¿Qué hacer con la producción de acero?
15 ago 2022
Nadie puede dudar que el acero sea un material que está presente en cada una de nuestras actividades. Con él compartimos nuestra vida cotidiana. Coches, edificios, puentes y carreteras, herramientas y maquinarias, ferrocarriles y aviones no estarían a nuestra disposición sino contáramos con el acero.
Se trata de un metal relativamente barato, extraordinariamente fuerte y flexible y muy duradero, al punto que hoy parece imprescindible y un verdadero pilar de la vida moderna.
Pero este increíble material tiene un lado oscuro. En un mundo que podría tornarse “inhabitable” –como advierte Naciones Unidas– como consecuencia del cambio climático, el acero constituye casi una décima parte de las emisiones globales de gases de efecto invernadero (8%) que atrapan la luz solar, calientan el Planeta, intensifican los eventos meteorológicos extremos y por tanto, responsable de la catástrofe climática hacia la que nos encaminamos.
Por cada tonelada de acero producida, la industria emite entre 1,7 a 1,9 toneladas de CO₂. Estamos frente a una industria masiva y, por tanto, si tenemos en cuenta el tamaño de la industria siderúrgica, ante un gran problema climático.
Y no se trata solo de emisiones de CO₂. La producción de acero también produce compuestos nocivos y contaminantes como el monóxido de carbono (CO), óxido nitroso (N₂O) y dióxido de azufre (SO₂), compuestos que afectan al suelo y la vegetación a través de la lluvia ácida, además del naftaleno, sustancia cancerígena que se produce con calentamiento del carbón de coque en el alto horno.
El problema de la industria del acero es que las soluciones para hacerlo solo algo más limpio son caras y difíciles de aplicar. A diferencia de otros sectores como energía o agricultura, donde las tecnologías limpias (desde paneles solares a sustitutos cárnicos de origen vegetal) son baratas y escalables, los retos que plantea el acero –sobre todo logísticos y técnicos– son tan complejos que los líderes políticos y empresarios se resisten a encarar.
La producción de acero es problemática porque implica calentar el mineral de hierro con grandes cantidades de energía en altos hornos para extraer hierro puro. La reacción química resultante libera dióxido de carbono.
En la industria del acero hay tras factores que hacen a su producción especialmente dañina para el clima: 1. El mineral de hierro se mezcla con carbón a elevadas temperaturas en los altos hornos para extraer hierro puro, liberando los átomos de oxígeno que contiene el mineral de hierro que se unen con los átomos del carbón. Este proceso libera enormes volúmenes de CO2; 2. En el proceso de tratamiento posterior se consumen grandes cantidades de energía y para ello casi siempre se utiliza carbón, el combustible fósil más sucio y barato; y 3. Alrededor del 75% del acero se fabrica en altos hornos que poseen una vida útil de entre 15 y 20 años, luego de los cuales deben ser anulados o reparados, lo que implica importantes inversiones.
El coste de reparación de un alto horno puede significar unos 150 millones de dólares. Pero un programa de descarbonización es mucho más elevado. Acelor Mittal, la mayor compañía siderúrgica del mundo, prevé que su ‘proceso’ le implicará una inversión de 10.000 millones de dólares.
A las puertas de un tiempo complejo y decisivo
Frente a esos severos perjuicios para el clima, la Agencia Internacional de la Energía (AIE), anticipa que la demanda de acero crecerá un 33% hasta 2050. Por tanto, parece imperioso resolver cómo se producirá ese acero, si pretendemos cumplir con algo parecido a los objetivos climáticos del Acuerdo de París, lo que hoy parece irrealizable en vista de los incumplimientos empresarios y gubernamentales.
Según los expertos, la presente década será crítica para cambiar el rumbo hacia la descarbonización del acero. Más del 70% de los altos hornos a nivel mundial, llegará al final de su vida útil y requerirán cuantiosas reinversiones para una eficiente operatividad.
Surge además otro problema: el acero es un componente central tanto de las turbinas eólicas como de las infraestructuras eléctricas y las demás fuentes de energía limpia, a las que el mundo apuesta para terminar con su dependencia de los combustibles fósiles. Es decir, que si en el futuro queremos producir con neutralidad de carbono, necesitaremos más acero para lograr ese objetivo… Pero ¿cómo hacemos “limpio y verde” el acero que producimos?
Gauri Khandekar, ex directora de Global Relations y miembro de la Fundación para las Relaciones Internacionales y el Diálogo Exterior (FRIDE), es una científica india, analista de la Universidad Libre de Bruselas, que estudia los problemas de la energía sostenible y la descarbonización de la industria siderúrgica.
