Dans le cadre de la volonté mondiale d'atteindre la neutralité carbone, l'Europe est confrontée à un trilemme industriel : atteindre la neutralité climatique tout en garantissant son autonomie stratégique et sa compétitivité industrielle. L'industrie métallurgique, pilier de l'industrie européenne, consomme environ 50 à 60 millions de tonnes de charbon métallurgique par an. Les émissions de CO₂ de ce secteur représentent environ 8 % des émissions totales de GES de l'UE. Sa décarbonation est donc essentielle pour atteindre les objectifs climatiques de l'Europe. Dans ce contexte, le biochar, en tant que source de carbone renouvelable, émerge avec une valeur unique et un fort potentiel dans l'industrie métallurgique européenne.
Production et applications du biochar
Le biochar, produit par pyrolyse contrôlée de biomasse durable, est reconnu pour son potentiel d'élimination du carbone par épandage au sol. Ces dernières années, ses applications industrielles se sont développées, notamment dans la sidérurgie et la métallurgie. Le biochar est devenu un substitut crédible au charbon dans les procédés industriels. Il répond aux exigences chimiques et structurelles en carbone élémentaire de la métallurgie tout en réduisant les émissions de carbone fossile à la source.
Rôle de réducteur
- Améliorer la qualité métallurgique : En tant que réducteur, le biochar facilite efficacement la réduction des oxydes métalliques dans les minerais tels que le fer, l'aluminium, le cuivre et le zinc. Cela améliore la qualité et la pureté du produit tout en réduisant les impuretés.
- Réduire les émissions de carbone : Comparé au coke traditionnel, le biochar dégage moins de CO₂ lors du processus de réduction et brûle plus proprement. Cela réduit considérablement les émissions de carbone lors de la fusion et atténue l'impact des gaz à effet de serre.
Rôle en tant qu'énergie renouvelable
- Réduire l’utilisation des combustibles fossiles : Dans l'industrie métallurgique, le biochar peut remplacer partiellement ou totalement le charbon et le coke comme combustible haute température pour les opérations de fusion, de chauffage et de fourneau. Cela réduit la dépendance aux sources d'énergie non renouvelables.
- Soutenir la neutralité carbone : Issu de biomasse durable, le biochar libère une quantité contrôlée de carbone lors de son utilisation. Il peut s'inscrire dans une stratégie de neutralité carbone et aider les industries à atteindre leurs objectifs de réduction des émissions.
Applications du biochar dans la sidérurgie européenne : décarbonisation de la chaîne complète
Silicone
Le silicium joue un rôle central dans les cellules photovoltaïques, les semi-conducteurs, les alliages haute performance et les silicones. En Europe, la fusion traditionnelle du silicium repose sur l'importation de houille, dont la teneur en carbone fixe est relativement faible (environ 55 %) et la réactivité est faible par rapport au biochar. Par conséquent,
- Pour produire 1.6 tonne de silicium, il faut généralement 1 tonne de charbon, tandis que 1.1 tonne de biochar de haute qualité suffit.
- Remplacer le charbon par du biochar peut réduire les émissions directes de CO₂ de 4.5 tCO₂/tSi à seulement 0.5 tCO₂/tSi.
Actuellement, la production européenne de silicium repose encore sur l'importation de charbon de bois et de charbon, un modèle non durable. Le développement d'une production locale et moderne de biochar pourrait garantir l'approvisionnement, réduire les émissions en amont et renforcer la position de l'Europe sur le marché mondial de la métallurgie bas carbone.
Ferroalloy
Le secteur européen des ferroalliages est au cœur des chaînes de valeur métallurgiques du continent, fournissant des intrants essentiels tels que le ferrosilicium, le silicomanganèse, le ferromanganèse et le ferrochrome aux industries de l'acier et de la fonderie. Ces alliages remplissent des fonctions distinctes dans l'affinage de l'acier, notamment la désoxydation, la désulfuration et l'amélioration de propriétés spécifiques des matériaux. Tous ces alliages nécessitent des réducteurs à base de carbone dans les procédés de fusion EAF à haute température. Ce secteur est donc particulièrement pertinent pour l'utilisation du biochar afin de minimiser les émissions fossiles.
| Ferroalloy (nom) |
Données sur le matériel de référence fossile | Données sur les matériaux de substitution au biochar | Radio de substitution au biochar | ||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Type | Prix €/t | Consommation | Type | Taux de substitution | Consommation | 2030 | 2040 | 2050 | |
| Ferrosilicium | charbon lavé | 350 | 1,2 | Bosse | 0,71 | 0,85 | 50 % | 100 % | 100 % |
| Silicomanganèse | Coca | 340 | 0,47 | Briquette / morceau | 1,11 | 0,52 | 30 % | 90 % | 100 % |
| Ferromanganèse | Coca | 340 | 0,462 | Briquette | 1,2 | 0,55 | 20 % | 70 % | 100 % |
| ferrochrome | Coca | 340 | 0,511 | Briquette | 1,2 | 0,61 | 30 % | 80 % | 100 % |
Acier
L'acier est un pilier des économies modernes. Le carbone élémentaire demeure essentiel à tous les stades de production d'acier. Le biochar, vecteur de carbone réactif et renouvelable, favorise la décarbonation des chaînes de production, tant transitoires que futures, comme décrit ci-dessous. La demande de biochar dans le secteur sidérurgique européen devrait atteindre 620,000 2030 tonnes en 4.1, puis environ 2050 millions de tonnes en XNUMX et se stabiliser les années suivantes.
