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El reto de la descarbonización del acero

La minería es, además de un sector vital para la transición energética mundial, indispensable para el éxito de los objetivos de emisiones netas de carbono para 2050. La reducción de las emisiones de carbono de la industria minera es un paso clave en la lucha contra el calentamiento global.

Según McKinsey & Co, la industria minera produce el 28 % de las emisiones mundiales sumando las emisiones directas de las operaciones (Alcance 1), emisiones indirectas procedentes de la generación de energía (Alcance 2) y las emisiones de la cadena de valor (Alcance 3). Según estas mismas estimaciones, las emisiones de alcance 1 y 2 de la minería representan entre el 4% y el 7% , mientras que las de alcance 3 suponen el aproximadamente 20% restante.

La mayoría de las emisiones operativas (Alcance 1 y 2)  están bajo el control directo de las empresas mineras, por lo que sus planes para reducir la huella de carbono se centran en ellas: mejora de la eficiencia operativa para reducir el consumo de energía y agua; electrificación de operaciones, movimiento de materiales y procesamiento; y utilización de  fuentes de energía renovables, cuando sea posible, para minimizar el uso de combustibles fósiles. Las emisiones de Alcance 3 tienen una gran importancia para la reducción global de las emisiones, pero son más difíciles de controlar en la industria minera ya que dependen de operadores externos.

El reto del acero

Uno de los principales responsables de estas emisiones es la industria del acero, esencial para la economía mundial. A medida que crece la economía mundial, también lo hace la producción de acero —de 1.700 millones de toneladas métricas en 2017 a 1.900 millones de toneladas en 2021, según la Asociación Mundial del Acero que prevé que crezca un 30% para 2050— y sus emisiones que, según la Agencia Internacional de la Energía, alcanzan el 9% de las emisiones mundiales de CO2.

Lineas de flujo del acero

Fuente: American Iron and Steel Institute

es así

Es imprescindible enfrentarse al reto de la descarbonizacion del acero. La mayor parte de las emisiones provienen de la forma en que se fabrica el acero convencional, el mismo sistema que se empleaba hace 1.000 años. En un alto horno, donde el coque, derivado del carbón que es casi carbono puro, reacciona con el mineral de hierro, una mezcla de óxidos de hierro y otros minerales. La reacción extrae el oxígeno y deja el hierro líquido. El carbono y el oxígeno se liberan juntos en forma de dióxido de carbono.

Por tanto, para producir acero sin fósiles no basta con utilizar energía sostenible, se necesita un reductor diferente al carbono para evitar el CO2 de la reacción química, lo que requiere un cambio fundamental en el proceso de producción.

De hecho, una gran parte de los mayores fabricantes de acero han anunciado la construcción de plantas donde se va a implantar alguna tecnología para producir acero verde. Sin ir más lejos, ArcelorMittal anunció el año pasado que su planta de Sestao (España) se convertirá en la primera planta a gran escala de producción de acero libre de emisiones.

En esta carrera para producir acero verde se han planteado básicamente dos formas diferentes de producir acero libre de emisiones. La primera consiste en reemplazar el carbón o coke por hidrógeno, la segunda se basa en la denominada electrólisis de óxido fundido. Dos de los proyectos que acaban de compartir algunos de sus logros, son el proyecto Hybrit  y la solución planteada por BOSTON METAL.

Proyecto HYBRIT

En septiembre del año pasado, el consorcio sueco HYBRIT, del que forman parte la metalúrgica SSAB, la minera LKAB y la compañía eléctrica Vattenfall,  entregó el primer cargamento de acero producido sin el uso de combustibles fósiles y ahora está compartiendo la tecnología que ha utilizado.

El proceso que a escala industrial no estará disponible hasta 2026, emplea energías renovables en la producción de los pelets de hierro —ingredientes claves del acero—, y un nuevo sistema para la  eliminación del oxígeno del hierro sustituyendo el carbón y el coque por hidrógeno verde.

Comparación entre el proceso tradicional para conseguir acero y el proceso HYBRIT

 

El proceso HYBRIT utiliza hidrógeno en lugar de carbón para obtener el oxígeno del hierro. Al combinar el hidrógeno con el oxígeno del mineral de hierro en lugar del carbón y el coque, se produce agua como subproducto en lugar de CO2.

BOSTON METAL

La solución de Boston Metal, una startup del MIT, utiliza un enfoque totalmente nuevo, llamado electrólisis de óxido fundido (MOE molten oxide electrolysis). En lugar de utilizar carbono para eliminar el oxígeno, el proceso se basa en la electricidad, que pasa por una célula llena de una mezcla de óxidos de hierro disueltos junto con otros óxidos y materiales.

La electricidad calienta la célula hasta unos 1.600 °C, fundiendo todo en una sopa de óxido caliente. Además, impulsa las reacciones químicas de eliminación de oxígeno. El hierro fundido se acumula en el fondo del reactor y se emite oxígeno en lugar de dióxido de carbono.

Dado que las impurezas quedan en gran medida fuera de la reacción, este proceso, según Boston Metal,  puede funcionar con mineral de hierro de baja calidad, lo que podría ser una de las principales ventajas de esta tecnología.

Este proceso de fabricación de acero  fue desarrollado a mediados de la década de los 2.000 por los investigadores de materiales del MIT Donald Sadoway y Antoine Allanore. La investigación avanzó en pequeños reactores del tamaño de una taza de café que producían una cantidad de hierro del tamaño de un cacahuete en un par de días.

A mediados de este año anunciaron la puesta en funcionamiento de un reactor piloto 1.000 veces más grande que la versión de investigación, y en el año 2023 pretenden probarlo en una planta comercial.

El futuro

Tanto si los fabricantes de acero recurren al hidrógeno como a un proceso eléctrico como el MOE de Boston Metal, necesitarán mucha más electricidad para reducir realmente las emisiones.

Según una estimación de los investigadores de la Universidad de Columbia, si toda la producción mundial de acero en altos hornos se convirtiera al proceso MOE de Boston Metal, se necesitarían más de 5.000 teravatios-hora de electricidad para hacerlos funcionar, aproximadamente el 20% del consumo mundial de energía en 2018. La producción de acero con hidrógeno también conllevaría grandes necesidades de electricidad, por lo que los precios de la electricidad influirían notablemente en el precio del proceso.

Eso sí, si esa electricidad procede de energías renovables u otras fuentes libres de carbono, podría reducirse considerablemente la contaminación por carbono.

Por tanto, a pesar de estas prometedoras nuevas tecnologías, y aunque hay que ser optimistas, todavía queda un largo camino por recorrer antes de que se produzcan realmente reducciones de emisiones.

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