La industria del acero se ha convertido en uno de los principales generadores de gases de efecto invernadero, representando aproximadamente el 7% del total mundial. Este hecho ha desencadenado una verdadera carrera por encontrar métodos que reduzcan las emisiones, al tiempo que se satisfacen las crecientes demandas globales de acero. Según Bronk & Company, una consultora alemana, se espera que la demanda mundial de acero aumente un 11% para alcanzar los 2.000 millones de toneladas en 2030, desde los 1.800 millones registrados en 2020.

De acuerdo a la Agencia Internacional de Energía (AIE), las siderúrgicas emplean predominantemente procesos de alto horno - horno básico de oxígeno (BF-BOF), los cuales representan aproximadamente el 75% de la producción de acero a nivel mundial.

“En los últimos años, hemos visto un aumento notable en el interés por tecnologías alternativas a los altos hornos, que posibilitan la reducción de las emisiones de gases de efecto invernadero (GEI)”, afirmó Enrico Malfa, director de Investigación y Desarrollo de Tenova.

“Con Danieli, Tenova ha ideado un proceso de reducción directa denominado ENERGIRON®, que emplea gas natural como agente reductor del mineral de hierro, lo que conlleva una drástica reducción de las emisiones de CO2 de Alcance 1 en comparación con los altos hornos. La tecnología brinda un beneficio adicional: está preparada para el hidrógeno. El gas natural puede ser reemplazado parcial o totalmente por el hidrógeno verde, lo que contribuirá aún más a alcanzar el objetivo de neutralidad de carbono del sector siderúrgico en 2050”, señaló Malfa.

Descarbonizando la cadena productiva

Sin embargo, para abordar el desafío de la neutralidad de carbono, es crucial no solo reducir las emisiones en la producción de acero líquido, sino también en todo el proceso de producción. Por tanto, el siguiente paso incluye la sustitución de combustibles fósiles en los hornos de recalentamiento y tratamiento térmico que contribuyen directamente a las emisiones de CO2 de Alcance 1.

Malfa detalla que, “Mientras que las emisiones de los hornos de recalentamiento y tratamiento térmico representan alrededor del 10% al 15% de las emisiones directas de la producción de acero a través de la ruta del mineral de hierro, en la ruta EAF que está basada en chatarra, alcanzan el 70%”.

Durante las últimas dos décadas, los esfuerzos se han concentrado en reducir los costos operativos y el impacto ambiental local mediante la implementación de tecnologías innovadoras y altamente eficientes en los sistemas de combustión. Cuanto más eficiente se vuelve un horno, menos combustible fósil quema y menos CO2 produce. Las tecnologías de quemadores regenerativos y recuperativos sin llama que ha desarrollado Tenova, por ejemplo, mejoran la eficiencia del horno y al mismo tiempo reducen los óxidos de nitrógeno a niveles muy por debajo de los límites internacionales.

Malfa explicó que Tenova decidió dar un paso más. En 2020, lanzó un proyecto de I+D centrado en la descarbonización de hornos de recalentamiento y tratamiento térmico siguiendo dos direcciones: los sistemas de inducción y la combustión de hidrógeno verde. “Hemos demostrado que es posible expandir la operatividad de nuestro portafolio de sistemas de combustión, combinando hidrógeno con gas natural hasta en un 100%”, afirmó. “Esto abre paso al nuevo concepto de horno híbrido electrificado, el cual, gracias a la utilización directa e indirecta de energías renovables, como el hidrógeno verde, puede reducir de manera significativa las emisiones de CO2 manteniendo un nivel muy bajo de emisiones de NOx”.

Tenova ha aplicado este abordaje para desarrollar una tecnología de combustión preparada para el hidrógeno: un quemador recuperativo sin llama para hornos de recalentamiento (TSX) y un horno de recocido por lotes (THSQX), y un quemador sin llama autorrecuperador para hornos de tratamiento térmico (TRKSX). Actualmente, está trabajando para extender su aplicación al resto del portfolio de sistemas de combustión.

Además, la integración con el Smart Burner Monitoring System (SBMS), un sistema de IoT digital de última generación, permite regular la cantidad de hidrógeno en la mezcla de combustible para adaptar el sistema de combustión a la disponibilidad de hidrógeno. Asimismo, permite monitorear y optimizar el rendimiento y facilita la operación y mantenimiento de los quemadores mediante sensores integrados y conectados a la infraestructura de Tenova Digital”, afirmó Malfa.

Gracias a las tecnologías de combustión preparadas para hidrógeno, las empresas están habilitadas para recurrir a plantas preparadas para el hidrógeno. Por ejemplo, en Italia, TenarisDalmine está instalando un quemador sin llama autorrecuperable que funcionará con un alto porcentaje de hidrógeno. Para facilitar la realización de pruebas a largo plazo, el hidrógeno se producirá en el mismo lugar del horno mediante un electrolizador instalado en colaboración con Snam, un importante distribuidor de gas en Europa. Esto permitirá a Tenaris testear el uso de hidrógeno desde su producción hasta la combustión en el horno y encontrar pautas para maximizar los beneficios de esta fuente de energía limpia para poder abordar el gran desafío de producir acero limpio a un costo competitivo.

Una competencia en aumento

Las tecnologías adaptadas para el hidrógeno pueden facilitar la transición energética en las acerías, permitiendo una incorporación progresiva de hidrógeno en el proceso productivo para reducir las emisiones de efecto invernadero. “Durante la transición energética, las empresas no pueden darse el lujo de invertir miles de millones de dólares en nuevas tecnologías sin tener la flexibilidad para adaptarse a futuros cambios legislativos y para integrar más hidrógeno, incluido el hidrógeno verde, a medida que esté disponible en cantidades suficientes y a precios sostenibles”, dijo Malfa.

El tema de la infraestructura, por ejemplo, hoy es desalentador. Según la Agencia Internacional de Energía (AIE), la producción de hidrógeno de bajas emisiones podría superar los 20 millones de toneladas anuales para el año 2030, en comparación con apenas 1 millón en 2022, siempre y cuando todos los proyectos propuestos se materialicen. No obstante, será necesario desarrollar infraestructuras para generar energía eléctrica con bajas emisiones de CO2, así como para producir, transportar y distribuir el hidrógeno. Esto implica la construcción de electrolizadores in situ con una capacidad de almacenamiento considerable.

Además, la competencia por el hidrógeno disponible entre los diversos sectores podría ocasionar un cuello de botella tanto en términos de disponibilidad como de precio. Según Malfa, una planta de reducción directa con 2,5 millones de toneladas anuales de capacidad requiere de un electrolizador de 1 GW.

De hecho, la disponibilidad de hidrógeno verde sigue siendo un desafío para la industria del acero. “Para producir hidrógeno verde, debemos tener cantidades suficientes de electricidad renovable disponible a precios competitivos”, dijo Malfa. “Este es un problema intersectorial que debe abordarse paso a paso a lo largo de la cadena de valor, desde la producción hasta los usuarios finales. Es fundamental hallar el compromiso óptimo en cuanto a eficiencia, disponibilidad de fuentes de energía con bajas emisiones y costos de producción de acero”.

En este contexto, las tecnologías flexibles son fundamentales para asegurar que el proceso de producción de acero pueda adaptarse eficazmente durante la transición energética, ante el esperado aumento gradual de la disponibilidad de hidrógeno, afirma Malfa.