Procesul de fabricare a oțelului este responsabil pentru până la 9% din emisiile mondiale de carbon și aproape un sfert din toate emisiile industriale. Există implicată o chimie: furnalul reduce conținutul de oxid de fier din minereu prin suflarea de aer și cărbune pulverizat în minereul topit. Monoxidul de carbon din cărbunele care arde reacționează cu oxidul de fier, producând fier și dioxid de carbon, sau: Fe2O3 + 3 CO → 2 Fe + 3 CO2.
Unele companii, cum ar fi Hybrit, înlocuiesc cărbunele cu hidrogen, care se combină cu oxigenul pentru a forma apă. A fost numit primul oțel fără combustibili fosili deoarece au folosit hidrogen produs prin electroliza apei cu energia hidroelectrică curată din Suedia.
Dar există o altă modalitate de a separa oxigenul de fier folosind electricitatea: Electroliza Oxizilor Topiți (Molten Oxide Electrolysis – MOE), unde topiți minereul de fier, adăugați un electrolit și aplicați o cantitate serioasă de electricitate. Aceasta este abordarea adoptată de Boston Metal, care pretinde că a „descifrat codul pentru electrificarea producției de oțel”.
Deseori tresar când aud sintagma „a descifrat codul”—vedeți aproape orice companie de locuințe modulare pe care am prezentat-o—și ideea electrolizei oxizilor topiți există de ceva timp pentru a produce oțel de foarte înaltă calitate. O problemă a fost similară cu cea a aluminiului: anodul era din grafit, care era consumat în proces, eliberând dioxid de carbon.
Cealaltă problemă este că majoritatea energiei electrice din lume este produsă prin arderea combustibililor fosili, iar electroliza necesită multă electricitate; de aceea cea mai verde producție de aluminiu este în Islanda și Quebec, Canada. Dar lumea se schimbă pe măsură ce încercăm să electrificăm totul, iar energia electrică mai regenerabilă și curată este pusă în funcțiune în fiecare zi.
Adam Rauwerdink, vicepreședintele pentru dezvoltare de afaceri la Boston Metal, declară pentru PlanetaNoastra că „o rețea energetică mai curată face toate acestea posibile”. El notează că este nevoie de multă electricitate: 4 megawați-oră pe tonă de oțel. Ca referință, o casă medie folosește 11 megawați-oră pe an. Rauwerdink spune că acest consum de energie este comparabil cu procesul HYBRIT între topirea minereului de fier și producerea hidrogenului și mai mic decât cei 5-6 megawați-oră consumați în producția convențională integrată de oțel. De asemenea, el spune că o „inovație esențială a fost dezvoltarea anodului metalic de crom și fier care nu este consumat în proces”.
În celula Boston Metal, „un anod metalic inert este scufundat într-un electrolit care conține minereu de fier și apoi este electrificat. Celula se încălzește la 1600°C, iar electronii descompun legăturile din minereul de fier. Rezultatul este un metal lichid curat, de înaltă puritate, care poate fi trimis direct la metalurgia în oală — nu este necesară reîncălzirea”. Produsul este fier de înaltă puritate, care poate fi apoi transformat în oțel prin adăugarea de cantități precise de carbon sau alte aliaje.
Este foarte similar cu procesul Hall-Heroult de fabricare a aluminiului, deși fierul se topește la o temperatură mai ridicată (1.600 de grade Celsius față de 1.000 de grade Celsius pentru aluminiu), iar electrolitul este diferit (magneziu și siliciu), dar folosește mai puțină electricitate pe tonă decât aluminiul, deoarece legătura chimică din oxidul de aluminiu este mai puternică decât cea din oxidul de fier. Spre deosebire de aluminiu, carbonul are o afinitate mai mare pentru oxigen decât pentru fier, așa că istoric a fost mai ușor și mai ieftin să produci oțel cu cărbune decât cu electricitate, care a fost întotdeauna scumpă și nu era lipsită de emisii. Dar acum că ne preocupă emisiile de dioxid de carbon, ecuația se schimbă, iar MOE începe să aibă sens.
Un alt avantaj major al designului Boston Metal este că, la fel ca în producția de aluminiu, este practic celular. Spre deosebire de un furnal, nu există economii de scară reale, deci dacă doriți mai mult oțel MOE, adăugați mai multe celule—și le puteți amplasa oriunde. Dar, de asemenea, la fel ca aluminiul, necesită o aprovizionare regulată cu electricitate de bază; acestea nu pot funcționa intermitent. De aceea Rauwerdink spune pentru PlanetaNoastra că discută cu companii din Quebec, unde există atât de multă sarcină de bază hidroelectrică.
Încă un avantaj al sistemului MOE de la Boston Metal comparativ cu HYBRIT este flexibilitatea sa mai mare în privința minereului de fier. Boston Metal declară pentru PlanetaNoastra: „Deși mai mulți producători de oțel încep să planifice proiecte pilot de scară mai mare pentru DRI cu hidrogen [Fier Redus Direct], aceste tehnologii necesită minereu de fier cu o puritate de cel puțin 67%, ceea ce reprezintă în prezent mai puțin de 5% din oferta globală de minereu de fier. Folosind electricitate regenerabilă, platforma modulară de electroliză a oxizilor topiți (MOE) de la Boston Metal funcționează cu toate gradele de minereu de fier pentru a oferi mai multă valoare pe întregul lanț de aprovizionare al oțelului.”
Când când scriam despre HYBRIT și notam proiecțiile sale de creștere a cererii de oțel între prezent și 2050, îmi făceam griji de unde vor obține tot hidrogenul de care au nevoie, în special când concurează cu totul, de la producția de îngrășăminte la aviație. Soluția Boston Metal folosește electricitatea direct și poate profita de creșterea surselor cu emisii reduse de carbon, cum ar fi hidrocentralele, energia geotermală, și orice noi tehnologii vor apărea. Acest lucru pare promițător.
