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Caminhos de transformação para uma indústria metalúrgica neutra para o clima

Gerd Krause, Mediakonzept (Düsseldorf)03/05/2022

A descarbonização é um dos principais desafios que a indústria tem pela frente nos próximos anos. Em especial a indústria siderúrgica e metalúrgica, que enfrenta a enorme missão de mudar a tecnologia para novos processos de fabrico sem CO2, baseados no hidrogénio e nas energias renováveis. Este desafio estará no centro das atenções dos expositores das feiras Gifa, Metec, Thermprocess e Newcast, previstas para junho de 2023, em Düsseldorf.

O mundo dos metais tem um evento especial reservado para o próximo ano. O quarteto de feiras comerciais Gifa, Metec, Thermprocess e Newcast 2023 - conhecido como The Bright World of Metals - reunirá, de 12 a 16 de junho de 2023, empresas e fornecedores de equipamento da indústria internacional do aço e alumínio, fundições e empresas metalúrgicas sob o teto da Messe Düsseldorf. Nas quatro feiras, o foco estará nos desenvolvimentos para a produção e processamento de metais de alumínio a cobre e aço, com vista a preservar o clima. A panóplia de inovações vai desde a poupança de energia com a ajuda da inteligência artificial até às tecnologias do hidrogénio e à substituição do carbono. Até ao final deste ano, a nova feira decarbXpo (Exposição das Indústrias Descarbonizadas > Armazenamento de Energia) traçará em Düsseldorf, de 20 a 22 de setembro, os caminhos para a descarbonização. O primeiro artigo especializado sobre o tema tendencial da descarbonização e do aço verde incidirá sobre os desafios associados à descarbonização. O segundo artigo especializado utiliza a indústria siderúrgica como exemplo para assinalar os atuais caminhos de transformação para a neutralidade climática.

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As consequências das alterações climáticas são inconfundíveis. Os decisores políticos estão a reagir. A União Europeia quer adotar, até 2050, uma atitude neutra em relação ao clima. A Alemanha pretende fazê-lo até 2045.

Com a missão de alcançar a neutralidade climática até 2050, a indústria enfrenta aquela que é provavelmente a maior transformação da sua história. Os fornos industriais utilizados no setor metalúrgico para a fusão, recozimento, têmpera e retenção de metais consomem, só na Alemanha, cerca de 40% da energia utilizada industrialmente. Quase 20% de todos os gases climáticos (com efeito de estufa) são emitidos pelo setor transformador, na ordem dos 200 milhões de toneladas de equivalentes de CO2 por ano. Consequentemente, a par dos temas clássicos da sustentabilidade da eficiência energética e dos recursos, a redução e a prevenção das emissões de CO2 ocupam, em toda a indústria, um lugar cimeiro nos objetivos das empresas industriais.

Os caminhos para a descarbonização são variados e diferem de indústria para indústria. A utilização de tecnologias digitais, por exemplo, apresenta o maior potencial na produção. De acordo com o atual estudo do Top 500 realizado pela Accenture, até 61 megatoneladas de CO2 podem ser poupadas no fabrico industrial, até 2030, através da digitalização acelerada. Isto por si só não ajuda setores como a produção de metais. A indústria siderúrgica enfrenta a enorme missão de mudar a tecnologia para novos processos de fabrico sem CO2, baseados no hidrogénio e nas energias renováveis.

Nova feira comercial decarbXpo

Os expositores da decarbXpo, realizada em Düsseldorf de 20 a 22 de setembro de 2022, querem assinalar quais são os caminhos realistas de transformação para a neutralidade climática e quais as tecnologias que estão prontas para o mercado. Com este novo ponto de encontro para a proteção do clima, a transição energética e a descarbonização Messe Düsseldorf visa todas as operações industriais e comerciais que desejem tornar os seus processos e fornecimento de energia preparados para o futuro, abordando em particular as indústrias de alta intensidade energética. Os sistemas de armazenamento de energia continuarão a ser parte integrante desta feira comercial. Estes desempenham um papel particularmente proeminente na redução dos custos de energia nas empresas quando se trata de picos de carga ou de segurança de abastecimento.

