Comparaison des méthodes de production d'« acier vert » : un bilan en fonction de la réduction des émissions de CO2

Cet article de 4 minutes, s'appuie sur un article « Consignes pour l’acier vert » plus complet. Il résume l’état actuel, en termes objectifs et quantifiables, de la réduction des émissions de CO₂de la sidérurgie.

Capture et utilisation du carbone (CCU) : 65 % de réduction des émissions de CO₂

Il n’existe actuellement aucun procédé CCU commercial à grande échelle dans l’industrie sidérurgique, mais plusieurs recherches indiquent son fort potentiel. Il est possible de capter environ 65 % des émissions de CO₂ puis de les traiter et/ou de les associer à d’autres gaz pour produire les « matières premières » à base de carbone nécessaires à l’industrie chimique. L’inconvénient : la quantité de combustibles fossiles utilisée est la même, ce qui signifie les mêmes impacts pour l'extraction et les étapes suivantes.

Capture et stockage du carbone (CCS) : 60 à 70 % de réduction des émissions CO₂

Dans ce procédé, le CO2 est comprimé, transporté, stocké et géré dans des réservoirs géologiques souterrains dûment choisis. Le Groupe d’experts intergouvernemental sur l’évolution du climat (GIEC) estime que si la mise en œuvre est adéquate, les réservoirs sont « très susceptibles » de retenir 99 % du CO₂ pendant plus de 1 000 ans.

Cela dit, il n’existe actuellement aucune installation commerciale de CCS à grande échelle dans l’industrie sidérurgique. Selon l’Agence internationale de l’énergie (AIE), la capture du carbone ne devrait pas faire de gros progrès avant 2030 : elle estime qu'1 % des émissions annuelles de CO₂ par l’industrie sidérurgique seront captées (16 MtCO₂/an).

Certains experts en émissions affirment que les réservoirs de CCS devraient être privilégiés pour des industries autres que l’acier, comme le plastique ou le ciment, confrontés à des coûts importants et à des obstacles au développement de technologies décarbonées. Pour ces secteurs, il serait possible de réduire les émissions de dioxyde de carbone de 60 ou 70 %.  

Le recyclage des métaux est déjà beaucoup plus propre que la sidérurgie traditionnelle à partir de minerai, puisqu'on n'a plus à produire de fer (historiquement la partie la plus polluante en CO₂) pour faire de l’acier. Comme l'acier peut être recyclé à l’infini, il n’est pas surprenant que son taux de recyclage atteigne 90 %, le plus élevé de toutes les matières industrielles. Pour autant, le recyclage ne peut répondre qu'à 25 % de la demande mondiale actuelle en acier. L'actuelle fabrication de d'acier à partir de matières recyclées peut être améliorée par les pratiques suivantes. 

DRI bas carbone : 10 à 20 % de réduction des émissions de CO₂

Une technique de réduction bas carbone (DRI), au lieu d'une réduction à partir de fossiles, pourrait réduire l’empreinte carbone de la fabrication d'acier à partir de ferrailles recyclées de 10 à 20 %, en fonction de la quantité, du type de DRI et du mix énergétique. 

Électricité verte : 50 % de réduction des émissions de CO₂

Un remplacement total de l’électricité fossile par de l’électricité décarbonée pourrait réduire de moitié les émissions actuelles de CO₂ produites par la fabrication d'acier recyclé. 

Biocoal : jusqu’à 40 % de réduction des émissions de CO₂

Le biocoal est produit par pyrolyse (ou carbonisation) de biomasse brute. Fabriqué à partir d’énergie non fossile et sans liants, le biocoal est un carburant neutre en carbone. S'il peut remplacer l’injection de charbon pulvérisé (PCI), le charbon minéral (la houille) reste nécessaire pour produire du coke pour le haut fourneau. De plus, le biocoal contient typiquement plus de potassium (K) et de phosphore (P), ce qui peut avoir un effet négatif sur la qualité de l’acier. Si l'on tient compte de ces inconvénients, cette méthode peut permettre de réduire les émissions de carbone jusqu’à 40 %. 