En 2020, escribió un artículo junto a dos investigadores del Centro para el Cambio Climático, Energía y Derecho Ambiental (Universidad del Este de Finlandia), donde señala la posibilidad de avanzar en la descarbonización de las Ells (Energy-intensive industries) y explora hasta qué punto esos sectores tienen un gran potencial subexplotado: “Encontramos que el alto potencial de la gobernanza global para contribuir a la descarbonización de las EIIs ha permanecido muy subexplotado. Pocas instituciones internacionales contribuyen y no hay una clara dirección. Especialmente, las instituciones existentes no han emitido una señal/visión específica del sector ni las consiguientes regulaciones internacionales”.
Las EIIs comprenden una serie de industrias diferentes con altos insumos de energía, que incluyen hierro y acero, productos químicos, cemento, aluminio, vidrio, cerámica y pasta y papel. En conjunto contribuyen con más del 20% del total de gases de efecto invernadero (GEI) (Climate Watch, 2020) y los cuatro primeros constituyen más del 70% de esa contaminación.
Las emisiones de CO2 surgen del uso directo de energía y combustibles fósiles; de reacciones en los procesos de producción (emisiones de proceso), indirectamente a través del uso de electricidad y calor; y en una cantidad pequeña del volumen de residuos y/o aguas residuales.
Gauri y su grupo advierten que para alcanzar el Acuerdo de París, las emisiones netas cero tendrán que ser alcanzadas en todo el mundo lo antes posible en torno al 2050 y que eso incluye a las Ells (IPCC, 2018) y recuerdan que solo China representa el 57% del acero bruto mundial (2020) y su industria está dominada por la tecnología de altos hornos que requiere grandes cantidades de carbón coquizable (en 2020, 91% del acero chino se produjo en altos hornos y solo el 9% provino de hornos de arco eléctrico).
Enfrentamos por tanto, una década en la que será decisivo descarbonizar el acero. Para ello, existen algunas propuestas en desarrollo:
1-Sustituir el carbón y el gas por hidrógeno producido con electricidad verde
Una de las soluciones consiste en prescindir de los altos hornos de carbón. En un primer paso, las siderúrgicas pueden extraer el hierro del mineral haciendo reaccionar la roca con gas en unas instalaciones denominadas plantas de hierro de reducción directa. Estos gránulos de hierro pueden convertirse en acero en un horno de arco eléctrico, que debería funcionar con electricidad procedente de energías renovables. El uso de gas fósil es más limpio que el del carbón, aunque sigue contaminando la atmósfera y calentando el Planeta.
Algunas grandes corporaciones siderúrgicas como AcelorMittal, SSAB o ThyssenKrupp apuestan por hacer funcionar nuevas plantas con hidrógeno, gas que solo podría considerarse ‘limpio’ si se produce a partir de energía renovable. En lugar de que los átomos de oxígeno del mineral reaccionen con los átomos de carbono de los combustibles fósiles para producir CO2, como ocurre en los altos hornos actuales, reaccionarían con átomos de hidrógeno para producir H2O, es decir agua.
Acelor, con presencia en más de 60 países y el único productor de acero realmente global, se plantea en Europa (Alemania, Francia, España) un plan de descarbonización para producir acero sin emisiones, migrando el proceso siderúrgico basado en la ruta de alto horno y convertidor BOF a uno basado en una planta de reducción directa del mineral de hierro (DRI) y acería eléctrica, lo que le permitiría en una primera fase, reducir sus emisiones y posteriormente emplear hidrógeno de origen eólico en vez de carbón o gas fósil.(Ver Más Azul n° 32, mayo 2022 “¿Hacia la eliminación del carbón o una nueva mentira?”)
La realidad es que su objetivo anunciado es reducir solo un 25% de sus emisiones mundiales de carbono para 2030 (en Europa el horizonte se amplía a 35%, pero en países como India o Argentina solo al 20%).
Dos problemas conexos y complejos surgen para enfrentar el proceso de descarbonización: cómo y dónde. Por un lado, cómo producir el suficiente hidrógeno limpio para abastecer la demanda siderúrgica, lo que requeriría enormes cantidades de energía verde, sin que ello no suponga desatender el suministro de otros sectores de alto consumo de energía y difíciles de limpiar. Y por otro, dónde establecer las plantas de producción de hidrógeno para que puedan abastecerse de energía renovable suficiente. Muchos países no cuentan con estas condiciones y transportar hidrógeno por barco exigiría grandes inversiones en infraestructuras.
Para fabricar todo el acero europeo con hidrógeno producido con energías renovables, se requerirían 340 teravatios hora (TWh) de electricidad verde, lo que equivale al 77% de todo lo que producen las turbinas eólicas de la UE (437 TWh). Y eso significa 6 millones de toneladas de hidrógeno por año para la producción actual, pero hay que recordar que la AIE prevé un incremento del 33% en la demanda de acero para 2050.
2-Reciclaje y reutilización
Una segunda opción es que la sociedad global aprenda a utilizar los recursos con un mayor cuidado. El acero es absolutamente reciclable. Hoy más de una cuarta parte de él se fabrica con chatarra reciclada. Hay límites: en ese proceso deben eliminarse impurezas como níquel y cobre, que podrían debilitar el metal.
