Confronto tra tecnologie per l'"acciaio verde": una scheda di valutazione basata sulle riduzioni di CO2

Questo articolo di 4 minuti, basato su una "Linea guida per l'acciaio verde" più lunga, riassume lo stato attuale delle riduzioni quantificabili e obiettive di CO₂ basate sulla produzione dell'acciaio.

Cattura e utilizzo del carbonio (CCU): 65% di riduzione di CO₂

Al momento non esistono CCU su larga scala nel settore siderurgico, ma diversi studi hanno dimostrato un grande potenziale. È possibile catturare all'incirca il 65% delle emissioni di CO₂ e quindi elaborarle e/o combinarle con altri gas per produrre le "materie prime" a base di carbonio necessarie per il settore chimico. Lo svantaggio: viene utilizzata la stessa quantità di combustibili fossili, richiedendo dunque gli stessi impatti di estrazione, ecc.

Cattura e stoccaggio del carbonio (CCS): Riduzione di _CO2 del 60-70%

Per la CCS, la CO2 viene compressa, trasportata e stoccata in serbatoi geologici sotterranei opportunamente selezionati e gestiti. Il Comitato Intergovernativo sul Cambiamento Climatico (IPCC) calcola che, se realizzati correttamente, è "molto probabile" che i serbatoi trattengano il 99% della CO₂ per oltre 1.000 anni.

Ciò premesso, attualmente nel settore siderurgico non esistono stabilimenti CCS su larga scala. Secondo l'Agenzia Internazionale per l'Energia (AIE), è improbabile che la cattura del carbonio acquisisca un ruolo significativo entro il 2030: si stima che verrà catturato l'1% delle emissioni annue di CO₂ del settore siderurgico (16 MtCO₂ /anno).

Alcuni esperti in materia di emissioni dichiarano che le riserve CCS dovrebbero essere prioritarie per settori diversi dall'acciaio, come quello della plastica o del cemento, che affrontano costi elevati e ostacoli nello sviluppo di tecnologie prive di combustibili fossili. In questi settori, l'anidride carbonica potrebbe essere ridotta fino al 60-70%.  

Il riciclaggio dei rottami d'acciaio è già molto più pulito rispetto alla tradizionale produzione di acciaio a partire dal minerale di ferro, poiché ovviamente si salta il processo di produzione del ferro, storicamente la parte più inquinante in termini di CO₂ nella produzione dell'acciaio. Poiché può essere riciclato all'infinito, non sorprende che l'acciaio presenti un tasso di riciclo del 90%, il più alto tra tutti i materiali più diffusi. Tuttavia, il riciclaggio può fornire solo il 25% dell'attuale domanda mondiale di acciaio. L'attuale produzione di acciaio a base di rottami può essere migliorata con le seguenti pratiche. 

DRI a basso tenore di carbonio Riduzione di CO₂ del 10-20% 

L'utilizzo di ferro direttamente ridotto (DRI) a basse emissioni di carbonio, in luogo del DRI di origine fossile, potrebbe ridurre l'impronta di anidride carbonica della produzione di acciaio da rottame del 10-20%, a seconda della quantità e del tipo di DRI e del mix di elettricità. 

Elettricità verde: Riduzione del 50% di CO₂

Un passaggio completo dall'elettricità alimentata con combustibili fossili a quella priva di combustibili fossili potrebbe dimezzare le attuali emissioni di CO₂ derivanti dalla produzione di acciaio da rottami. 

Carbone sintetico: fino al 40% di riduzione di CO₂

Il carbone sintetico è prodotto dalla pirolisi e carbonizzazione bio-green della biomassa grezza. Se prodotto con energia priva di combustibili fossili e senza leganti, il carbone sintetico è un combustibile a zero emissioni di carbonio. Anche se il carbone sintetico è in grado di rimpiazzare l'iniezione di carbone polverizzato (PCI), è comunque necessario utilizzare il carbone per produrre il coke per gli altiforni. Inoltre, normalmente il carbone sintetico contiene una quantità più elevata di potassio (K) e fosforo (P), che mettono alla prova la qualità dell'acciaio. Tenendo presente questo aspetto, il metodo potrebbe ridurre le emissioni di carbonio fino al 40%. 