Injection d’hydrogène : 10 à 40 % de réduction des émissions de CO₂

L’injection de charbon pulvérisé dans le haut fourneau peut être partiellement remplacée par de l’hydrogène. La diminution des rejets de dioxyde de carbone est limitée : entre 10 et 40 % en fonction de la technologie utilisée. 

Recyclage du gaz des hauts fourneaux (TGR) : 21 à 25 % de réduction des émissions de CO₂

Les principaux gaz produits pendant la production d’énergie ou le chauffage du haut fourneau pourraient être recyclés en réinjectant les rejets de carbone et d’hydrogène dans le four. Les réductions de carbone attendues se situent entre 21 et 25 %. 

Fours à arc électrique immergés : Les réductions d'émissions de CO₂ restent à déterminer

Des fours de type SAF ou OSBF peuvent remplacer la production de fer dans un haut fourneau, ce qui réduirait le besoin en coke et en charbon. L’un des principaux avantages de ces technologies est la possibilité d’utiliser un minerai de fer de moindre qualité. Les fours SAF et OSBF sont encore en cours de développement et ne sont pas déployés commercialement à grande échelle dans l’industrie sidérurgique. Grâce à de nouveaux développements et innovations, les fours SAF et OSBF pourraient réduire considérablement les émissions de CO₂ de la fabrication du fer. 

Réduction directe à base d’énergie fossile avec fours à arc électrique (EAF) : 10 à 40 % de réduction des émissions de CO₂

Alimentés par une réduction directe au gaz naturel, une DRI à l'aide de charbon ou de gaz de synthèse (un mélange d’hydrogène et de monoxyde de carbone), ces procédés réduiraient les émissions de dioxyde de carbone de 10 à 40 % par rapport à la fabrication traditionnelle de fer. 

Réduction directe décarbonée (DRI) avec fours à arc électrique (EAF) : pratiquement sans émission de CO₂

La plus importante réduction des rejets de CO₂ de la fabrication de l’acier à base de minerai proviendra, sans conteste, d'une réduction directe par hydrogène décarboné. La réduction directe décarbonée s'appuie sur un hydrogène produit par une électricité sans énergie fossile : solaire, éolienne, hydraulique, etc. Le sous-produit résultant de la DRI décarbonée est de l’eau, facilement réutilisable pour produire à son tour de l’hydrogène, créant ainsi un circuit fermé.

Le développement technologique de la réduction de fer sans énergie fossile pour produire de l'acier décarboné a commencé en 2016. Les premiers produits en acier pratiquement sans énergie fossile au monde sont sortis en juillet 2021.

Autres technologies de réduction du minerai de fer prometteuses en termes d'émissions de CO₂

Le résumé ci-dessus présente les pistes de développement arrivées à un « niveau élevé de maturité technologique. » Parmi les autres développements moins aboutis d'un point de vue technique, citons :

• La réduction directe de fines de minerai par hydrogène avec traitement par four à arc électrique (exemples : HyREX, Circored). 
• La réduction directe de fines de minerai par hydrogène et fusion (exemple : SuSteel). 
• L'électrolyse directe du minerai de fer à basse température (exemples : Ulcowin, Siderwin). 
• L'électrolyse directe du minerai à haute température (exemples : Ulcolyse, Boston Metal).  

En 2026 : l'acier décarboné sera commercialement disponible

Des entreprises de différents secteurs, dont l’automobile, transforment déjà de petites quantités d’aciers décarbonés que SSAB produits dans son usine pilote, pour construire des prototypes. Comme nos nouveaux aciers décarbonés présentent les mêmes propriétés que nos aciers actuels, il n’est pas surprenant que les clients les aient très facilement adoptés.