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Aço verde: a corrida de US$ 2,5 trilhões

Na cidade de Woburn, Massachusetts, um subúrbio ao norte de Boston, um grupo de engenheiros e cientistas em jalecos brancos inspecionou uma pilha ordenada de lingotes de aço cinza-escuro do tamanho de um tijolo em uma mesa dentro de um laboratório iluminado por neon.

O que eles estavam vendo era um lote de aço criado usando um método de fabricação inovador, que a Boston Metal, uma empresa que se formou há uma década no MIT, espera remodelar drasticamente a forma como a liga é feita há séculos. Ao usar eletricidade para separar o ferro de seu minério, a empresa afirma que pode fabricar aço sem liberar dióxido de carbono, oferecendo um caminho para limpar uma das piores indústrias do mundo em emissões de gases de efeito estufa.

Insumo essencial para engenharia e construção, o aço é um dos materiais industriais mais populares do mundo, com mais de 2 bilhões de toneladas produzidas anualmente. Essa abundância, no entanto, tem um preço alto para o meio ambiente. A siderurgia é responsável por 7 a 11 por cento das emissões globais de gases de efeito estufa, tornando-se uma das maiores fontes industriais de poluição atmosférica. E como a produção pode aumentar em um terço até 2050, essa carga ambiental pode aumentar.

Isso representa um desafio significativo para enfrentar a crise climática. A ONU diz que reduzir significativamente as emissões de carbono industrial é essencial para manter o aquecimento global abaixo da marca de 1,5 graus Celsius estabelecida sob o acordo climático de Paris de 2015. Para isso, as emissões do aço e de outras indústrias pesadas terão que cair 93% até 2050, segundo estimativas da Agência Internacional de Energia.

Enfrentando uma pressão crescente de governos e investidores para reduzir as emissões, várias siderúrgicas – incluindo grandes produtores e startups – estão experimentando tecnologias de baixo carbono que usam hidrogênio ou eletricidade em vez da fabricação tradicional intensiva em carbono. Alguns desses esforços estão se aproximando da realidade comercial.

Estamos falando de uma indústria de capital intensivo e avessa ao risco, onde a disrupção é extremamente rara”, disse Chris Bataille, economista de energia do IDDRI, um think tank de pesquisa com sede em Paris. Portanto, ele acrescentou, “é emocionante” que haja tanta coisa acontecendo ao mesmo tempo.

Ainda assim, os especialistas concordam que transformar uma indústria global que faturou US$ 2,5 trilhões em 2017 e emprega mais de 6 milhões de pessoas exigirá um esforço enorme. Além dos obstáculos práticos para ampliar novos processos a tempo de atingir as metas climáticas globais, há preocupações com a China, onde mais da metade do aço do mundo é fabricado e cujos planos para descarbonizar o setor siderúrgico permanecem vagos.

Certamente não é uma solução fácil descarbonizar uma indústria como essa”, disse Bataille. “Mas não há escolha. O futuro do setor – e do nosso clima – depende exatamente disso.”

A siderurgia moderna envolve várias etapas de produção. Mais comumente, o minério de ferro é triturado e transformado em sinter (um sólido bruto) ou pellets. Separadamente, o carvão é cozido e convertido, misturado com calcário e aquecido em um forno, onde um fluxo de ar extremamente quente é introduzido a partir do fundo. Sob altas temperaturas, essa mistura queima e produz ferro líquido. O material fundido então vai para um forno de oxigênio, onde é soprado com oxigênio puro através de uma lança refrigerada a água, que força o carbono a deixar o aço bruto como produto final.

Este método, patenteado pela primeira vez pelo engenheiro inglês Henry Bessemer na década de 1850, produz emissões de dióxido de carbono de diferentes maneiras. Primeiro, as reações químicas no forno resultam em emissões, pois o carbono se liga ao oxigênio do ar para criar dióxido de carbono como subproduto. Além disso, os combustíveis fósseis são normalmente queimados para alimentar as usinas de sinterização e pelotização, bem como os fornos, emitindo dióxido de carbono no processo.

Cerca de 70% do aço do mundo é produzido dessa maneira, gerando quase duas toneladas de dióxido de carbono para cada tonelada de aço produzida. Os 30% restantes são quase todos feitos por meio de fornos elétricos, que usam uma corrente elétrica para derreter aço – em grande parte sucata reciclada – e têm emissões de CO2 muito menores.

Mas nem toda a demanda futura pode ser atendida dessa maneira, disse Jeffrey Rissman, diretor de programa da indústria e chefe de modelagem da Energy Innovation, empresa de política climática e energética com sede em São Francisco. Com as políticas certas em vigor, a reciclagem pode suprir até 45% da demanda global em 2050, disse ele. “O resto será satisfeito forjando aço primário baseado em minério, que é de onde vem a maioria das emissões.”