Iniezione di idrogeno: Riduzione di CO₂ del 10-40%

L'iniezione di carbone polverizzato negli altiforni può essere in parte rimpiazzata con idrogeno. La diminuzione dell'anidride carbonica risultante è limitata, circa il 10-40% a seconda della tecnologia. 

Riciclo dei gas in uscita dall'altoforno (TGR) 21-25% di riduzione di CO₂

I gas in uscita dall'altoforno generati durante la produzione di energia possono essere riutilizzati reimmettendo le emissioni di anidride carbonica e idrogeno nell'altoforno. Le riduzioni previste del carbonio sono del 21-25%. 

Forni ad arco sommerso (SAF) Riduzioni di CO₂ da determinare

I forni ad arco sommerso (SAF) o i simili forni a bagno di scorie aperti (OSBF) possono sostituire la produzione di ferro in altoforno, riducendo la necessità di coke e carbone. La possibilità di utilizzare minerale ferroso di qualità inferiore rappresenta una caratteristica fondamentale. SAF e OSBF sono ancora in fase di sviluppo e non hanno alcuna distribuzione su larga scala nel settore siderurgico. Con l'ulteriore sviluppo e le innovazioni, SAF e OSBF potrebbero ridurre in modo sostanziale le emissioni di CO₂ nella produzione del ferro. 

Riduzione diretta a base fossile con forni ad arco elettrico (EAF): Riduzione di CO₂ del 10-40%

Alimentati da DRI a gas naturale, DRI a base di carbone o gas di sintesi (una miscela di idrogeno e monossido di carbonio), si stima che questi processi riducano le emissioni di anidride carbonica del 10-40% rispetto alla produzione tradizionale di ferro. 

Riduzione diretta senza combustibili fossili (DRI) con forni ad arco elettrico (EAF): praticamente privo di _CO2

La maggiore riduzione delle emissioni di CO₂ per la produzione di acciaio a base di minerale ferroso proverrà dalla sostituzione di tutte le principali fonti di anidride carbonica con un processo di riduzione diretta di idrogeno verde. La riduzione diretta senza combustibili fossili utilizza l'idrogeno prodotto dall'elettricità priva di combustibili fossili: solare, eolica, idroelettrica, ecc. Il sottoprodotto della DRI priva di combustibili fossili è l'acqua, che può essere facilmente riutilizzata per la produzione di idrogeno, formando un ciclo chiuso.

Lo sviluppo tecnologico del ferro a riduzione diretta privo di combustibili fossili per la produzione di acciaio privo di combustibili fossili è iniziato nel 2016 e ha portato i primi prodotti al mondo in acciaio virtualmente privo di combustibili fossili a luglio 2021.

Altre promettenti tecnologie di produzione del ferro che riducono la CO₂

Il riepilogo di cui sopra riguarda le iniziative di sviluppo che si ritiene abbiano "elevati livelli di preparazione tecnologica." Le iniziative aggiuntive con livelli di preparazione tecnologica bassi includono:

• Riduzione diretta con idrogeno, a base di minerali a grana fine combinata a un forno ad arco elettrico (ad es. HyREX, Circored). 
• Riduzione diretta con idrogeno a base di minerali a grana fine combinata con l'estrazione mediante fusione (ad es. SuSteel). 
• Elettrolisi diretta di minerale ferroso a basse temperature (ad es. Ulcowin, Siderwin). 
• Elettrolisi diretta di minerale ferroso ad alta temperatura (ad es. Ulcolysis, Boston Metal).  

Nel 2026: quantità commerciali di acciaio privo di combustibili fossili

Aziende di vari settori, tra cui quello automobilistico, stanno attualmente utilizzando piccole quantità degli acciai privi di combustibili fossili provenienti dallo stabilimento pilota di SSAB per costruire dei prototipi. Poiché i nostri nuovi acciai privi di combustibili fossili presentano le stesse proprietà dei nostri attuali acciai, non sorprende che l'adozione da parte dei clienti sia stata finora molto semplice.