Uma corrida mundial para descarbonizar o aço: o Brasil pode sair na frente, por Marco Antônio S. C. Castello Branco

A grande oportunidade do Brasil nesse contexto reside na entrada no mercado de ferro pré-reduzido utilizando H2 obtido da reforma a vapor do etanol, um hidrocarboneto renovável, ao invés do gás natural fóssil.

Foto: José Paulo Lacerda – Agência Brasil

Uma corrida mundial para descarbonizar o aço: o Brasil pode sair na frente

por Marco Antônio S. C. Castello Branco

A descarbonização da produção de aço consiste num dos maiores desafios para o alcance da meta “net zero” de emissões de CO2 acordadas na COP-26 em Glasgow. Ao mesmo tempo ela representa uma enorme oportunidade para o Brasil, se empresários e governo souberem capitalizar o conhecimento e experiencia que o país acumulou ao longo dos últimos 40 anos na extração de minério de ferro, na siderurgia, na silvicultura e na produção de etanol.

Responsáveis por 8% das emissões mundiais de CO2 em 2020 foram as 1,3 bilhões de toneladas de aço produzidas em 39 países a partir do minério de ferro e carvão fóssil. Outras 490 mil toneladas foram obtidas com o derretimento de sucata metálica em fornos elétricos. Nenhum país quer renunciar à sua indústria siderúrgica por conta do aquecimento global e por isso governos cobram de empresários alternativas que lhes permitam atingir a meta de zero de emissões líquidas de CO2 mantendo a produção de aço, um setor industrial estratégico.

Em 2020 o Brasil exportou 342 milhões de toneladas de minério de ferro que, ao serem transformadas em aço com uso de carvão fóssil, geraram 21% das emissões de CO2 da indústria siderúrgica mundial. Se quiser, o Brasil tem condições de livrar seus compradores de minério dessas emissões e se qualificar para abocanhar uma boa parcela dos bilhões de dólares que serão transacionados no mercado de crédito de carbono e de serviços ambientais. As vantagens comparativas do Brasil são únicas e decisivas: nenhum outro país possui num mesmo espaço geográfico reservas de minério de ferro, disponibilidade de terra agricultável, condições climáticas e infraestrutura logística e industrial capazes de descarbonizar a produção de aço no local onde tem início sua cadeia de valor.

A transformação de minério de ferro em ferro gusa ocorre em altos-fornos a elevadas temperaturas através da reação química na qual o carbono na forma de gás CO sequestra o oxigênio que está ligado ao ferro. Posteriormente o ferro gusa é convertido em aço em aciarias a oxigênio. O balanço de emissões nesse processo resulta na liberação líquida de 1,8 t CO2 para cada tonelada de aço. Existem apenas 3 alternativas técnicas capazes de eliminar essas emissões: i) substituir a fonte de carbono trocando o carvão mineral fóssil por carvão vegetal renovável ii) substituir o gás CO por H2 na reação de redução do minério de ferro e iii) reduzir o minério de ferro com uso de eletricidade, considerando que a energia elétrica empregada na eletrólise é obtida sem emissões de CO2. Dessas alternativas apenas a última não possui referência industrial em grande escala, encontrando-se ainda em estágio inicial de desenvolvimento.

No Brasil, siderúrgicas integradas a carvão vegetal e produtores independentes de ferro gusa e ferro-ligas já praticam há décadas a substituição de carvão fóssil por carvão renovável. 6 milhões de toneladas de gusa foram produzidas em 2020 com carvão obtido de florestas renováveis de eucalipto. Admitindo-se que as 4 milhões de toneladas exportadas se tornaram aço em fornos elétricos no lugar das 6 milhões de toneladas equivalentes de minério terem sido reduzidas em altos-fornos, o Brasil livrou seus clientes da emissão de cerca de 8 milhões de toneladas de CO2. Como o país faturou 76 US$/t exportando minério de ferro e 303 US$/t com gusa, o importador pagou US$ 756 milhões para o Brasil converter minério de ferro em gusa e recebeu de graça 8 milhões de toneladas de CO2 que deixaram de ser liberadas na atmosfera. A partir da regulamentação do Art. 6 do Acordo de Paris que cria o mercado carbono isso vai mudar. De um lado produtores de aço vão se interessar cada vez mais pelo ferro gusa brasileiro, pois mesmo tendo de renunciar a seus altos-fornos eles poderão continuar a trabalhar sem pagar penalidades por emissões de CO2. De outro, exportadores brasileiros de ferro gusa vão tentar se apropriar de uma parte do valor das emissões evitadas, cujo preço virá da dinâmica entre oferta e procura por créditos de carbono ou da taxação governamental, como a União Europeia já anunciou pretender fazer.

