Ilva e le altre: come rendere più sostenibile l’industria siderurgica

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È tempo che anche la grande industria, metallurgica in testa, cominci a ripensare tecnologie e processi per rendere i suoi prodotti meno inquinanti e meno energivori. Le soluzioni possibili sono diverse, ma senza l’aiuto di una carbon tax difficilmente si potranno applicare.

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Con la proposta della possibile futura maggioranza di governo di riconvertire l’Ilva di Taranto in senso “ambientalista”, salvaguardando però l’occupazione (che non si sa bene se voglia dire chiudere la fabbrica e sostituire i posti di lavoro con qualcosa di “più verde”, oppure applicare al più grande centro siderurgico d’Italia tutte le più avanzate tecnologie per ridurne l’impatto), torna al centro del dibattito un aspetto poco considerato delle tematiche climatiche: come ridurre le emissioni di inquinanti e CO2 dell’industria metallurgica.

Anche se se ne parla poco, si tratta di una della maggiori sorgenti di gas climalteranti dell’economia: le sole acciaierie producono circa il 5% della CO2 antropica totale.

Le acciaierie emettono tanta CO2 non solo per l’enorme quantità di calore che serve a fondere il metallo, ma anche perché per trasformare l’ossido di ferro dei minerali in ferro metallico, si usa carbon coke, che, ad alte temperature, si combina con l’ossigeno del minerale, producendo CO2, lasciando dietro ghisa (ferro addizionato di circa il 5% di carbonio), fusa e pronta per essere colata.

Per ogni tonnellata di ferro prodotto servono circa 500 kg di carbone, che a loro volta producono 1,5 tonnellate di CO2: visto che il mondo sforna circa 1,5 miliardi di tonnellate di acciaio l’anno, le emissioni correlate sono intorno ai 2 miliardi di tonnellate di CO2, cioè 5 volte quelle annuali dell’Italia.

Di fronte a questi numeri suscita speranza quanto annunciato in Svezia da Mårten Görnerup, amministratore delegato di Hybrit, una joint venture comprendente il produttore svedese di acciaio SSAB, l’utility elettrica Vattenfall e LKAB, il più grande produttore europeo di ferro.

L’idea è quella di costruire la prima acciaieria al mondo che produrrà ferro usando idrogeno, ricavato per elettrolisi dell’acqua grazie all’energia prodotta da fonti rinnovabili.

L’idrogeno prenderà nell’impianto Hybrit il posto del coke: combinandosi con l’ossigeno del minerale di ferro; lo ridurrà a metallo, producendo solo vapore acqueo.

L’impianto pilota, la cui costruzione dovrebbe partire questa estate, potrà produrre fino a un paio di tonnellate di acciaio l’ora e servirà come laboratorio per mettere a punto il processo. Se tutto andrà bene, nel 2024 dovrebbe essere costruita una vera acciaieria dimostrativa a idrogeno, da 500mila tonnellate annue.

Secondo Görnerup, intervistato da Euractive, la tecnologia è l’ideale per paesi come la Svezia che hanno un grande surplus di produzione elettrica, soprattutto da idroelettrico, e ovviamente bassi costi del kWh.

«Usando appena 15 TWh di elettricità, che è quanta ne esporta la Svezia in un anno, potremmo produrre abbastanza idrogeno da realizzare tutto l’acciaio che il paese produce oggi in un anno», ha dichiarato l’Ad di Hybrit .

Visto che la Svezia produce dal minerale circa 3,3 milioni di tonnellate di acciaio l’anno, sembrerebbe che ogni tonnellata di acciaio così prodotta richieda circa 4,5 MWh di elettricità.

In Italia il costo di questa elettricità per l’industria sarebbe intorno ai 600 euro, contro il costo di circa 30 euro per mezza tonnellata di carbone: cioè un ventesimo.

In Svezia l’elettricità costa circa la metà che da noi, ma sembra ugualmente piuttosto ottimistica la stima fatta da Görnerup, che ritiene l’extracosto per l’acciaio all’idrogeno aggirarsi appena intorno al 20-30% in più rispetto a quello convenzionale.

«In effetti, credo che una simile tecnologia sia economicamente sostenibile solo nei paesi con bassissimo costo dell’elettricità e solo in presenza di una sostanziosa carbon tax che renda molto svantaggioso l’uso del carbone», ha commentato l’annuncio il fisico Matteo Romano, professore del dipartimento dell’energia del Politecnico di Milano.

«Noi stiamo seguendo, con il progetto “Stepwise” dell’Unione Europea, un’altra strada: usare il coke, ma catturare la CO2 che esce dall’altoforno con un sistema chimico innovativo, che richiede per funzionare molta meno energia di quello standard. La CO2 può poi essere sequestrata sottoterra, evitando l’immissione in aria. La cattura della CO2, al momento, ammesso risulti accettabile dalle popolazioni, mi sembra una strada più realistica dell’uso dell’idrogeno».