Ponto de encontro para indústrias metalúrgicas: The Bright World of Metals 2023

Empresas metalúrgicas são grandes emissoras no setor industrial. Só os produtores de aço e alumínio são responsáveis por cerca de 8% das emissões globais de CO2. Na Alemanha, a indústria siderúrgica é responsável por cerca de 30% das emissões industriais e 6% do total das emissões. Os maiores emissores de CO2 nesta rede de produção são os altos-fornos alimentados a coque para a produção de ferro-gusa como um produto utilizado para a produção de aço.

As siderurgias e os produtores de alumínio, fundições e empresas metalúrgicas têm uma pegada de carbono comparativamente grande na produção. Os preços elevados da eletricidade, os custos crescentes de energia para o gás e o petróleo, os desafios associados à transição energética e às alterações climáticas, bem como as consequências da guerra na Ucrânia, representam um encargo adicional para as empresas.

O quarteto de feiras comerciais Gifa, Metec, Thermprocess e Newcast realizado em Düsseldorf de 12 a 16 de junho de 2023 destacará, portanto, os desenvolvimentos que mantêm os setores metalúrgicos ocupados e as inovações que os construtores de maquinaria e equipamento metalúrgico têm para oferecer. The Bright World of Metals cobre todas as vias de produção e métodos de processamento de ferro e aço, alumínio e magnésio, cobre, zinco e outros metais NF. Um dos focos dos expositores é tradicionalmente a indústria da fundição com Gifa.

Os desafios das alterações climáticas significam um “beco sem saída” para as indústrias metalúrgicas: elas são tanto parte do problema como da solução. Inovações tais como moinhos de vento e sistemas solares, construção automóvel leve e e-mobilidade, produtos eletrónicos desde micro-chips e super computadores até aos robôs não seriam viáveis sem metais. Ferro e aço, alumínio e cobre, manganês, magnésio, níquel ou mesmo lítio e terras raras são insubstituíveis desde a matéria-prima até ao produto base. Processos primários e de conformação como fundição, fresagem, forja e estampagem, e tecnologias de fabrico como soldadura, perfuração, fresagem, bem como - cada vez mais - o próprio fabrico são tecnologias maduras para a produção e processamento de metais e é impossível imaginar cadeias de valor metalúrgico sem elas.

Os metais são, pela sua própria natureza, facilitadores indispensáveis para a economia circular - começando com as matérias-primas e “completando o ciclo” com a reciclagem. De facto, os metais limpos e selecionados de uma grande variedade de produtos podem ser reutilizados como matérias-primas secundárias por vezes ilimitadas - de forma pouco dispendiosa, com significativamente menos energia e emissões de CO2 do que os metais primários originalmente produzidos a partir do minério. No entanto, para tornar também a produção de metais a partir de minérios neutros para o clima até 2050, devem ser desenvolvidas novas rotas de processo à escala industrial.

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Os sistemas clássicos para a produção de gusa na indústria do aço - como o alto-forno 5 da Rogesa em Dillinger Hüttenwerke - trabalham em pleno. Uma vez que os altos-fornos reduzem o minério de ferro com a ajuda de coque à base de carvão, são responsáveis por cerca de 90% das emissões de CO2 na indústria siderúrgica. O futuro pertence ao hidrogénio e à redução direta. Foto: WV Stahl/Rogesa

Produtores de aço no centro do debate sobre o clima

A indústria siderúrgica é aqui o “principal infrator”. A produção de aço utilizando altos-fornos já funciona nos parâmetros ideais do processo também em termos de redução de CO2. A neutralidade climática e/ou uma nova redução drástica das emissões de gases com efeito de estufa só pode ser alcançada com uma mudança tecnológica dispendiosa: passando do carvão de coque para o hidrogénio e a eletricidade a partir de energias renováveis, bem como expandindo ainda mais a economia circular.

Antes de mais, os altos-fornos têm de ser substituídos por redução direta baseada em hidrogénio (via DRI). Ao contrário dos altos-fornos a carvão de coque, na redução direta à base de hidrogénio, o componente de oxigénio é reduzido a partir do minério de ferro com a ajuda do hidrogénio nas instalações de redução direta, na sua maioria fornos de cuba. Como material utilizado para a produção de aço, produzem um ferro-esponja sólido, o chamado DRI (Direct Reduced Iron), em vez de ferro-gusa fundido de um alto-forno. O hidrogénio substitui o carvão, as energias renováveis os combustíveis fósseis. O subproduto aqui emitido é água em vez de CO2.

