¿Qué tecnologías permitirán una industria siderúrgica más limpia?

Descarbonizar la industria siderúrgica es un reto crucial que hay que superar si el mundo quiere cumplir sus objetivos climáticos. La producción de acero representa en torno al 11% de las emisiones mundiales de dióxido de carbono (CO2), lo que la convierte en una de las industrias más contaminantes y en uno de los sectores de mayor emisión en los que se centra la Coalición First Movers, una iniciativa que pretende concentrar la demanda de productos y servicios con emisiones próximas a cero en algunas de las industrias más contaminantes del mundo.

La misión de la coalición es impulsar la inversión y acelerar la ampliación de las tecnologías de vanguardia necesarias para fabricar estos productos demostrando una señal creíble de demanda de productos altamente descarbonizados.

Pero, ¿cómo pueden emerger y ampliarse estas tecnologías innovadoras? El reto del acero con emisiones casi nulas de la Coalición First Movers fue una iniciativa mundial recientemente completada por el Foro Económico Mundial y Greenhouse, con el apoyo de sus socios Boston Consulting Group, Deloitte, ResponsibleSteel y RMI. Su objetivo era identificar qué empresas suministrarán productos finales de acero con los umbrales de emisiones casi nulas de First Movers para 2030, qué empresas pretenden comprar estos productos de acero y qué empresas están proporcionando las tecnologías habilitadoras para una producción de acero altamente descarbonizado.

Las 70 propuestas para este último reto de las tecnologías facilitadoras muestran soluciones en varias subcategorías que los productores de acero necesitan para producir acero con emisiones próximas a cero. Un grupo de expertos evaluadores redujo las 70 propuestas a las 17 más innovadoras en función de su relevancia, viabilidad, escalabilidad, preparación tecnológica e impacto.

El hidrógeno es un factor crucial para los procesos de producción de emisiones próximas a cero en la industria siderúrgica y otras industrias difíciles de eliminar, y su demanda está aumentando vertiginosamente. Puede producirse a partir de diversos recursos como el gas natural, la energía nuclear, la biomasa y energías renovables como la solar y la eólica.

Aunque no se emiten gases de efecto invernadero cuando se utiliza el hidrógeno como fuente de energía, su producción diferencia entre un combustible «más limpio» y un combustible con emisiones cercanas a cero.

Los distintos colores describen los diferentes tipos de hidrógeno: el hidrógeno verde suele crearse mediante electrólisis por pares utilizando energía renovable, mientras que el hidrógeno gris y azul suelen producirse mediante reformado con vapor de metano o gasificación del carbón. El hidrógeno azul se fabrica de forma similar al gris, pero con carbono capturado del gas natural utilizado.

Molten Industries, una empresa con sede en California, fue la propuesta de hidrógeno ecológico mejor clasificada en el desafío del acero. Se centran en la producción de hidrógeno neutro en carbono para el acero neto cero utilizando la pirólisis del metano, un proceso en el que se aplica energía térmica al metano para romper el enlace químico entre el carbono y el hidrógeno. Como resultado, se produce grafito, un producto de carbono sólido que puede utilizarse en baterías de iones de litio o electrodos de hornos de arco eléctrico sin emisiones de CO2 ni gas hidrógeno.

La tecnología de fabricación de acero que utiliza hidrógeno suele ser la reducción directa del mineral de hierro, denominada fabricación de hierro a base de hidrógeno o H2-DRI. En los altos hornos de oxígeno tradicionales, el mineral de hierro se reduce utilizando combustibles basados en el carbono, como el coque (a base de carbón), calentando los hornos hasta 1.600 grados Celsius. Sin embargo, en la reducción directa, el hidrógeno también puede servir como agente reductor: reacciona con el mineral de hierro para eliminar el oxígeno, produciendo hierro metálico, con procesos H2-DRI que funcionan por debajo del punto de fusión del hierro de 1.200 grados Celsius.

La empresa francesa GravitHy, cuya solución funciona íntegramente con hidrógeno bajo en carbono, fue la que obtuvo mayor puntuación en la categoría de reducción directa. Mediante un proceso integrado H2-DRI, GravitHy puede producir hierro en forma de briqueta caliente, una forma superior de hierro de reducción directa para la fabricación de acero. Este hierro briqueteado en caliente puede almacenarse y transportarse largas distancias para su uso en hornos de arco eléctrico, fundidores o altos hornos para producir acero descarbonatado.

Una limitación importante para la comercialización del hidrógeno bajo en carbono son los costes nivelados asociados a su proceso de producción. Esto significa que actualmente hay un puñado de proyectos a escala piloto que producen acero a base de hidrógeno, como dos proyectos suecos: HYBRIT (una asociación entre SSAB, Vattenfall y LKAB) y H2 Green Steel, cuya producción está prevista para 2025.

