Acciaio prodotto a partire da elettricità per una significativa riduzione delle emissioni di carbonio
La produzione di ferro è un processo ad alta intensità energetica: essa ne richiede infatti la separazione dall’ossigeno, sebbene i due elementi siano strettamente legati tra loro nei minerali presenti in natura. Al tempo stesso, l’acciaio, una lega di ferro e carbonio, svolge un ruolo fondamentale nella costruzione della spina dorsale della nostra infrastruttura energetica, dagli utensili ai motori, passando per le apparecchiature di grandi dimensioni. Il ciclo di produzione dell’acciaio e la sua trasformazione in infrastrutture energetiche si autoalimenta, comportando un aumento della disponibilità di energia e la continua crescita delle infrastrutture basate su tale lega.
Verso una produzione di acciaio a zero emissioni di carbonio
Storicamente, il processo di produzione dell’acciaio a partire da minerali si è basato interamente sull’energia ricavata dalla combustione del carbone, un metodo responsabile del rilascio di CO2 nell’atmosfera che il progetto SIDERWIN, finanziato dall’UE, ha cercato di superare. A tal fine, SIDERWIN ha sviluppato un progetto pilota di ricerca e sviluppo presso il sito in cui si trovano le strutture di ArcelorMittal R&D, nel comune francese di Maizières-lès-Metz, per convalidare la tecnologia al TRL 6. L’approccio del progetto si differenzia dai tradizionali metodi di produzione del ferro nella fase in cui l’ossido di ferro viene ridotto a ferro metallico. Nella siderurgia tradizionale, questo processo avviene in un altoforno ad alte temperature e con impiego di carbonio (solitamente sotto forma di coke), con una conseguente significativa generazione di CO2 in qualità di sottoprodotto. SIDERWIN ha eliminato la necessità di impiegare il coke e la conseguente generazione di CO2 associata alla riduzione chimica negli altoforni. «Il nostro approccio applica un processo elettrochimico per la fase di riduzione che prevede il passaggio di una corrente elettrica attraverso l’ossido di ferro in presenza di un elettrolita, in modo da convertirlo direttamente in ferro metallico e ossigeno gassoso senza ricorrere ad alte temperature o al carbonio», spiega Valentine Weber, coordinatrice del progetto. Inoltre, dato che il processo di SIDERWIN è alimentato dall’elettricità, ha offerto un vantaggio in termini di flessibilità in relazione all’impiego di fonti di energia rinnovabili, come l’energia eolica o solare. La transizione da un processo termico ad alta intensità di carbonio a uno elettrochimico, potenzialmente alimentato da energia pulita, ha permesso di produrre ferro esercitando un impatto ambientale ancora più ridotto. «Il nostro obiettivo era quello di conseguire una produzione di acciaio a zero emissioni di CO2 utilizzando energia elettrica quasi al 100% priva di carbonio», sottolinea Weber. SIDERWIN ha inoltre esplorato come gli ossidi di ferro generati come sottoprodotti di altri processi industriali, quali gli scarti derivati dal processo Bayer dell’industria dell’alluminio, possano fungere da materie prime.
Una drastica riduzione delle emissioni e significativi risparmi sui costi
«Mediante l’impiego dell’elettricità è possibile ridurre l’impronta di carbonio delle bobine di acciaio del 60% nel breve termine e fino al 74% con una fornitura elettrica completamente decarbonizzata», afferma Weber. «Inoltre, la tecnologia concepita da SIDERWIN potrebbe fornire un’eccezionale capacità di flessibilità alla rete elettrica europea, fino a 39 GW.» Questa adattabilità non ha solamente contribuito a bilanciare il sistema elettrico, ma ha anche consentito di ridurre la necessità di impiegare fonti di energia per i picchi di carico. «La flessibilità del sistema di SIDERWIN può evitare la generazione di circa 6 milioni di tonnellate di emissioni dirette di CO2 all’anno a livello europeo, sostituendo le fonti energetiche per i picchi di carico», conclude Weber.
Parole chiave
SIDERWIN, elettricità, produzione di acciaio, ossido di ferro, emissioni di CO2, industrie ad alta intensità energetica, industrie di trasformazione