Il sistema per convertire le biomasse in syngas potrebbe aiutare a ripulire uno dei settori industriali più inquinanti: le aziende siderurgiche
James Temple
Charm Industrial ha attirato l’attenzione per il suo approccio originale per immagazzinare l’anidride carbonica: convertire la materia vegetale in bio-petrolio che poi pompa in pozzi profondi e siti salini dismessi. La startup di San Francisco sta ora valutando se questo petrolio “biologico” possa essere utilizzato anche per ridurre le emissioni della produzione di ferro e acciaio, perseguendo un nuovo percorso tecnologico per ripulire uno dei settori industriali più inquinanti.
Secondo un rapporto del 2020 dell’Agenzia internazionale per l’energia, l’industria siderurgica produce circa 4 miliardi di tonnellate di emissioni di carbonio ogni anno, rappresentando circa il 10 per cento di tutto l’inquinamento climatico legato alla produzione di energia. Queste cifre sono aumentate notevolmente in questo secolo, spinte dalla rapida crescita economica in Cina e altrove.
Le pesanti emissioni e le politiche climatiche sempre più rigide in alcune aree, tra cui Canada e Unione Europea, stanno costringendo alcune aziende a esplorare modi più puliti per questo tipo di produzione. L’anno scorso la joint venture svedese Hybrit ha consegnato a Volvo il primo lotto commerciale di acciaio grezzo. Questa partnership tra il gigante dell’acciaio SSAB, la compagnia elettrica statale Vattenfall e l’azienda mineraria LKAB, ha utilizzato un metodo di produzione basato sull’idrogeno privo di carbonio al posto del carbone e del coke. Altre aziende stanno esplorando l’uso di strutture con apparecchiature che catturano l’anidride carbonica o, come Boston Metal, implementano metodi elettrochimici completamente diversi.
Charm sta valutando un sistema del tutto diverso. Nell’angolo posteriore del magazzino dell’azienda, i dipendenti hanno utilizzato un reformer, una macchina , per far reagire il bio-petrolio dell’azienda con vapore caldo e ossigeno. Questo produce quello che è noto come syngas, che è principalmente una miscela di monossido di carbonio e idrogeno.
Questo sistema potrebbe potenzialmente essere introdotto in un percorso di produzione di ferro e acciaio. La forma più comune di produzione di acciaio inizia con un altoforno, che riscalda minerale di ferro, calcare e coke, una forma di carbone, a temperature superiori a 1.500 °C. Il risultante metallo carico di carbonio, noto come ghisa grezza, si sposta quindi in un secondo forno, dove viene soffiato ossigeno, le impurità vengono rimosse e altri materiali vengono aggiunti per produrre vari tipi di acciaio. Le emissioni si verificano in tutte le fase di questo processo: estrazione e produzione di ferro, carbone e coke, combustione per il funzionamento dei forni e reazioni chimiche che avvengono al loro interno.
Ma circa il 7 per cento dell’acciaio non riciclato oggi viene prodotto in un diverso tipo di forno, utilizzando il cosiddetto metodo di riduzione diretta. Di solito si basa sul gas naturale per rimuovere gli atomi di ossigeno dal minerale di ossido di ferro in una fornace ad albero. Così si produce ciò che è noto come spugna di ferro, che in pratica deve solo essere fusa e mescolata con altri materiali.
Questo secondo passaggio può essere fatto in quello che è noto come un forno ad arco elettrico, che può funzionare con energia priva di emissioni di carbonio da impianti solari, eolici, geotermici o nucleari. Il metodo produce già meno emissioni rispetto all’approccio dell’altoforno, ma può essere reso ancora più pulito sostituendo il gas naturale con alternative, compreso l’idrogeno privo di carbonio nel caso di Hybrit o il syngas prodotto dai residui colturali in quello di Charm.
Poiché i raccolti hanno risucchiato dall’aria il carbonio che entra nel syngas, il processo non dovrebbe emettere più di quanto rimuove, afferma il CEO Peter Reinhardt. A suo parere, se fosse fatto in una struttura con attrezzature aggiuntive per catturare le emissioni, potrebbe persino produrre una forma di acciaio a emissioni negative, rimuovendo più di quanto non rilasci.
Reinhardt afferma che l’azienda è in trattative con diversi produttori di acciaio per la realizzazione di progetti dimostrativi, esplorando come potrebbe implementare syngas a base di bio-petrolio come un modo più pulito di produrre ferro. Charm sta prendendo in considerazione diversi approcci di mercato, tra cui la vendita di syngas direttamente ai produttori di acciaio o la produzione del proprio ferro bricchettato a caldo, un prodotto un passo oltre il ferro spugna. Qualsiasi azienda con un forno elettrico ad arco potrebbe utilizzarlo per produrre acciaio, come già avviene negli Stati Uniti che ottengono il prodotto da materiali riciclati.
Charm, tuttavia, dovrà affrontare alcune ovvie sfide. In primo luogo, l’industria siderurgica ha decenni di esperienza con i metodi di produzione esistenti e vi ha investito enormi quantità di capitale. “L’altoforno è una delle macchine più efficienti dal punto di vista energetico che siano mai state inventate“, afferma Rebecca Dell, direttrice del programma industriale di ClimateWorks. “Abbiamo speso più di un secolo per ottimizzarne le prestazioni. Quindi non verranno introdotti cambiamenti senza una vera buona ragione.
La motivazione dovrà quasi certamente includere severi mandati o incentivi di politica pubblica in più nazioni, in particolare Stati Uniti, Cina, India e altre economie in rapida crescita, così come la domanda dei clienti che cercano di operare in modi più ecologici. Un’altra domanda è quanto questo approccio farà per affrontare il problema delle emissioni. C’è stata una lunga storia di aziende che hanno affermato che le fonti di bioenergia avrebbero sfornato prodotti più rispettosi del clima di quanto si sia rivelato vero ad una analisi più approfondita.
L’etanolo a base di mais rappresenta un caso emblematico di questa situazione. “Abbiamo avuto delle brutte esperienze con le fonti di bioenergia e dobbiamo tenerne conto”, dice Dell. “Anche se si parla di basse emissioni di carbonio, non si raggiungono mai le emissioni zero“. Ma, come osserva Dell, l’inquinamento del ferro e dell’acciaio è un problema così pressante che probabilmente avremo bisogno di una varietà di soluzioni e dovremo investire nelle diverse scommesse tecnologiche.
(rp)