Ampliar el suministro de hidrógeno verde implicaría reducir los costos asociados a las tecnologías de electrodos mediante la innovación y la aparición de tecnologías para almacenar el hidrógeno de forma más eficiente.

La electrólisis consiste en hacer pasar una corriente eléctrica a través de un electrolito (una solución que contiene iones) para provocar una reacción química no espontánea. En muchas aplicaciones, esto significa dividir el agua en hidrógeno y oxígeno. Las tecnologías de electrólisis producen eficazmente hierro, aluminio, hidrógeno verde y muchos otros materiales.

La electrólisis de óxido fundido de Boston Metal fue una solución de electrólisis de alta puntuación que crea hierro fundido de gran pureza a partir de mineral de hierro de baja calidad utilizando únicamente electricidad. Elimina las emisiones de alcance uno atribuidas a la producción de acero, reduce las emisiones de alcance tres de los consumidores finales y puede aplicarse a cualquier grado de mineral de hierro.

Xi'an LONGI Hydrogen Energy Technology Company también presentó una tecnología de electrolizador de alta puntuación centrada en su nuevo electrolizador alcalino que reduce continuamente el consumo de energía y mejora la rentabilidad de la producción ecológica de hidrógeno.

Aunque la adopción generalizada de la electrólisis aún se enfrenta a retos relacionados con el costo, la eficiencia y el desarrollo de infraestructuras, el creciente número de proyectos de hidrógeno ecológico significa que es probable que la tecnología de electrólisis siga ganando popularidad.

Las tecnologías de hornos de vanguardia pretenden innovar los diversos sistemas, tecnologías y métodos relacionados con la construcción, el diseño y el funcionamiento de los hornos. Ya existen varias tecnologías viables que podrían impulsar la descarbonización de la industria siderúrgica, como los hornos de arco eléctrico, que ya están sustituyendo en muchos países a los tradicionales hornos altos de oxígeno básico, intensivos en carbono.

La empresa finlandesa Coolbrook aportó la tecnología de hornos mejor calificada. Su tecnología RotoDynamic está diseñada para generar calor de proceso a alta temperatura, hasta 1.700 grados Celsius. Funciona con electricidad, lo que elimina la necesidad de quemar combustibles fósiles para generar altas temperaturas. Potencialmente, puede eliminar 600 megatoneladas anuales de emisiones mundiales de CO2 relacionadas con el hierro y el acero.

Mientras que las tecnologías innovadoras y de vanguardia pueden reducir drásticamente las emisiones de la producción de acero, la tecnología de captura, utilización y almacenamiento de carbono (CCUS, por sus siglas en inglés) permite capturar las emisiones residuales y las emisiones de los procesos tradicionales de los altos hornos, especialmente mientras que las soluciones profundamente descarbonizadoras siguen sin estar disponibles a gran escala debido a las tarifas elevadas. El CCUS es también una palanca clave de descarbonización en otros sectores, como la producción de cemento y aluminio.

La solución «UNO MK3» de la empresa australiana KC8 recibió la máxima puntuación en las propuestas para el desafío de captura, utilización y almacenamiento de carbono. Esta solución de captura de carbono es retroadaptable a fuentes de emisiones a gran escala, suele tener unos costes de inversión (CAPEX) y operación (OPEX) más bajos que la captura de carbono basada en aminas y puede concentrar la unidad de regeneración para el procesamiento en áreas extensas, como las aplicaciones de las plantas siderúrgicas.

Ninguna solución es la fórmula mágica para resolver la cuestión de la descarbonización del acero. La variedad de las 70 soluciones presentadas al reto de las tecnologías del acero de la Coalición First Movers demuestra la multitud de tecnologías innovadoras que se están desarrollando para reducir la huella de carbono del acero.

Para avanzar en la descarbonización del sector al ritmo necesario para alcanzar los objetivos de cero emisiones netas en 2050, es necesario aumentar la inversión en estas tecnologías para ampliarlas, reducir su costo e implantarlas en las plantas siderúrgicas de todo el mundo. La responsabilidad es compartida en toda la cadena de valor: los productores de acero están obligados a utilizar estas tecnologías y los usuarios finales pagan una prima verde, mientras que el acero verde sigue siendo más caro que el producido de forma tradicional.

Las mejores propuestas para el reto del acero se incorporarán también a la base de datos First Suppliers Hub de la coalición First Movers de proveedores de productos finales y de la cadena de valor con emisiones casi nulas, cuyo objetivo es fomentar las conexiones entre los agentes de la demanda y la oferta en todos los sectores con grandes emisiones.