En la ciudad de Woburn, Massachusetts, un suburbio al norte de Boston, un grupo de ingenieros y científicos con batas blancas inspeccionaba una pila ordenada de lingotes de acero gris plomo del tamaño de un ladrillo en un escritorio dentro de un laboratorio iluminado con neón.

Lo que estaban viendo era un lote de acero creado con un método de fabricación innovador, uno que Metal de Boston Una empresa que surgió hace una década del MIT espera cambiar radicalmente la forma en que se ha fabricado la aleación durante siglos. Al utilizar la electricidad para separar el hierro de su mineral, la empresa afirma que puede fabricar acero sin liberar dióxido de carbono, ofreciendo una vía para limpiar una de las peores industrias del mundo en cuanto a emisiones de gases de efecto invernadero.

Insumo esencial para la ingeniería y la construcción, el acero es uno de los materiales industriales más populares del mundo, con más de 2.000 millones toneladas producidas anualmente. Esta abundancia, sin embargo, tiene un precio muy alto para el medio ambiente . La fabricación de acero representa Del 7 al 11 por ciento de las emisiones mundiales de gases de efecto invernadero, lo que la convierte en una de las mayores fuentes industriales de contaminación atmosférica. Y como la producción podría subir en un tercio de aquí a 2050, esta carga medioambiental podría aumentar.

Esto supone un reto importante para afrontar la crisis climática. Las Naciones Unidas dice La reducción significativa de las emisiones industriales de carbono es esencial para mantener el calentamiento global por debajo de la marca de 1,5 grados centígrados establecida en el acuerdo climático de París de 2015. Para ello, las emisiones de la siderurgia y otras industrias pesadas tendrán que reducirse en un 93% para 2050, según estimaciones por la Agencia Internacional de la Energía.

Ante la creciente presión de gobiernos e inversores para que se reduzcan las emisiones, varios fabricantes de acero -tanto grandes productores como nuevas empresas- están experimentando con tecnologías de baja emisión de carbono que utilizan hidrógeno o electricidad en lugar de la fabricación tradicional de alto contenido en carbono. Algunos de estos esfuerzos se acercan a la realidad comercial.

«Estamos hablando de un sector intensivo en capital y con aversión al riesgo, en el que las disrupciones son extremadamente raras», dijo Chris Bataille, economista especializado en energía del IDDRI, un centro de investigación con sede en París. Por eso, añadió, «es emocionante» que haya tantas cosas sucediendo a la vez.

Aun así, los expertos coinciden en que la transformación de una industria global que dio la vuelta 2,5 billones de dólares en 2017 y emplea a más de 6 millones de personas requerirá un enorme esfuerzo. Más allá de los obstáculos prácticos para ampliar los procesos novedosos a tiempo para alcanzar los objetivos climáticos mundiales, existe la preocupación por China, donde se fabrica más de la mitad del acero mundial y cuyos planes para descarbonizar el sector siderúrgico siguen siendo vagos.

“It’s certainly not an easy fix to decarbonize an industry like this,” said Bataille. “But there’s no choice. The future of the sector—and that of our climate—depends on just that.”

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La siderurgia moderna implica varias etapas de producción. Por lo general, el mineral de hierro se tritura y se convierte en sinterizado (un sólido rugoso) o en pellets. Por otra parte, el carbón se cuece y se convierte en coque. A continuación, el mineral y el coque se mezclan con piedra caliza y se introducen en un gran alto horno donde se introduce un flujo de aire extremadamente caliente desde la parte inferior. A altas temperaturas, el coque arde y la mezcla produce hierro líquido, conocido como arrabio o hierro de alto horno. A continuación, el material fundido pasa a un horno de oxígeno, donde se somete a un chorro de oxígeno puro a través de una lanza refrigerada por agua, que expulsa el carbono para dejar el acero bruto como producto final.

Este método, patentado por primera vez por el ingeniero inglés Henry Bessemer en la década de 1850, produce emisiones de dióxido de carbono de diferentes maneras. En primer lugar, las reacciones químicas en el alto horno producen emisiones, ya que el carbono atrapado en el coque y la piedra caliza se une al oxígeno del aire para crear dióxido de carbono como subproducto. Además, los combustibles fósiles suelen quemarse para calentar el alto horno y para alimentar las plantas de sinterización y peletización, así como los hornos de coque, emitiendo dióxido de carbono en el proceso.

