Descarbonización del acero: Reducción directa de hierro (H?-DRI)

Desde que comenzó la ola del hidrógeno hace aproximadamente 4 años, muchos son los usos que se le han estimado al hidrógeno. Es por todos sabido que hoy en día, que la producción y consumo de hidrógeno han estado muy ligados al refino de petróleo y a la fabricación de fertilizantes vía amoniaco. En España se consumen anualmente, 0,5Mt de H?, distribuidas a grandes rasgos entre 70% refinerías y 30% para la fabricación de amoniaco. En la siguiente infografía que he elaborado, podéis observar los principales usos en las refinerías.

1.Imagen.- Principales usos del hidrógeno en las refinerías. (Fuente: Elaboración propia).

Sin embargo, a la par que se vaya desarrollando la capacidad de generación de hidrógeno renovable, el uso del hidrógeno ira destinándose a otros procesos industriales donde sea la solución sostenible técnica y económica más viable. Es aquí donde se enmarca este análisis. El uso de hidrógeno puro en el sector siderúrgico tiene muy poco recorrido en el pasado, pero hoy aprenderéis un uso que, muy posiblemente, se instauré en el futuro. La reducción directa de hierro.

Según el informe de “Net Zero Steel: Sector Transition Strategy” del 2021, para la producción de 1 MT de acero crudo basado en H₂-DRI-EAF, una sola planta siderúrgica que emplease hidrógeno en lugar de combustibles fósiles para reducir hierro utilizaría alrededor de 60.000 T H₂/año, lo que supondría utilizar 1 GW por medio de electrolizadores (con un factor de carga de 33%). Por lo tanto, se requieren 60kg H₂  para producir 1 T de acero verde.

El uso de atmosferas reductoras en la industria no es nuevo, ya se emplea hidrógeno en la industria alimentaria para convertir grasas líquidas insaturadas (aceites comestibles con doble enlace de carbono, C=C) en grasas sólidas saturadas y parcialmente saturadas (margarinas con enlaces simples de carbono, C-C). Asimismo, en la industria de los tratamientos térmicos de acero o de materiales cerámicos es habitual el empleo de atmósferas reductoras para ciertos tratamientos de recocido .

Como podemos comprobar en la imagen 1, la reducción química de un óxido de hierro a Fe⁰ mediante CO derivado del reductor sólido como el carbón o por gas de síntesis (mezcla de CO/H₂) produce CO₂.  La descarbonización de la fabricación de hierro implica sustituir el carbón o el gas natural por hidrógeno, ya que aporta una atmósfera reductora válida para replicar el proceso. Análogamente, la demanda de calor de la planta puede ser generada mediante la combustión de hidrógeno.

2.Imagen.- Esquema ilustrando la descarbonización de la producción de hierro.

Ager Prieto Elorduy