Portanto, “se a indústria siderúrgica levar a sério” seus compromissos climáticos, acrescentou, “terá que reformular fundamentalmente a maneira como o material é feito – e fazê-lo com bastante rapidez”.

Uma tecnologia alternativa que está sendo testada substitui a mistura por hidrogênio. Na Suécia, a Hybrit – uma joint venture entre a siderúrgica SSAB, a fornecedora de energia Vattenfall e a LKAB, uma produtora de minério de ferro – está pilotando um processo que visa reaproveitar um sistema existente chamado ferro reduzido direto. O processo usa combustíveis fósseis para extrair oxigênio de pelotas de minério de ferro, deixando uma pelota de ferro porosa chamada ferro esponja.

O método Hybrit, em vez disso, extrai o oxigênio usando gás hidrogênio livre de fósseis. O gás é criado por eletrólise, uma técnica que usa uma corrente elétrica – neste caso, de uma fonte de energia livre de fóssil – para separar a água em hidrogênio e oxigênio. (A maioria do hidrogênio puro hoje é feito com metano, que produz CO2 quando queimado.) O ferro-esponja resultante então vai para um forno elétrico, onde é finalmente refinado em aço. O processo libera apenas vapor de água como subproduto.

Essa tecnologia é conhecida há algum tempo, mas só foi feita em laboratório até agora”, disse Mikael Nordlander, chefe de descarbonização da indústria da Vattenfall. “O que estamos fazendo aqui é ver se pode funcionar no nível industrial.”

Em agosto passado, a Hybrit atingiu seu primeiro marco: a SSAB, que produz e vende o produto final, entregou seu primeiro lote de aço livre de fósseis para a montadora Volvo, que o utilizou em protótipos de veículos. Também está planejando uma planta para produção em escala comercial, que pretende concluir até 2026.

Outro empreendimento sueco, a H2 Green Steel, está desenvolvendo uma planta de aço a hidrogênio em escala comercial semelhante com a ajuda de US$ 105 milhões arrecadados de investidores privados e empresas como Mercedes-Benz, Scania e IMAS Foundation, uma organização ligada à Ikea. A empresa planeja iniciar a produção até 2024 e produzir 5 milhões de toneladas de aço de emissão zero anualmente até o final da década. Outras empresas que testam a siderurgia movida a hidrogênio incluem ArcelorMittal, Thyssenkrupp e Salzgitter AG na Alemanha; Posco na Coreia do Sul; e Voestalpine na Áustria.

A eletricidade também pode ser usada para reduzir o minério de ferro. A Boston Metal, por exemplo, desenvolveu um processo chamado eletrólise de óxido fundido, no qual uma corrente se move através de uma célula contendo minério de ferro. À medida que a eletricidade viaja entre as duas extremidades da célula e aquece o minério, o oxigênio borbulha (e pode ser coletado), enquanto o minério de ferro é reduzido a ferro líquido que se acumula no fundo da célula e é periodicamente aproveitado. O ferro purificado é então misturado com carbono e outros ingredientes.

O que fazemos é basicamente trocar carbono por eletricidade como agente redutor”, explicou Adam Rauwerdink, vice-presidente sênior de desenvolvimento de negócios da empresa. “Isso nos permite fabricar aço de altíssima qualidade usando muito menos energia e em menos etapas do que a siderurgia convencional.” Desde que a energia venha de fontes livres de fósseis, acrescentou, o processo não gera emissões de carbono.

Ele disse que a empresa, que atualmente opera três linhas piloto em suas instalações em Woburn, está trabalhando para levar seu conceito de laboratório ao mercado, usando US$ 50 milhões arrecadados no ano passado de um grupo de investidores, incluindo a Breakthrough Energy Ventures, apoiada por Bill Gates, e a empresa alemã montadora BMW. Espera-se que uma planta de demonstração em escala comercial esteja em funcionamento até 2025.

Sinto que todas essas soluções têm seu lugar, dependendo da localização, disponibilidade de recursos e produto direcionado”, disse Sridhar Seetharaman, professor de ciência e engenharia de materiais da Arizona State University. “No entanto, não acho que, por enquanto, ninguém sozinho lhe dará uma bala de prata para atender à demanda.”

O hidrogênio tem um pouco de vantagem por se basear em um sistema estabelecido e também está à frente na comercialização”, disse Bataille, economista de energia do IDDRI. “Mas alcançar uma indústria de aço líquida zero exigirá mais caminhos livres de carbono, então acho que haverá espaço suficiente no mercado para todos eles no final.

Embora os processos de fabricação de aço mais verdes pareçam estar ganhando força, a