Hasta el 70 por ciento del acero mundial se produce de esta manera, generando casi dos toneladas de dióxido de carbono por cada tonelada de acero producida. El el 30 por ciento restante se fabrica casi en su totalidad en hornos de arco eléctrico, que utilizan una corriente eléctrica para fundir el acero -en gran parte chatarra reciclada- y tienen emisiones de CO2 mucho más bajas que los altos hornos.

Sin embargo, debido a la limitada oferta de chatarra, no toda la demanda futura podrá satisfacerse de este modo, señaló Jeffrey Rissman, director de programas industriales y jefe de modelización de la empresa de política energética y climática Energy Innovation, con sede en San Francisco. Con las políticas adecuadas, el reciclaje podría abastecer hasta el 45% de la demanda mundial en 2050, dijo. «El resto se satisfará forjando acero basado en mineral primario, que es de donde proceden la mayoría de las emisiones».

So “if the steel industry is serious” about its climate commitments, he added, “it will have to fundamentally reshape the way the material is made—and do so fairly quickly.”

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Una tecnología alternativa que se está probando sustituye el coque por el hidrógeno. En Suecia, Hybrit -una empresa conjunta del fabricante de acero SSAB, el proveedor de energía Vattenfall y LKAB, un productor de mineral de hierro- está probando un proceso que pretende reutilizar un sistema existente llamado hierro reducido directamente. Este proceso utiliza el coque de los combustibles fósiles para extraer el oxígeno de los pellets de mineral de hierro, dejando un pellet de hierro poroso llamado hierro esponja.

El método Hybrit, en cambio, extrae el oxígeno utilizando gas hidrógeno libre de fósiles. El gas se crea mediante electrólisis, una técnica que utiliza una corriente eléctrica -en este caso, de una fuente de energía no fósil- para separar el agua en hidrógeno y oxígeno. ( Hidrógeno más puro hoy se hace con metano, que produce CO2 al quemarse). El hierro esponjoso resultante pasa a un horno de arco eléctrico, donde finalmente se refina para convertirlo en acero. El proceso sólo libera vapor de agua como subproducto.

«Esta tecnología se conoce desde hace tiempo, pero hasta ahora sólo se ha hecho en el laboratorio», dijo Mikael Nordlander, jefe de descarbonización de la industria en Vattenfall. «Lo que estamos haciendo aquí es ver si puede funcionar a nivel industrial».

El pasado agosto, Hybrit alcanzó su primer hito: SSAB, que produce y vende el producto final,delivered its first batch of fossil-free steel al fabricante de automóviles Volvo, que lo utilizó en prototipos de vehículos . También está planeando una planta para la producción a escala comercial, que pretende completar para 2026.

Otra empresa sueca, H2 Green Steel, está desarrollando una planta similar de acero al hidrógeno a escala comercial con la ayuda de 105 millones de dólares recaudados de inversores privados y empresas como Mercedes-Benz, Scania y la Fundación IMAS, una organización vinculada a Ikea. La empresa planos para comenzar la producción en 2024 y producir 5 millones de toneladas de acero sin emisiones al año para el final de la década. Otras empresas que están probando la fabricación de acero con hidrógeno son ArcelorMittal , Thyssenkrupp y Salzgitter AG en Alemania; Posco en Corea del Sur; y Voestalpine en Austria.

La electricidad también puede utilizarse para reducir el mineral de hierro. Boston Metal, por ejemplo, ha desarrollado un proceso llamado electrólisis de óxido fundido, en el que una corriente se mueve a través de una celda que contiene mineral de hierro. A medida que la electricidad viaja entre los dos extremos de la celda y calienta el mineral, el oxígeno burbujea (y puede recogerse), mientras que el mineral de hierro se reduce a hierro líquido que se acumula en el fondo de la celda y se extrae periódicamente. El hierro purificado se mezcla entonces con carbón y otros ingredientes.

«Lo que hacemos es básicamente cambiar el carbono por la electricidad como agente reductor», explicó Adam Rauwerdink, vicepresidente senior de desarrollo de negocio de la empresa. «Esto nos permite fabricar acero de muy alta calidad utilizando mucha menos energía y en menos pasos que la siderurgia convencional». Siempre que la energía proceda de fuentes no fósiles, añadió, el proceso no genera emisiones de carbono.

