El control del carbón sobre el sector eléctrico mundial se está aflojando a medida que más servicios públicos y empresas invierten en energía renovable. Pero uno de los principales consumidores de carbón, la industria del acero, tiene más dificultades para dejar su hábito.

Las empresas siderúrgicas fabrican casi 2 mil millones de toneladas de material de alta resistencia cada año para puentes, edificios, ferrocarriles y carreteras. Los hornos que funden el mineral de hierro para fabricar acero consumen grandes cantidades de carbón. Como resultado, la industria representa aproximadamente el 8 por ciento de las emisiones anuales de dióxido de carbono, así como una sopa tóxica de contaminantes del aire.

Las acerías de todo el mundo se enfrentan a una creciente presión de los reguladores gubernamentales y los consumidores para descarbonizar las operaciones. Hacerlo es esencial para limitar el calentamiento global a 1,5 grados Celsius y evitar la mayoría de los peores efectos del cambio climático, dicen los expertos . En los últimos meses, los tres principales productores del mundo, ArcelorMittal de Europa, Baowu Steel de China y Nippon Steel de Japón, se comprometieron a lograr emisiones netas cero para 2050, haciéndose eco de los objetivos establecidos en sus países de origen.

Pero para frenar las emisiones de carbono del acero, el sector tendrá que transformar la forma en que se fabrica tradicionalmente el material.

En las afueras de Boston, en el suburbio industrial de Woburn, una empresa está trabajando para reemplazar el carbón con electrones. Boston Metal, un equipo surgido del Instituto de Tecnología de Massachusetts, o MIT, utiliza corrientes eléctricas para calentar el mineral de hierro en un líquido blanco anaranjado brillante, que se convierte en metal y se enfría como bloques de acero gris. El proceso no genera emisiones de gases de efecto invernadero y, cuando se alimenta con electricidad renovable, puede estar completamente libre de emisiones.

Tadeu Carneiro, director ejecutivo de la empresa, dijo que Boston Metal está "marcando el comienzo de una nueva era de la metalurgia". La startup de nueve años recaudó $ 50 millones en enero de una gran cantidad de inversores, incluidos Breakthrough Energy Ventures, liderados por Bill Gates, y el brazo de capital de riesgo de BHP, una de las compañías mineras más grandes del mundo. La nueva financiación le permitirá construir una planta de demostración en Woburn que puede producir 25.000 toneladas de metal al año; Hasta ahora, la empresa ha fabricado solo varias toneladas de acero en total.

El enfoque de Boston Metal es uno de un puñado de tecnologías innovadoras con el potencial de descarbonizar la fabricación de acero. Las empresas están poniendo a prueba sistemas en toda Europa que utilizan hidrógeno en hornos en lugar de carbón. En Brasil, algunas acerías están mezclando biocarbón, que se obtiene a partir de desechos agrícolas. Otras empresas continúan utilizando carbón, pero están considerando modernizar las instalaciones con dispositivos de captura de carbono para anular las emisiones.

Las tecnologías de prueba y escalado que eliminan las emisiones de la fabricación de acero no son el único desafío para descarbonizar el material de construcción. Los productos más ecológicos también deben competir en una industria con márgenes de beneficio relativamente bajos y un exceso de oferta de acero chino barato.

Para nivelar el campo de juego, las agencias públicas y las empresas privadas deberán establecer políticas que fomenten la compra de acero libre de emisiones o que encarezcan la compra de suministros convencionales, dijo Nate Aden, investigador principal del Instituto de Recursos Mundiales que estudia el sector industrial. transformaciones. ( California , por ejemplo, limita la cantidad total de emisiones de carbono asociadas con el acero y otros materiales utilizados en proyectos de construcción respaldados por el estado).

"No hemos tenido suficiente investigación y desarrollo en este espacio durante las últimas dos décadas", dijo Aden. "Es emocionante."

Alrededor del 70% de acero hoy en día se fabrica como siempre se ha hecho: en hornos gigantes, extremadamente calientes. El carbón purificado, o "coque", se calienta y se funde con óxido de hierro y piedra caliza, luego se inyecta con oxígeno para reducir el contenido de carbono de la mezcla y eliminar las impurezas.

Casi todo el resto del acero está hecho de chatarra que se derrite en un horno de arco eléctrico. Este enfoque no utiliza coque como materia prima. Pero se requieren cantidades significativas de electricidad para calentar el metal a casi 3,000 grados Fahrenheit, y la mayor parte de esa energía proviene de plantas de energía de carbón.

