probable que el carbón continúe utilizándose para fabricar acero en la década de 2030 y más allá, debido a la vida útil de las plantas existentes y la inmadurez de las alternativas bajas en carbono. Afortunadamente, el uso de carbón en la fabricación de acero para 2050 seguiría siendo compatible con el Acuerdo de París, siempre que las emisiones fueran el 40% de los niveles actuales y se capturara aproximadamente un tercio de ellas. El hidrógeno y la electrificación harían el resto del trabajo.

El uso del carbón en la fabricación de acero no necesita cesar de inmediato, pero garantizar que el futuro de la fabricación de acero sea bajo en carbono requiere actuar ahora. El uso continuo del carbón debe cumplirse con mejoras radicales en la tecnología de captura y almacenamiento de carbono; es aquí donde la industria debe demostrar que puede mantenerse al día.La conversación

Sobre el Autor

Stephen Carr, Profesor de Física Energética, Universidad de Gales del Sur

Este artículo se republica de La conversación bajo una licencia Creative Commons. Leer el articulo original.

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