Sendo um dos grandes emissores de CO2, a indústria siderúrgica tem a maior alavanca em termos de descarbonização. A utilização de uma tonelada de hidrogénio verde na produção de aço poupa 26 toneladas de dióxido de carbono em comparação com a rota clássica do alto-forno à base de carvão. Isto significa que a indústria siderúrgica é também a garantia para o estabelecimento de uma economia do hidrogénio, como sublinha o Instituto Wuppertal num estudo atual sobre a descarbonização da indústria.

Segundo as contas da ‘Wirtschaftsvereinigung Stahl’ (Federação Alemã do Aço), aproximadamente 30% do aço bruto na Alemanha é produzido utilizando o processo de aço elétrico; 70% da produção de aço acontece utilizando o alto-forno. Supondo que a eletricidade para o forno de arco fosse obtida exclusivamente a partir de energias renováveis, o aço elétrico seria, teoricamente, a solução para a neutralidade climática. Mas não foi apenas a escassez de resíduos e a falta de energia verde que colocaram entraves ao processo. A produção de aço a partir de minério de ferro é também insubstituível em termos metalúrgicos, uma vez que todo o tipo de aço pode ser fundido exclusivamente a partir de resíduos.

O problema da produção de aço atual é o carvão no alto-forno. Durante a rota tradicional do alto-forno, o oxigénio é extraído do minério de ferro utilizando coque (carvão preparado numa coqueria) como agente redutor e o minério reduzido com aditivos é fundido em ferro-gusa. No processo químico de acompanhamento, o coque gaseificado ao dióxido de carbono através da introdução de ar quente reage com o oxigénio no minério de ferro formando CO2. O gusa líquido é subsequentemente purificado a partir de elementos secundários indesejáveis como o carbono, silício, enxofre e fósforo por injeção de oxigénio no conversor de aço oxigenado e é convertido em aço. Cada tonelada de aço bruto emite cerca de 1,7 toneladas de CO2, das quais mais de 90% se formam no alto-forno.

A descarbonização da produção de aço significa, portanto, a substituição do carvão como agente redutor. Teoricamente, isto também poderia ser conseguido com biocoque de fontes renováveis e/ou resíduos orgânicos. Devido aos volumes necessários, porém, esta é uma opção mais viável para a produção de muito menor volume de ferro fundido na indústria da fundição.

Caminhos de transformação para a produção de aço neutro para o clima

Para reduzir a concentração de CO2 na atmosfera, a captura e subsequente armazenamento de CO2 está atualmente em discussão como solução temporária até 2045 - (Carbon Capture and Storage, CCS). Em países como a Alemanha, no entanto, esta solução não obteve, até agora, grande aprovação. A situação é melhor para a captura e utilização de CO2 como uma matéria-prima para a indústria química (Carbon Capture and Usage, CCU). A Thyssenkrupp, por exemplo, já utiliza gases metalúrgicos para a produção de produtos químicos como parte do Projeto Carbon2Chem. Isto reduz as emissões de CO2 - tanto na produção de aço como na de produtos químicos.

Também discutido como solução temporária durante um período limitado é o gás natural para redução direta, mas as instalações de redução direta têm de estar preparadas com hidrogénio para tal. A utilização de hidrogénio cinzento - hidrogénio produzido a partir de gás natural - também se qualificaria temporariamente para tal. Além disso, a introdução de hidrogénio para a neutralidade climática nos altos-fornos existentes poderia também ser uma solução temporária para a redução imediata de CO2 nas instalações existentes.

O objetivo, no entanto, não é uma produção de aço com baixo teor de CO2, mas uma produção tão livre quanto possível de CO2, associada a uma compensação para os restantes volumes de CO2. Isto só pode ser conseguido através da redução direta do minério de ferro com hidrogénio proveniente de energias renováveis.

Processos inovadores das indústrias metalúrgicas e do setor siderúrgico estarão em exposição nas feiras Gifa, Metec, Thermprocess e Newcast. A campanha ecoMetals da Messe Düsseldorf fará referência ao caminho ecológico destas indústrias e promoverá empresas que investem em tecnologias inovadoras, ecológicas e sustentáveis.

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