Aço sustentável: O que as mudanças climáticas tem a ver com o aço?

19 minute read

Atualizado em

A revolução industrail mudou imensamente a maneira em que nós produzimos bens de consumo. Tomando proveito da recém-descoberta eletricidade e dos ganhos de escala, nós fomos capazes de construir o setor industrial gigante que conhecemos hoje. Embora tenha permitido grandes avanços em desenvolvimento social, a indústria, como um todo, foi responsável por 29,4% de todos os gases de efeito estufa emitidos em 2016.

A maior parte dessas emissões vêm da queima de combustíveis fósseis para fazer funcionar as máquinas e fábricas envolvidas na produção de tudo, desde carros até fósforos. As emissões restantes vêm como subprodutos de processos químicos, como produzir cimento ou amônia.

Esse curso vai te conduzir por muitas das maneiras novas e imaginativas que usamos para tentar fazer com que a indústria seja menos poluente e mais sustentável. Vamos começar com o aço!

O aço está presente no nosso dia a dia, ele faz parte das nossas vidas. Quais das seguintes opções você acha que são feitas com aço?


O aço tem uma infinidade de usos!

Em 2019, 240 kg de aço foram produzidos para cada pessoa na Terra! Na verdade, a procura global por aço é tão alta que somente a indústria siderúrgica contribui com aproximadamente 6,7 % das emissões globais de CO₂!

O que é o aço?

O aço é uma liga, o que corresponde a uma combinação de metais (principalmente ferro). Ao misturar essa liga com alguns outros elementos pode-se criar vários tipos diferentes de aço.

Quais são algumas das propriedades que podemos procurar no aço?


Abaixo, podemos ver um exemplo da composição de um tipo específico de aço:

Esse tipo de aço é composto de 8 elementos diferentes

Quanto essa indústria contribui para as alterações climáticas?

Aço tem o pontencial de se tornar um material muito sustentável, porque ele dura muito tempo, é muito resistente e fácil de reciclar.

Porém, por causa da dependência no coque (produzir a partir do aquecimento de carvão a altas temperaturas) como o material inicial chave, e em combustíveis fósseis para a operação, a produção do aço é um processo muito intensivo em termos energéticos.

A demanda de energia do aço tem aumentado enquanto a intensidade tem diminuído levemente

Qual porcentagem das emissões industriais pode ser atribuída ao setor siderúrgico?


Para cada tonelada de aço produzido, aproximadamente 1,7 a 1,9 toneladas de CO₂ são emitidas. Esse é um problema enorme para as mudanças climáticas, levando em consideração o tamanho da indústria siderúrgica. Para se ter uma ideia, em 2019, cerca de 1868,8 milhões de toneladas de aço foram produzidas!

Quantas Torres Eiffle (considerando a estrutura de metal) são equivalentes, em peso, a todo o aço produzido em 2019?


A indústria do aço é massiva

Infelizmente, a história não acaba com as emissões de CO₂. A fabricação de aço também produz compostos nocivos e poluentes como o monóxido de carbono (CO), óxido nitroso (N₂O) e dióxido de enxofre (SO₂), os quais contribuem para a chuva ácida, afetando o solo e a vegetação. Além disso, o aquecimento do coque em alto-forno emite uma substância chamada naftaleno, a qual pode estar relacionada com o desenvolvimento de câncer.

Como é feito o aço?

A produção de aço envolve três fases principais:

  • Preparação de matérias-primas (coquefação)
  • Fabricação de ferro
  • Fabricação de aço

Preparing raw materials - Carvão é aquecido em um ambiente livre de oxigênio para criar o coque, um combustível rico em carbono que é responsável por uma grande parte das emissões da produção de aço.

\negrito{Siderugia} - O coque é aquecido em um alto forno junto com a pedra calcária e o minério de ferro. O calcário remove impurezas e se transforma em "escória", enquanto o minério de ferro é reduzido para ferro derretido. Neste caso, a redução envolve a remoção do oxigénio e a adição de hidrogênio ao minério.

Produção do aço - Finalmente, as impurezas são removidas do ferro líquido para criar o aço.

O processo da siderurgia em três etapas simples

Novos métodos são mais eficientes, mas ainda são baseados nessas mesmas três etapas. Usando esses estágios, há duas maneiras principais de produzir aço:

1. Alto-forno 70% de todo o aço é produzido dessa forma. O processo usa minério de ferro derretido como o material inical e coque como o agente redutor.

Aço fabricado em um alto-forno

2. Fornos Elétricos a Arco (FEAs) – esses produzem 25% de todo o aço. Aqui, o aço reciclado é usado como matéria-prima. Em comparação aos altos-fornos, eles são menores e não precisam do coque como agente redutor (pois usam a eletricidade para fundir o minério de ferro), assim produzem muito menos CO₂. Seu custo de funcionamento também é mais barato do que os altos-fornos!

