Acero sostenible: ¿qué tiene que ver el cambio climático con el acero?

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Actualizado el Thu Apr 29 2021

La revolución industrial cambió enormemente la forma en que producimos bienes de consumo. Al aprovechar la electricidad recién descubierta y las economías de escala, hemos podido construir el gigantesco sector industrial que conocemos hoy. Sin embargo, si bien esto ha permitido grandes avances en el desarrollo humano, la industria en su conjunto fue responsable del 29,4% de todos los gases de efecto invernadero emitidos en 2016.

La mayoría de esas emisiones provienen de la quema de combustibles fósiles para alimentar a las máquinas y fábricas implicadas en la fabricación de todo, desde los coches hasta los cerillos. Las emisiones restantes vienen como subproductos de procesos químicos como la fabricación del cemento o los fertilizantes agrícolas.

Este curso te mostrará muchas de las nuevas e imaginativas formas en las que estamos intentando hacer que la industria sea menos contaminante y más sostenible. ¡Empecemos con el acero!

Estamos rodeados de acero: todos los días, en todas las áreas de nuestras vidas. ¿Cuáles de estas cosas crees que están hechas de acero?


¡El acero tiene múltiples usos!

¡En 2019 se produjeron 240 kg de acero por cada habitante de la Tierra! De hecho, la demanda global de acero es tan alta que ¡el 6,7% de las emisiones globales de CO₂ provienen solo de la industria siderúrgica!

¿Qué es el acero?

El acero es una aleación; es decir, es una combinación de metales, particularmente de hierro con un poco de carbono que se añade para dar fuerza. Al añadir otros elementos a esta mezcla se pueden crear muchos tipos diferentes de acero.

¿Cuáles son algunas propiedades que podemos ver en el acero?


A continuación podemos ver un ejemplo de la composición de un tipo específico de acero:

Este tipo de acero está compuesto de 8 elementos diferentes

¿Cuánto contribuye esta industria al cambio climático?

El acero tiene el potencial de ser un material muy sostenible porque dura por mucho tiempo, es muy resistente y es fácil de reciclar.

Sin embargo, debido a la dependencia del coque (hecho al calentar el carbón a altas temperaturas) como materia prima clave y combustibles fósiles para las operaciones, la producción de acero es un proceso bastante intensivo en energía.

La demanda de energía del acero ha estado aumentando mientras que la intensidad ha disminuido ligeramente

¿De qué porcentaje de las emisiones industriales es responsable el sector del acero?


Por cada tonelada de acero producida, entre 1,7 a 1,9 toneladas de CO₂ son emitidas. Se trata de un gran problema para el cambio climático si tenemos en cuenta el tamaño de la industria siderúrgica: para daros una idea, ¡se produjeron 1 868,8 millones de toneladas de acero en 2019!

¿Cuántas Torres Eiffel (la estructura metálica) son equivalentes en peso a todo el acero producido en el 2019?


La industria del acero es masiva

Lamentablemente, la historia no termina con las emisiones de CO₂. La producción de acero también produce compuestos nocivos y contaminantes como el monóxido de carbono (CO), óxido nitroso (N₂O) y dióxido de azufre (SO₂). Estos compuestos contribuyen a la lluvia ácida, lo que afecta al suelo y a la vegetación. Además, el calentamiento del coque en el alto horno emite una sustancia llamada naftaleno, que se cree que causa cáncer.

¿Cómo se hace el acero?

La producción de acero tiene tres etapas principales:

  • Preparación de la materia prima (coque)
  • Fabricación de hierro
  • Fabricación del acero

Preparación de materia prima - El carbón es calentado en un entorno sin oxígeno para crear coque, un combustible rico en carbono que es responsable de una gran parte de las emisiones de la producción de acero.

Producción de hierro —El coque se calienta en un alto horno junto con la piedra caliza y el mineral de hierro. La piedra caliza elimina las impurezas y se convierte en "desecho", mientras que el mineral de hierro es reducido a hierro fundido. La reducción en este caso implica retirar el oxígeno y añadir hidrógeno al mineral.

Fabricación de acero - Finalmente, se eliminan las impurezas del hierro fundido para crear el acero.

El proceso de fabricación de acero en tres pasos fáciles

Los métodos más recientes son más eficientes, pero aún se basan en esas mismas tres etapas. En estas etapas hay dos formas principales de producir acero:

1. Alto horno - El 70% de todo el acero se produce de esta manera: utiliza mineral de hierro fundido como material inicial y coque como el agente reductor.

Acero fabricado en un alto horno

2. Horno de arco eléctrico (EAF, por sus siglas en inglés) - estos producen el 25% de todo el acero. Aquí, el acero reciclado se utiliza como material inicial. En comparación con los altos hornos, estos son más pequeños y no necesitan el coque como agente reductor (ya que utilizan electricidad para derretir el mineral de hierro), así que producen mucho menos CO₂. ¡Su coste de funcionamiento también es menor que el de los altos hornos!