Route 1 : Haut fourneau – Four à oxygène basique (BF-BOF) – Cas d'utilisation transitoires
Durant la phase de transition d'élimination progressive de la voie traditionnelle BF-BOF (jusqu'en 2050), le biochar peut contribuer à la réduction des émissions de trois manières :
- Substitution du Coca-Cola : Le biocoke est encore en cours de développement, avec un potentiel de substitution limité, mais il peut offrir un temps de transition précieux à l’industrie.
- Substitution de Coca-Cola Breeze : Le frittage utilise 50 kg de poussier de coke par tonne d'acier, qui peut être directement remplacé par du biochar dans un rapport 1:1.
- Substitution par injection de charbon pulvérisé : Avec des modifications mineures des plantes, le biochar peut être appliqué presque immédiatement en volumes plus importants, avec un rapport de substitution de 1:1.
Route 2 : Fabrication d'acier au four à arc électrique (FAE) : une priorité pour une substitution précoce
Dans la future voie principale du four électrique à arc, le biochar joue un rôle plus critique :
- Prise en charge du fonctionnement du four à arc électrique basé sur la ferraille : Ces fours électriques nécessitent 12 à 24 kg de carbone par tonne pour la stabilité de l'arc électrique, l'efficacité énergétique et le contrôle des scories. Le biochar est particulièrement intéressant en raison de sa faible teneur en cendres et de sa forte réactivité.
- Soutenir la fabrication d’acier à base d’hydrogène : Le DRI à base d'hydrogène doit également être fondu dans un four électrique à arc, mais sa demande en carbone est accrue de 30 à 40 kg/t. Outre les fonctions mentionnées ci-dessus, le biochar est nécessaire pour optimiser le rendement en fer et l'efficacité du procédé.
Qualité du biochar et applications en métallurgie
Pour répondre aux exigences opérationnelles rigoureuses des procédés métallurgiques, le biochar doit atteindre une teneur élevée en carbone fixe (> 75 %) et présenter une qualité constante sur de nombreux paramètres physiques et chimiques. Sa teneur généralement faible en cendres et en oligo-éléments tels que le soufre, le fer, le phosphore et le bore, entre autres, constitue un atout. En termes de granulométrie, de densité et de résistance mécanique, le biochar peut être conçu ou aggloméré pour répondre aux besoins spécifiques de diverses utilisations.
| catégorie de produit | Description | Taille | FC (%) | Cas d'usage |
|---|---|---|---|---|
| Morceaux de biocarbone | Haute réactivité pour Si / FeSi | 10 – 60 mm | 80-82% | Silicium/FeSi |
| Moyennement volatils | 10 – 60 mm | 82-85% | Ferroalliages, EAF (semi-ouvert) | |
| Fours fermés | 10 – 60 mm | >85% | Ferroalliages, four électrique à arc (fermé) | |
| Fines de biochar | Pour injection ou agglomération | 3 – 8 mm | 80-90% | EAF, BF, injection |
| briquettes | Pressé au rouleau ou estampé | Variable | 75-85% | Processus généraux |
| perles cire | Extrudé avec des liants | 75-85% | Conçu pour la compatibilité des processus | |
| Morceaux extrudés | Format technique haute densité | > 20 mm | >85% | Ferroalliages à four fermé |
| E-coca | Mélange biochar-anthracite | Variable | >85% | Transition EAF/BF/BOF |
| H-coca | Coca-Cola avec biochar | Variable | >85% | Hybride avec du coca traditionnel |
Perspectives de la demande de biochar en Europe
La demande de biochar dans l'industrie métallurgique européenne entre dans une phase de croissance rapide. Cette croissance ne se fera pas automatiquement. Pour exploiter pleinement le potentiel du biochar, l'Europe doit agir dès maintenant pour valider ses utilisations, simplifier les procédures réglementaires et soutenir les investissements dans la production industrielle. Globalement, d'ici 2040, la capacité de production de biochar devra atteindre 20.6 millions de tonnes pour répondre à la demande du secteur métallurgique en carbone renouvelable, générant un effet carbone net équivalent à 400 millions de tonnes de CO₂ (c'est-à-dire l'avantage carbone circulaire du biochar). La figure ci-dessous résume ces projections pour toutes les applications industrielles, y compris le silicium et les ferroalliages, l'acier (voies BF–BOF et EAF), ainsi que d'autres procédés métallurgiques et chimiques et une utilisation responsable du carbone.
Conclusion
L'utilisation du biochar dans l'industrie métallurgique européenne constitue non seulement une innovation technologique, mais aussi un changement de paradigme. Elle vise à institutionnaliser le recyclage et les mécanismes d'émission de carbone respectueux du climat, en en faisant la pierre angulaire de la politique industrielle européenne. Cet enjeu revêt une importance considérable et durable pour le développement durable futur.