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La Cina, il primo paese produttore di acciaio al mondo, ha già annunciato i suoi obiettivi di neutralità del carbonio, anche se cerca di trovare un’alternativa alla produzione di ferro negli altiforni a base di carbone metallurgico. I politici cinesi credono che la produzione di massa di idrogeno attraverso l’elettricità rinnovabile e la produzione diretta di ferro ridotto (DRI) attraverso l’idrogeno verde siano assolutamente essenziali per decarbonizzare la produzione di ferro.
Il primo produttore mondiale di acciaio Baosteel sta andando avanti con il suo impianto DRI a idrogeno da 1 milione di tonnellate (mnt) e ha annunciato il suo obiettivo di raggiungere la neutralità del carbonio entro il 2050 – 10 anni prima dell’obiettivo cinese di zero carbonio – basato su tecnologie fornite da Tenova e Danieli.
HBIS, il terzo produttore mondiale di acciaio, ha installato il primo impianto DRI a idrogeno in Cina, con una capacità di 550.000 tonnellate (t) all’anno. Questo dimostra che la Cina sta seriamente considerando il DRI a idrogeno come la strada più sicura e più breve verso la sostenibilità. Da parte sua, Tenova ha implementato anche progetti di DRI al 100% a idrogeno in Europa prima che la tecnologia raggiungesse le coste cinesi. L’idrogeno è davvero il “carburante del futuro”.
L’idrogeno verde ottenuto attraverso la scissione dell’acqua – elettrolisi – può sostituire il monossido di carbonio come agente riduttore, unica fonte di emissioni nella produzione del ferro. La transizione dall’uso del “carbonio intelligente” che coinvolge la cattura, l’utilizzo e l’immagazzinamento del carbonio comporterà necessariamente una fase intermedia con gas naturale o syngas o biogas come riduttore, o anche idrogeno blu, con cattura del carbonio incorporata.
L’idrogeno verde può essere ottenuto dall’elettrolisi e può essere usato per ridurre l’ossido di ferro nella fabbricazione di ferro. L’obiettivo è di passare dal carbonio all’idrogeno e questo si chiama decarbonizzazione, ma non può essere fatto in un solo tentativo; piuttosto richiede vari passi.
Per la generazione di idrogeno senza carbonio ci sono diverse tecnologie di elettrolizzatori come le membrane a scambio protonico (PEM) e gli elettrolizzatori alcalini atmosferici (AAE), con unità già in funzione per l’idrogeno ad alta purezza (H2) e un consumo energetico che va da 4,8 a 3,8 kW/Nm3 di H2.
Gli elettrolizzatori ad alta temperatura (HTE), attualmente su scala minore, usano il vapore e il loro consumo di energia è stimato a 3,6 kW/Nm3 di H2. Attualmente, i moduli PEM e AAE più grandi sono dell’ordine di 4.000 Nm3 di H2, sufficienti per il funzionamento di un modulo DR di circa 40.000 – 50.000 t/anno, a seconda della disponibilità di combustibile alternativo.
Il processo di produzione dell’acciaio basato sulla via convenzionale della siderurgia, DRI e EAF utilizzando il gas naturale può anche adottare l’idrogeno, se disponibile, che potrebbe sostituire il metano. La spinta principale dovrebbe essere sull’energia rinnovabile, sia eolica che solare.
La transizione verso la “carbon direct avoidance” significherebbe necessariamente lavorare verso un DRI verde alimentato da idrogeno prodotto da fonti rinnovabili.
Tuttavia, l’adozione dell’idrogeno per un settore difficile da abbandonare come l’acciaio richiederebbe l’attuazione di politiche come la disponibilità su larga scala e la riduzione dei costi, la facilità di trasporto e di stoccaggio, la formulazione di politiche per quanto riguarda un mercato di scambio delle emissioni di carbonio e una marcata preferenza per l’acciaio senza fossili negli appalti pubblici.