Se os Fornos Elétricos a Arco são mais baratos e produzem menos CO₂, por que eles produzem apenas 25% do nosso aço?


Quais países dominam a indústria siderúrgica?

A China produz mais da metade de todo o aço do mundo

O mercado da produção de aço é dominado pela China, seguida pela Índia e pelo Japão. É muito mais provável que os países em desenvolvimento dominem os futuros aumentos de consumo, devido ao esperado crescimento econômico. Prevê-se que a Índia terá o maior crescimento, de 400% de 2015 a 2050, seguida por países da África e do Oriente Médio.

O que se pode fazer para reduzir as emissões?

Para manter o aquecimento global abaixo de 1,8 °C, a intensidade de CO₂ do aço teria que reduzir, anualmente, em média 2,5% a partir de agora até 2030. A tendência atual não segue essa via de redução, portanto, é essencial que façamos as mudanças necessárias para descarbonizar a indústria.

Mudando as trajetórias atuais

Lembre-se: emissões na produção de aço são uma consequência do uso de coque como agente redutor, e de diferentes operações da cadeia de produção. Então, como podemos reduzir essas emissões?

By either dealing with the material that produces emissions (i.e. coke) or dealing with the emissions themselves. How?

Reciclagem

Como o aço é 100% reciclável, as empresas estão usando a sucata de aço para tentar reduzir as emissões. Esse processo gasta 56% menos energia do que a produção de aço novo. Em 2018, a produção de aço a partir de sucata correspondeu a aproximadamente 20% de toda a produção de Fornos Elétricos a Arco, mas para respeitar o Acordo de Paris, a sucata precisa ser usada em 40% de toda produção de aço bruto até 2030, não apenas em FEAs.

Ferro Diretamente Reduzido (DRI, da sigla em inglês)

Em vez de utilizar o coque para reduzir o ferro, podemos usar o hidrogênio como agente redutor alternativo. Usar o hidrogênio dessa forma poderia eliminar o CO₂ do processo de fabricação do aço, pois só gera vapor d'água (diferentemente do coque)! Apesar de ainda não ser comercializada, muitas empresas consideraram essa tecnologia viável.

Ao usarmos o hidrogênio como agente redutor, podemos eliminar as emissões de CO₂

Três empresas suecas criaram uma iniciativa chamada Avanços Hidrogênicos em Tecnologia Siderúgica (Hydrogen Breakthrough Ironmaking Technology). Ela busca significativamente aumentar a produtividade energética e reduzir emissões de CO₂ utilizando hidrogênio, produzido por eletrólise, como agente redutor!

Outra equipe na Suécia está trabalhando na primeira fábrica de produção de aço livre de combustíveis fósseis de escopo industrial do mundo. A fábrica procura usar biomassa (resíduo de florestas) como combustível invés de combustíveis fósseis convencionais e busca reduzir as emissões de CO₂ em 10.000 toneladas anualmente.

Eletrólise

Esse método basicamente usa eletricidade ao invés de calor para reduzir o minério de ferro. O minério é dissolvido em uma solução fundida e uma corrente passa através dela. Esse método, porém, ainda tem algumas questões técnicas, tais como custos e uso energéticos elevados, mas muitos estão trabalhando para resolvê-las.

Nós temos muitas alternativas que podem reduzir o impacto do aço!

O que nos impede?

Quando se consideram alternativas, é vital avaliar a sua viabilidade. Para a indústria do aço, é muito difícil seguir uma via de descarbonização sem aumentar significativamente os custos.

Isso é, parcialmente, porque muitos dos métodos de descarbonização sugeridos envolvem novas tecnologias. Por exemplo, porque está em um estágio inicial de desenvolvimento, acessar o hidrogênio usado no ferro reduzido direto (em inglês, DRI, direct reduced iron) de fontes energéticas limpas poderia aumentar o custo em 20%!

Usar tecnologias de captura de carbono (que ainda se encontram em estágio piloto) em todo o processo de produção do aço poderia aumentar o custo em 100% para cada tonelada produzida.

Como o aço desempenhará um papel fundamental na nossa transição para uma economia e um estilo de vida sustentáveis?


Embora essa tecnologia enfrente muitos desafios financeiros e barreiras de implementação, há muita pesquisa e desenvolvimento acontecendo em todo o mundo e várias oportunidades para descarbonizar a indústria, então fique atento! O aço é frequentemente combinado com concreto nas construções, então, vamos analisar o concreto agora!

Próximo Capítulo