En las instalaciones de investigación de Boston Metal, el proceso de fabricación de acero se lleva a cabo dentro de un cilindro metálico en cuclillas llamado celda electrolítica. La electricidad se alimenta desde la parte superior y fluye a través de un tubo similar a una chimenea hecho de una aleación a base de cromo. La corriente eléctrica luego pasa a través de una solución líquida hecha de óxido de hierro y otros minerales metálicos. Esto calienta el óxido fundido e impulsa reacciones químicas que dan como resultado la producción de gas oxígeno y hierro líquido. El oxígeno burbujea en la parte superior, mientras que el hierro fortificado se acumula en el fondo de la cámara y finalmente se endurece en acero.

Donald Sadoway, profesor de química de materiales en el MIT, dijo que tuvo la idea de la “electrólisis de óxido fundido” hace décadas mientras investigaba formas alternativas de producir aluminio, otro metal elaborado mediante un proceso intensivo en carbono. En 2012, cofundó Boston Electrometallurgical (también conocido como Boston Metal) con dos socios, y comenzaron a probar el método en celdas de laboratorio del tamaño de vasos de vaso alto. La compañía ahora opera tres líneas piloto en las instalaciones de Woburn.

Con la inversión de $ 50 millones de Breakthrough, BHP y otros, Sadoway dijo que el objetivo es demostrar la tecnología a una escala lo suficientemente grande como para convencer a los inversores de que respalden la construcción de una instalación industrial. Si esa futura planta llega a buen término, estima que el proceso de Boston Metal utilizará aproximadamente un 20 por ciento menos de energía que un alto horno convencional. Y si la instalación puede usar electricidad renovable abundante y barata, tal vez de una planta hidroeléctrica, su acero costaría menos que la competencia.

“A escala, esperamos hacer mejor metal a menor costo y sin emisiones de CO 2 ”, dijo.

COMO BOSTON METAL amplía sus esfuerzos en electrólisis, muchas empresas siderúrgicas están apostando por el hidrógeno para frenar las emisiones.

El hidrógeno no emite gases de efecto invernadero cuando se quema y se puede producir mediante el uso de electricidad renovable para hacer estallar las moléculas de agua (aunque la mayor parte del hidrógeno en la actualidad se produce con gas natural, mediante un proceso llamado reformado con vapor de metano). En la fabricación de acero, el hidrógeno desencadena una reacción química que elimina el oxígeno del mineral de hierro, eliminando la necesidad de carbón purificado en el alto horno.

ArcelorMittal, con sede en Luxemburgo, está construyendo una planta de demostración utilizando este método, llamado hidrógeno-DRI, para "hierro de reducción directa", en Alemania. Mitsubishi Heavy Industries de Japón planea probar la tecnología este año en una planta de acero de 250.000 toneladas por año en Austria. Y en Suecia, la acería SSAB y sus socios han construido una planta piloto para producir suministros de hidrógeno y probar hidrógeno-DRI, utilizando solo energía hidroeléctrica para ambas operaciones.

La construcción de una industria siderúrgica basada en hidrógeno requerirá un gasto significativo no solo para construir nuevas plantas, sino también para producir, transportar y almacenar hidrógeno verde. Para que estos proyectos sean económicamente viables en el mundo del acero barato, los precios del hidrógeno y la electricidad renovable deben bajar considerablemente, mientras que el precio del dióxido de carbono debe subir, escribió Aden en un artículo de 2020 como parte de un equipo internacional de expertos.

Existe otro desafío a más largo plazo para proyectos nuevos y limpios. La demanda de acero está disminuyendo o estancada en mercados clave, incluidos Estados Unidos y Japón. Los productores ya están fabricando más acero del que necesita el mundo. Mientras tanto, las empresas de construcción y los fabricantes de automóviles utilizan cada vez más aluminio ligero, plásticos e incluso madera en sus proyectos. Eso podría dificultar la justificación de futuras inversiones o investigaciones, según Aden.

Sin embargo, la industria del acero sigue siendo una parte esencial de la economía mundial, así como una fuente importante de emisiones mundiales.

“Lo que está claro es que necesitaremos acero durante las próximas décadas”, dijo Aden. "Así que creo que todos estos nuevos proyectos valen la pena".