Además la obtención de acero reciclado es menos costosa que producir nuevo, por lo que incrementar el reciclaje permitiría reducir considerablemente el consumo.
Este proceso utiliza un 56% menos de energía que producir acero nuevo. Sin duda, el aumento de las actuales tasas de reciclaje reduciría además la cantidad de hierro que hay que purificar. La AIE estima que un uso más eficiente del acero podría reducir la demanda en un 20% de aquí a 2050. Aumentar las tasas de reciclaje del acero y utilizar el metal de forma más eficiente también podría ayudar a reducir las emisiones.
Pero para responder a las metas del Acuerdo de París es necesario que para 2030 se use chatarra hasta en el 40% de toda la producción de acero.
Con la chatarra de hierro se puede producir acero nuevo. De hecho, EEUU produce cerca del 70% de su acero a partir de chatarra reciclada. Si ese proceso utiliza una electricidad en base a energías limpias, el sector del acero podría tener una intensidad de emisiones relativamente baja.
China como mayor productor de acero, espera alcanzar su pico de producción para el 2025. La AIE prevé que la producción china de acero sea en 2050, un 40% más baja que en 2020 y que la mayoría de su producción provenga de procesos de chatarra para lograr su objetivo de cero emisiones netas en 2060.
Otra medida que podría contribuir a una reducción de ls emisiones de la industria global del acero es obligar a los fabricantes de automóviles a fabricar coches más ligeros en lugar de pesados todoterrenos.
3-Captura y almacenamiento de carbono
Otra opción en estudio es la posibilidad de capturar el carbono que sale de las siderúrgicas y almacenarlo bajo tierra. Atrapar los contaminantes antes de que se liberen a la atmósfera es lo que plantean los defensores de esta tecnología conocida como CAC. La AIE calcula que la captura de carbono podría cubrir la mitad de toda la producción de acero en 2050, lo que liberaría hidrógeno para poder usarlo en otros procesos difíciles, como el transporte marítimo o la producción de fertilizantes.
Pero sus detractores señalan múltiples dificultades no resueltas: cuántas emisiones procedentes de la siderurgia (que posee diversas fuentes de emisión) podrían realmente capturarse; a qué costo; cómo funcionaría a escala comercial; y en especial, las cuantiosas inversiones que se requerirían y que sus impulsores reclaman que provengan de ayudas y subsidios gubernamentales.
En general, las grandes corporaciones defienden esta solución que permitiría mantener los actuales altos hornos. Aseguran que es relativamente sencillo retener las emisiones antes de que pasen a la atmósfera para a continuación enterrar en el suelo el CO2 capturado. Lo que no dicen es que la cantidad que se captura es realmente baja y los costos muy altos. El motivo de su defensa es que de esta manera el sector seguiría produciendo como hasta ahora.
La sombra de los combustibles fósiles
Científicos y ecologistas de todo el Planeta alertan sobre las promesas de los fabricantes de acero. Como sucede con la industria de los combustibles fósiles, se teme que repitan la estrategia de ‘promesa de soluciones futuras’ para no verse obligados a actuar ahora.
Como afirma Khandekar, “si las siderúrgicas siguen con los altos hornos, pero la CAC no se abarata ni es eficiente, el carbón que queman seguirá contaminando la atmósfera. Si construyen plantas de hierro de reducción directa y no hay suficiente hidrógeno verde, seguirán utilizando gas fósil para purificar el mineral de hierro…”Es un riesgo bastante grande. No se puede dejar que las empresas tomen las decisiones por sí solas”.
Para mantener el calentamiento global por debajo de 2°C, las emisiones de CO₂ derivadas del acero deberían disminuir un promedio anual de 2,5% hasta 2030, pero la tendencia actual va en sentido contrario. ¿Qué los detiene? La respuesta es muy clara: sus beneficios. El proceso de descarbonización de la industria siderúrgica es muy difícil y sobre todo, costoso. Podría aumentar sus costes en un 20%. La captura de carbono podría aumentar el costo en un 100% por cada tonelada producida.
Muchos de los métodos posibles de descarbonización implican nuevas tecnologías que se encuentra en una fase temprana de desarrollo. Por lo que eligen “esperar” y mientras tanto, “disfrazarse de verdes” a la espera de que alguna tecnología mágica les mantenga sus beneficios.
Como plantea Caitlin Swalec, analista de acero de la Ong Global Energy Monitor, “No vamos a dejar de usarlo por completo y nunca alcanzaremos el 100 por cien de tasas de reciclaje. Pero sin duda podemos hacerlo mucho mejor”.
El clima del Planeta no tiene tiempo que perder. Seguir produciendo como hasta ahora y esperar, no resolverán el problema. La política y la industria son las que tienen ahora el poder (¿y la decisión?) de hacer que las soluciones tecnológicas se hagan realidad.