Si los hornos de arco eléctrico son más baratos y producen menos CO₂, ¿por qué solo producen el 25% de nuestro acero?


¿Qué países dominan la indústria siderúrgica?

China produce más de la mitad de todo el acero mundial

El mercado de la producción de acero lo domina China, y le siguen India y Japón. Es probable que los países en desarrollo dominen los futuros aumentos en el consumo de acero, debido a las perspectivas de crecimiento económico. Se prevé que India tenga el mayor crecimiento, del 400% entre 2015 y 2050, seguida por países africanos y de Oriente Medio.

¿Qué podemos hacer para reducir las emisiones?

Para mantener el calentamiento global por debajo de 1,8 °C, la intensidad de CO₂ derivada del acero tendría que disminuir anualmente en un promedio de 2,5% desde ahora hasta 2030. La tendencia actual no va por este camino de reducción, por lo que es esencial que hagamos los cambios necesarios para descarbonizar la industria.

Cambiando las trayectorias actuales

Recuerda que las emisiones en la producción de acero son un efecto de utilizar el coque como agente reductor y de diferentes operaciones dentro de la cadena de producción. Entonces, ¿cómo reducimos estas emisiones?

Ya sea lidiando con el material que produce emisiones (es decir, el coque) o con las emisiones mismas. ¿Cómo?

Reciclaje

El acero es un material 100% reciclable, por lo que usar chatarra de acero es una forma en la que las empresas intentan reducir las emisiones. Este proceso utiliza un 56% menos de energía que producir acero nuevo. En el 2018, la producción de acero a partir de chatarra representó ~20% del total de la producción en hornos de arco eléctricos (EAF, por sus siglas en inglés). Sin embargo, para estar en consonancia con el Acuerdo de París es necesario que para 2030 se use chatarra hasta en el 40% de toda la producción de acero (no solo la de EAF).

Hierro obtenido por reducción directa

En lugar de utilizar el coque para reducir el hierro, podemos utilizar el hidrógeno como agente alternativo de reducción. ¡Usar hidrógeno de esta manera podría eliminar CO₂ del proceso de fabricación de acero, ya que solo se generaría vapor de agua (a diferencia de con el coque)! Aunque aún no se comercializa, muchas empresas han visto que esta tecnología es viable.

Utilizar el hidrógeno como agente reductor nos permite eliminar emisiones de CO₂

Tres empresas suecas crearon una iniciativa llamada Tecnología Avanzada de Producción de Hierro con Hidrógeno. Su objetivo es aumentar significativamente la productividad energética y reducir las emisiones de CO₂ utilizando, como agente reductor, ¡hidrógeno! Que es producido por la electrólisis.

Otro equipo en Suecia está trabajando en la primera planta en el mundo, de producción de acero sin fósil a escala industrial. La planta apunta a utilizar la biomasa (residuos de la silvicultura) como combustible en lugar de los combustibles fósiles convencionales y tiene como objetivo reducir las emisiones de CO₂ en 10 000 toneladas anuales.

Electrólisis

Este método básicamente utiliza electricidad en lugar de calor para reducir el mineral de hierro. El mineral se disuelve en una solución fundida a través de la cual se hace circular la corriente. Sin embargo, este método sigue teniendo cuestiones técnicas por resolver, como su elevado coste y uso de energía, pero se está trabajando para resolverlos.

¡Existen muchas alternativas que pueden reducir el impacto del acero!

¿Qué nos detiene?

Al considerar alternativas, es vital evaluar su viabilidad. Para la industria siderúrgica es muy difícil seguir un camino de descarbonización sin aumentar los costes de forma significativa.

Esto se debe, en parte, a que muchos de los métodos de descarbonización sugeridos implican nuevas tecnologías. Por ejemplo, debido a que se encuentra en una fase temprana de desarrollo, acceder al hidrógeno utilizado en el hierro de reducción directa (DRI) desde fuentes de energía limpias, ¡podría aumentar el costo en un 20%!

El uso de tecnologías de captura de carbono (que todavía están en fase piloto) durante todo el proceso de fabricación de acero podría aumentar el costo en un 100% por cada tonelada producida.

¿Cómo desempeñará el acero un papel clave en nuestra transición hacia una economía y un estilo de vida sostenibles?


Aunque enfrente retos financieros y barreras en su aplicación, se está llevando a cabo mucha investigación y desarrollo por todo el mundo y existen muchas oportunidades para descarbonizar la industria, ¡así que atentos! El acero se combina a menudo con el hormigón en la construcción... ¡hablemos ahora del hormigón!

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