A grande aposta da siderurgia dos países industrializados é, entretanto, a substituição do CO pelo hidrogênio na reação de redução. A tecnologia disponível é a redução direta de minério de ferro. Em 2020 ela foi utilizada em 22 países para produzir 106 milhões de toneladas de ferro pré-reduzido, processadas posteriormente em aciarias elétricas. O objetivo central é empregar H2 eletrolítico gerado com energia fornecida por parques eólicos e/ou fotovoltaicos. O desafio consiste em superar as barreiras técnicas do baixo rendimento do processo, as dificuldades de armazenagem do hidrogênio e os altos de investimento. Estudos apontam hoje para um custo ao redor de 8 US$/kg H2. Alternativamente considera-se empregar hidrogênio obtido com uso da tecnologia convencional de reforma a vapor do gás natural, processo no qual CH4 reage com água num leito catalítico produzindo além de hidrogênio CO2, que precisa ser capturado e armazenado.

A grande oportunidade do Brasil nesse contexto reside na entrada no mercado de ferro pré-reduzido utilizando H2 obtido da reforma a vapor do etanol, um hidrocarboneto renovável, ao invés do gás natural fóssil. A tecnologia industrial está amplamente dominada. As melhorias a serem alcançadas residem essencialmente na otimização do catalizador, principalmente aqueles que usam suporte de hidroxiapatita, decisivo para o aumento da relação água/etanol no reformador, permitindo que mais de 70% do hidrogênio produzido seja proveniente da água e não do etanol. Vale ressaltar ainda que, como o gás resultante será empregado na redução direta de minério de ferro, a presença de CO junto com hidrogênio é benéfica, dispensando o estágio da reação gás-água, simplificando o processo e reduzindo o custo de investimento.

Considerando-se apenas os custos com o etanol hidratado valorizado atualmente ao preço de 700 US$/m³ e rendimentos da reforma a vapor variando entre 65-85% o custo de hidrogênio situa-se entre 1,25 e 1,75 US$/kg H2, o que representa algo entre 69 e 96 US$ na tonelada de pré-reduzido admitindo-se um consumo específico de 55 kg H2/t. Extrapolando esse custo para a participação do etanol no aço, ela seria equivalente àquela do carvão metalúrgico, hoje da ordem de 100 US$/t aço, revelando a grande competitividade do combustível renovável frente ao insumo fóssil. Através da produção de hidrogênio dedicada à redução direta de minério de ferro, a indústria sucroalcooleira conquista um novo mercado no setor energético penetrando no segmento siderúrgico. Se todo o minério de ferro exportado em 2020 tivesse sido convertido em ferro pré-reduzido com hidrogênio do etanol, 400 milhões de toneladas de cana teriam sido necessárias, ou 60% a mais do que foi colhido em 2020. Por outro lado, os produtores de aço consumidores do minério brasileiro teriam deixado de emitir 470 milhões de toneladas de CO2.

Resta, portanto, colocar numa mesa as mineradoras de ferro, os produtores de etanol e de florestas de eucalipto e o governo brasileiro para construir uma estratégia em defesa dos interesses do país na corrida pela descarbonização da siderurgia. A competição vai ser rude e provavelmente suja, pois ninguém vai assistir fluxos de bilhões de dólares de serviços ambientais e créditos de carbono serem direcionados para o Brasil sem resistir. Governos vão jogar com enormes subsídios na produção de equipamentos, no fornecimento de energia elétrica e na logística do H2 eletrolítico para viabilizar sua competitividade local. Lobistas vão instrumentalizar ONG’s nacionais e estrangeiras para disseminar o discurso falacioso de que a biomassa energética brasileira é responsável pela destruição de florestas nativas, pela expulsão de povos tradicionais do campo, pela ameaça de faltar comida no mundo e finalmente que, mesmo sendo renovável, ela é mais nociva ao aquecimento global do que as emissões fósseis de CO2.

O curso da história oferece mais uma oportunidade singular ao Brasil para transformar seus recursos naturais em riqueza para seu povo e benefício ambiental para a humanidade. Mas quem foi chamado a escrever essa história são as elites políticas, empresariais e intelectuais desse país. Que elas saibam dessa vez o que precisam fazer!

Marco Antônio S. C. Castello Branco – Eng. Metalurgista, Dr.-Ing. pela Technische Universität Clausthal, Alemanha. Ex-presidente da Vallourec&Mannesmann do Brasil, da Usiminas e da Cia. de Desenvolvimento Econômico de Minas Gerais ([email protected])

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