El hidrógeno clave para una fundición y minería más ecológicas
25 agosto 2023.- En la industria de los metales y la minería, los principales contribuyentes a las emisiones de CO2 son los procesos de fundición y refinado. Hasta la fecha, gran parte de los esfuerzos de descarbonización de la industria se han centrado en la electrificación. Sin embargo, estamos empezando a ver un cambio hacia el hidrógeno como sustituto de los combustibles fósiles en los procesos metalúrgicos.
Un reciente informe, ' Beyond electricity: Is hydrogen the key to greener smelting and refining? ', proporciona un análisis de las emisiones de dióxido de carbono equivalente (CO2e) de alcance 1 y 2 'de la cuna a la puerta' para 2023.
El análisis se ha realizado utilizando datos de la Herramienta de Evaluación Comparativa de Emisiones (EBT) , que cubre las emisiones que se originan en actividades mineras y operaciones primarias de fundición y refinado.
El informe describe las consideraciones clave que las organizaciones deben tener en cuenta en sus esfuerzos de descarbonización. Comprender los beneficios del hidrógeno en las cadenas de valor del hierro, el acero y los productos no ferrosos también ayudará a los inversores a tomar decisiones más informadas.
La brecha de emisiones en los procesos metalúrgicos
Los procesos de fundición y refino que producen metales clave generan una cantidad significativa de gases de efecto invernadero (GEI). Juntos, el acero, el aluminio, el cobre y el zinc representan casi el 9,5% de las emisiones globales.
La industria del hierro y el acero es actualmente el mayor emisor de GEI entre los metales, contribuyendo con el 7,0% del total de las emisiones globales. El sector del aluminio es responsable del 2,0%, mientras que el cobre y el zinc representan el 0,2% y el 0,1%.
Dada la variedad de diferencias entre el 10% superior y el 10% inferior de estas emisiones, está claro que cada cadena de valor de producción requiere un enfoque único para la descarbonización.
La necesidad de hacer la transición desde los combustibles fósiles
Nuestro informe encuentra que la producción de hierro y acero representa el 93% de los GEI en la industria de los metales y la minería debido al uso de carbón en reacciones metalúrgicas. Por el contrario, la producción de metales no ferrosos representa el 62% de las emisiones debido a la combinación de combustibles in situ en las centrales eléctricas o en la red eléctrica.
A pesar de la necesidad de descarbonizar estos procesos, en la actualidad la mayoría de los esfuerzos globales se centran en objetivos de consumo eléctrico. A su vez, las emisiones de combustibles fósiles, especialmente en la industria no ferrosa, siguen sin abordarse en gran medida.
Como tal, existe una clara necesidad de que las organizaciones miren más allá de las medidas de electricidad verde y también se centren en innovaciones tecnológicas que aborden la combinación más amplia de generación de energía.
El hidrógeno como combustible sustitutivo en la siderurgia
En la producción de hierro y acero, el 93% de las emisiones se originan en el proceso de fundición, que incluye el uso de altos hornos, plantas de coquización y sinterización.
En las operaciones de refinería, la fabricación de acero y el uso de plantas de fundición representan otro 5% de las emisiones. En general, el impacto del carbono de la fabricación de acero representa un significativo 92% de las emisiones, en gran parte por la quema de combustibles ricos en carbono.
Se ha investigado ampliamente el uso del hidrógeno como sustituto de los altos hornos. Las investigaciones sugieren que el combustible puede actuar como un limpiador, lo que lo convierte en una alternativa eficaz al carbón y al coque debido a su capacidad para reducir el carbono en el proceso de reducción directa de hierro (DRI).
El uso de hidrógeno en el refinado de alúmina
Nuestra investigación encuentra que el 78% de las emisiones de la cadena de valor del aluminio surgen del proceso de fundición y la electrólisis. Las emisiones de electrólisis que surgen del proceso de reducción oscilan entre 0 y 14 toneladas de CO2e/tonelada de aluminio.
Si analizamos aún más el proceso de refinado del aluminio, el 70% de las emisiones surgen del vapor durante la digestión y el 30% proviene de la quema de combustibles fósiles en la calcinación.
La empresa noruega de aluminio Hydro ha estado realizando experimentos en su planta de Navarra y ha descubierto que el hidrógeno podría actuar como sustituto del gas natural en las fundiciones y en los procesos de digestión.
De manera similar, el grupo minero angloaustraliano Rio Tinto y la corporación japonesa Sumitomo están trabajando actualmente en una propuesta para la construcción de una planta piloto de hidrógeno que probará la refinación de alúmina con bajas emisiones de carbono. La iniciativa utilizará un electrolizador de 2,5 MW con una capacidad de producción de más de 250 toneladas de hidrógeno al año, lo que podría allanar el camino para la adopción del hidrógeno en toda la industria.
El hidrógeno como sustituto del gas natural en la calefacción
En las operaciones mineras de cobre, el 22% de las emisiones provienen del consumo en las actividades de carga y acarreo, y el 10% se atribuye al proceso de fundición.
Los procesos de extracción por solventes y electroobtención (SX-EW) representan el 20% de la producción mundial de cobre, mientras que el reciclaje de chatarra de cobre representa aproximadamente un tercio del mercado.
En la industria del cobre, el hidrógeno se puede utilizar como alternativa a los combustibles tradicionales. Aurubis, un proveedor mundial de metales no ferrosos, ha estado realizando pruebas que sugieren que el hidrógeno puede reemplazar al gas natural en los hornos de ánodos y reemplazar al amoníaco en los hornos de cuba de cátodos.
El hidrógeno también tiene el potencial de reemplazar al gas natural en el proceso de calentamiento del cobre y actuar como agente reductor en la limpieza de escorias y en los hornos de ánodos.
Uso de hidrógeno en procesos de ahumado de zinc
La minería de zinc aporta el 20% del total de emisiones de CO2 en la cadena de valor del zinc, principalmente debido al consumo de electricidad durante las etapas de trituración y molienda. La fundición de zinc representa el 80% restante.
En el proceso de fundición, el 80% de las emisiones de combustibles fósiles provienen del tratamiento pirometalúrgico de los residuos de lixiviación en el proceso electrolítico. Mientras que los procesos de horno de fundición imperial (ISF) y de retorta vertical (VR), contribuyen con el 20%.
El hidrógeno y el amoníaco son alternativas prometedoras al uso del carbón, especialmente en el proceso de ahumado de residuos que contienen zinc. Sin embargo, la aplicación operativa aún se encuentra en las etapas de prueba y se requieren más estudios cinéticos en combinación con experimentos a gran escala para su validación.
Pensamientos finales
El hidrógeno tiene potencial para desempeñar un papel clave en la descarbonización del hierro y el acero y contribuir en parte a la descarbonización de las cadenas de valor no ferrosas. En el futuro, las organizaciones deben adoptar un punto de vista estratégico sobre su inclusión en las combinaciones energéticas y su uso como combustible alternativo en procesos metalúrgicos.
Sin embargo, para que el hidrógeno se incorpore a las cadenas de producción de metales y minería, se necesita más investigación, colaboración y respaldo político. El progreso de proyectos de hidrógeno verde como el de Hydro en Navarra, las pruebas de Aurubis y los proyectos de Rio Tinto son prometedores y, sin duda, proporcionarán resultados positivos y puntos de aprendizaje por igual.
Fuente: Daniel Carvalho
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