Dijo que la empresa, que actualmente tiene tres líneas piloto en sus instalaciones de Woburn, está trabajando para llevar su concepto de laboratorio al mercado, utilizando 50 millones de dólares recaudados el año pasado de un grupo de inversores entre los que se encuentran Breakthrough Energy Ventures, respaldada por Bill Gates, y el fabricante de automóviles alemán BMW. Se espera que una planta de demostración a escala comercial esté en funcionamiento en 2025.

«Creo que todas estas soluciones tienen su lugar, dependiendo de la ubicación, la disponibilidad de recursos y el producto al que van dirigidas», dijo Sridhar Seetharaman, profesor de ciencia e ingeniería de materiales de la Universidad Estatal de Arizona. «Sin embargo, no creo que por ahora ninguna por sí sola ofrezca una bala de plata para satisfacer la demanda».

«El hidrógeno lleva un poco de ventaja al estar basado en un sistema establecido y también va por delante en la comercialización», dijo Bataille, el economista de energía del IDDRI. «Pero para lograr una industria siderúrgica con cero emisiones netas harán falta más vías libres de carbono, así que creo que al final habrá espacio suficiente en el mercado para todas ellas».

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Aunque los procesos de fabricación de acero más ecológicos parecen estar ganando adeptos, sigue habiendo una serie de retos importantes que afrontar. El principal es la enorme expansión de la infraestructura de energía renovable que supondría el cambio de toda la industria a estos nuevos métodos, dijo Thomas Koch Blank, director principal de la organización sin ánimo de lucro con sede en Colorado Instituto de las Montañas Rocosas . Calcula que el mundo necesitaría hasta tres veces las fuentes de energía solar y eólica actualmente instaladas para electrificar la producción primaria de acero existente.

Otro obstáculo es el coste. El cambio a la electricidad o al hidrógeno exigiría grandes inversiones para construir nuevas plantas y modernizar las antiguas. En el caso del método de hidrógeno limpio, el precio del acero aumentará en gran medida porque los productores de acero están situados cerca del carbón de coque de bajo coste y no del hidrógeno de bajo coste, señaló Koch Blank. «Estos costes iniciales probablemente harán subir el precio tanto del acero como de los productos finales, al menos al principio».

Según Rissman, el analista de San Francisco, la legislación, tanto del lado de la oferta como de la demanda, podría ayudar a compensar esos costes más elevados y fomentar una mayor inversión en tecnologías más ecológicas. Los gobiernos podrían incentivar el uso de acero bajo en carbono para la construcción y las infraestructuras exigiendo que los proyectos financiados por el Estado utilicen versiones bajas en carbono de determinados materiales de construcción. También podrían aplicar políticas que encarezcan la compra a países donde las normas sobre emisiones son menos estrictas. Esto ayudará a los productores nacionales a «seguir siendo competitivos» a medida que el mercado del acero limpio «crece y los nuevos procesos de producción logran economías de escala», dijo Rissman.

Quizás el mayor obstáculo sea China, donde alrededor del 90 por ciento de la producción de acero se realiza mediante altos hornos. En septiembre de 2020, el Presidente Xi Jinping anunciado que el país aspira a ser neutro en carbono para 2060. En un intento de reducir la contaminación de las acerías nacionales, que representan aproximadamente el 15 por ciento de las emisiones totales de carbono del país, Pekín también se ha comprometido a alcanzar el pico de emisiones del acero en 2030 . Aun así, sólo en los primeros seis meses de 2021 se anunciaron 18 nuevos proyectos de altos hornos en China, según al grupo de investigación con sede en Helsinki Center for Research on Energy and Clean Air.

El acero es una de las industrias más importantes y difíciles de descarbonizar, dijo Rissman, por lo que la coordinación mundial al respecto sería de gran ayuda.

De vuelta a Boston, Rauwerdink, que examina las líneas de producción de Boston Metal, está de acuerdo. «Es un reto fantástico al que nos enfrentamos», dijo. Pero, añadió, «estamos demostrando que existen soluciones, y que funcionan».

Este artículo se publicó originalmente en Undark . Leer el artículo original .

Crédito de la imagen: Třinecké železárny / Wikimedia Commons