Senza arrivare all’idrogeno o alla controversa cattura della CO2, però, c’è già da decenni una strada intermedia per produrre acciaio senza usare carbone.

«Si tratta dell’uso del metano, da cui si può estrarre idrogeno con un processo di cracking, e poi impiegarlo per la riduzione del minerale di ferro», spiega il professor Carlo Mapelli, professore di ingegneria dei materiali al Politecnico di Milano ed esperto di metallurgia.

«Impianti di questo tipo esistono già da quaranta anni, soprattutto in luoghi come i paesi del Golfo o il Messico dove il gas naturale costa poco e dove far arrivare carbone è complicato. L’uso di metano è anche consigliato quando si vuole costruire un impianto vicino a una città, perché una delle principali fonti di inquinamento delle acciaierie, sono, per via delle polveri, i depositi di carbone, e per i fumi tossici e cancerogeni, le cokerie. Infine, usare metano riduce del 66% le emissioni di CO2 dall’altoforno».

A Monterey, in Messico, l’italiana ThenarisDalmine ha realizzato un impianto dove il metano viene direttamente immesso nel minerale fuso, insieme a del vapore acqueo, così che produca idrogeno sul posto, senza bisogno di cracking, semplificando ulteriormente la tecnologia.

Il confronto fra metano e coke, in quanto a costi, è decisamente migliore che con l’idrogeno: per produrre una tonnellata di acciaio ne servono 280 metri cubi, che in Italia avrebbero un costo per l’industria pari a circa 75 euro, circa 2,5 volte quelli del carbone per il coke.

Questo spiega perché l’acquirente dell’acciaieria di Taranto, Arcelor Mittal, abbia promesso, sì di rendere molto meno inquinante l’impianto, ma non di rinunciare all’uso del coke negli altoforni: se lo sostituissero con il metano, l’acciaio prodotto sarebbe stato fuori mercato.

«Bisogna però dire che con il metano dall’altoforno non si produce ghisa, che poi va raffinata ad acciaio, ma ferro preridotto; un materiale più pregiato, adatto alla produzione di acciai di alta qualità. Comunque, se, come in Europa, il gas naturale costa caro, senza incentivi o carbon tax dubito che anche questo metodo possa essere applicato», dice Mapelli.

Le emissione delle acciaierie possono però essere ridotte in un altro modo. «Stiamo studiando come recuperare quel 35% del calore che nei forni ad arco, usati per fondere i rottami di ferro, viene sprecato: i 241 kWh per tonnellata di acciaio che si perdono con i fumi potrebbero, per esempio, essere usati per produrre nuova elettricità, oppure per fare teleriscaldamento, rendendo l’acciaieria anche più utile e accettata dalla cittadinanza».

Insomma, le tecniche, più o meno avanzate, per rendere più sostenibile la produzione di acciaio ci sarebbero, ma senza l’aiuto di una carbon tax europea (da applicare anche all’acciaio importato, altrimenti sarebbe una festa per chi esporta da noi) difficilmente saranno utilizzate.

Ma acciaio a parte, è evidente che la necessità di una “rivoluzione verde” delle industrie più energivore del mondo è ormai all’ordine del giorno: Rio Tinto e Alcoa, per esempio, hanno appena annunciato di aver messo a punto una tecnologia per ridurre il minerale di allumino a metallo, un processo responsabile oggi dell’1% delle emissioni mondiali, senza produrre CO2, grazie a nuovi elettrodi, non più in carbone, da usare negli impianti.

La tecnologia è già pronta per l’uso industriale e i nuovi impianti apriranno presto in Canada, con la Apple fra i primi clienti.

Il chimico Xiaofeng Feng della University of Central Florida ha avuto un’idea potenzialmente ancora più rivoluzionaria, se riuscirà ad essere applicata industrialmente: usando un catalizzatore in palladio è riuscito a produrre, a pressione e temperatura ambiente, ammoniaca, usando acqua, l’azoto dell’aria ed elettricità.

Oggi l’ammoniaca, la base dei fertilizzanti azotati, viene prodotta, al ritmo di 150 milioni di tonnellate annue, con il processo Haber Bosh, comprimendo a 350 atmosfere e scaldando a 550 °C, una miscela di idrogeno, ricavato dal metano, e azoto, e impiegando così il 2% di tutta l’energia mondiale, ed emettendo l’1% di tutta la CO2 antropica.

Si potesse sostituire l’Haber-Bosh con il processo ideato ora da Feng, non solo i risparmi energetici e di CO2 sarebbero enormi, ma l’ammoniaca potrebbe anche essere prodotta localmente con piccoli impianti solari e eolici, trasformando l’elettricità in eccesso in un prodotto industriale molto richiesto e facile da trasportare.

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