Aço sustentável: O que as mudanças climáticas tem a ver com o aço?
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Atualizado em: 29 Apr 2021
https://climatescience.org/pt/advanced-steel-climate/
A revolução industrial mudou drasticamente a forma como produzimos os bens de consumo. Quando passamos a usufruir da recém-descoberta eletricidade e das economias de escala, fomos capazes de construir o enorme setor industrial que temos hoje. Porém, embora isso tenha permitido grandes avanços no desenvolvimento humano, toda a indústria foi responsável por 29,4% de todos os gases de efeito estufa emitidos em 2016 .
A maioria dessas emissões vem da queima de combustíveis fósseis para alimentar as máquinas e fábricas envolvidas em fazer desde carros a palitos de fósforo . As emissões restantes surgem como subprodutos de processos químicos, como na produção de cimento e fertilizantes agrícolas .
Este curso irá te apresentar muitas maneiras inovativas e criativas que estamos testando para tornar a indústria menos poluente e mais sustentável. Vamos começar com o 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 .
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?
O aço tem o potencial de ser um material muito sustentável porque ele é duradouro, muito forte e fácil de reciclar .
No entanto, devido à dependência do coque (feito pelo aquecimento do carvão em altas temperaturas) como matéria-prima principal e combustíveis fósseis para operações, a produção de aço é um processo bastante intenso em termos energéticos.
A demanda de energia do aço tem aumentado enquanto a intensidade tem diminuído levemente
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 !
A indústria siderúrgica é gigantesca
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
Preparação de matérias-primas – o carvão é aquecido em um ambiente livre de oxigênio para criar o coque, um combustível rico em carbono responsável por uma grande parte das emissões da produção de aço .
Fabricação de ferro – o coque é aquecido em um alto-forno juntamente com calcário e minério de ferro. O calcário remove as impurezas e se transforma em u0022escóriau0022, enquanto o minério de ferro é reduzido em ferro fundido . Nesse caso, a redução envolve a remoção de oxigênio e a adição de hidrogênio ao minério.
Fabricação de aço – Finalmente, as impurezas são removidas do ferro fundido para criar o aço .
O processo da siderurgia em três etapas simples
Os métodos mais recentes são mais eficientes, mas ainda assim são baseados nesses mesmos três estágios . Usando essas etapas, existem duas principais maneiras de produzir aço:
- Alto-forno – 70% de todo o aço é produzido dessa forma . Ela usa o minério de ferro fundido como matéria-prima e o coque como agente redutor .
Aço fabricado em um alto-forno
- 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 !
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 que as emissões na produção de aço são um efeito da utilização do coque como agente redutor e de diferentes operações na cadeia de produção. Então, como reduzimos essas emissões?
Lidando com o material que produz as emissões (por exemplo, o coque) ou com as próprias emissões. Mas, de que modo?
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 desenvolveram uma iniciativa chamada Hydrogen Breakthrough Ironmaking Technology. Seu objetivo consiste em aumentar a produtividade energética e reduzir as emissões de CO₂ utilizando hidrogênio, produzido através de eletrólise, como o agente redutor !
Outra equipe da Suécia está trabalhando na primeira fábrica mundial de produção de aço em escala industrial sem combustíveis fósseis. A instalação visa usar biomassa (resíduos da silvicultura) como combustível, em vez dos combustíveis fósseis convencionais e tem como meta reduzir as emissões de CO₂ em 10 000 toneladas por ano.
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 as alternativas, é importante avaliar a viabilidade. Para a indústria siderúrgica, é muito difícil seguir uma via de descarbonização sem aumentar significativamente os custos .
Isso se deve, em parte, ao fato de que muitos dos métodos de descarbonização sugeridos envolvem novas tecnologias. Por exemplo, como se encontra em uma fase inicial de desenvolvimento, obter o hidrogênio utilizado no ferro diretamente reduzido (DRI), a partir de fontes de energia limpas, pode aumentar o custo em 400 a 800% !
O uso de tecnologias de captura de carbono (que ainda estão em estágio piloto) em todo o processo de fabricação do aço poderia aumentar o custo em 100% para cada tonelada produzida .
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!
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