No contexto do impulso global para a neutralidade carbônica, a Europa enfrenta um trilema industrial: alcançar a neutralidade climática e, ao mesmo tempo, garantir sua autonomia estratégica e competitividade industrial. A indústria metalúrgica, como espinha dorsal da indústria europeia, consome cerca de 50 a 60 milhões de toneladas de carvão metalúrgico anualmente. As emissões de CO₂ desse setor representam aproximadamente 8% do total de emissões de GEE da UE. Portanto, sua descarbonização é fundamental para o cumprimento das metas climáticas da Europa. Nesse contexto, o biochar, como fonte renovável de carbono, surge com valor único e grande potencial na indústria metalúrgica europeia.
Produção e aplicações de biochar
O biochar, produzido por meio da pirólise controlada de biomassa sustentável, ganhou reconhecimento por seu potencial de remoção de carbono por meio da aplicação no solo. Nos últimos anos, suas aplicações industriais se expandiram, especialmente na fundição de aço e metais. O biochar tornou-se um substituto confiável para o carvão em processos industriais. Ele atende aos requisitos químicos e estruturais de carbono elementar na metalurgia, ao mesmo tempo em que reduz as emissões de carbono fóssil na fonte.
Papel como redutor
- Melhore a qualidade metalúrgica: Como redutor, o biochar facilita efetivamente a redução de óxidos metálicos em minérios, como ferro, alumínio, cobre e zinco. Isso melhora a qualidade e a pureza do produto, ao mesmo tempo que reduz as impurezas.
- Reduzir as emissões de carbono: Comparado ao coque tradicional, o biochar libera menos CO₂ durante o processo de redução e queima de forma mais limpa. Isso reduz significativamente as emissões de carbono na fundição e atenua o impacto dos gases de efeito estufa.
Papel como Energia Renovável
- Reduzir o uso de combustíveis fósseis: Na indústria metalúrgica, o biochar pode substituir parcial ou totalmente o carvão e o coque como combustível de alta temperatura em operações de fundição, aquecimento e fornalhas. Isso reduz a dependência de fontes de energia não renováveis.
- Apoie a Neutralidade de Carbono: Derivado de biomassa sustentável, o biochar libera uma quantidade controlada de carbono durante o uso. Ele pode servir como parte de uma estratégia de neutralidade de carbono, ajudando as indústrias a atingir metas de redução de emissões.
Aplicações do Biochar na Siderurgia Europeia: Descarbonização de Cadeia Completa
Silício
O silício desempenha um papel central em células fotovoltaicas, semicondutores, ligas de alto desempenho e silicones. Na Europa, a fundição tradicional de silício depende do carvão mineral importado, que possui um teor de carbono fixo relativamente baixo, em torno de 55%, e baixa reatividade em comparação com o biochar. Consequentemente,
- Normalmente são necessárias 1.6 toneladas de carvão para produzir 1 tonelada de silício, enquanto 1.1 toneladas de biochar de alta qualidade são suficientes.
- A substituição do carvão por biochar pode reduzir as emissões diretas de CO₂ de 4.5 tCO₂/tSi para apenas 0.5 tCO₂/tSi.
Atualmente, a produção europeia de silício ainda depende da importação de carvão vegetal e carvão mineral, um modelo insustentável. Desenvolver uma produção local e moderna de biochar pode garantir o fornecimento, reduzir as emissões upstream e fortalecer a posição da Europa no mercado global de metalurgia de baixo carbono.
Ferro-liga
O setor europeu de ferroligas é central para as cadeias de valor metalúrgicas do continente, fornecendo insumos essenciais como ferrossilício, silicomanganês, ferromanganês e ferrocromo para as indústrias siderúrgica e de fundição. Essas ligas desempenham funções distintas no refino do aço, incluindo desoxidação, dessulfuração e aprimoramento de propriedades específicas do material. Todas as ligas requerem redutores à base de carbono em processos de fundição de alta temperatura (EAF). Isso torna o setor particularmente relevante para o uso de biochar para minimizar as emissões de combustíveis fósseis.
| Ferro-liga (nome) |
Dados sobre material de referência fóssil | Dados sobre material substituto de biochar | Rádio de Substituição de Biochar | ||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Formato | Preço €/t | Consumo | Formato | Taxa de substituição | Consumo | 2030 | 2040 | 2050 | |
| Ferrossilício | Carvão Lavado | 350 | 1,2 | Grumo | 0,71 | 0,85 | 50% | 100% | 100% |
| Silicomanganês | Coca | 340 | 0,47 | Briquete / pedaço | 1,11 | 0,52 | 30% | 90% | 100% |
| Ferromanganês | Coca | 340 | 0,462 | Briquete | 1,2 | 0,55 | 20% | 70% | 100% |
| Ferrocromo | Coca | 340 | 0,511 | Briquete | 1,2 | 0,61 | 30% | 80% | 100% |
Aço
O aço é um pilar fundamental das economias modernas. O carbono elementar continua sendo essencial em todas as rotas de produção de aço. O biochar, como um transportador de carbono renovável e reativo, contribui para a descarbonização em cadeias de processos transitórias e futuras, conforme descrito abaixo. A demanda por biochar no setor siderúrgico europeu deverá atingir 620,000 toneladas em 2030, aumentando para cerca de 4.1 milhões de toneladas até 2050 e se estabilizando nos anos subsequentes.
Rota 1: Alto-forno – Forno de Oxigênio Básico (BF-BOF) – Casos de Uso Transicionais
Durante a fase de transição de eliminação gradual da rota tradicional BF-BOF (até 2050), o biochar pode contribuir para a redução de emissões de três maneiras:
- Substituição da Coca-Cola: O bio-coque ainda está em desenvolvimento, com potencial de substituição limitado, mas pode proporcionar um tempo de transição valioso para a indústria.
- Substituição da Coca-Cola Breeze: A sinterização utiliza 50 kg de coque por tonelada de aço, que pode ser substituído diretamente por biochar na proporção de 1:1.
- Substituição de injeção de carvão pulverizado: Com pequenas modificações na planta, o biochar pode ser aplicado quase imediatamente em volumes maiores, numa proporção de substituição de 1:1.
Rota 2: Produção de aço em forno elétrico a arco (EAF): uma prioridade para substituição precoce
Na futura rota principal do EAF, o biochar desempenha um papel mais crítico:
- Apoiar a operação EAF baseada em sucata: Esses EAFs requerem de 12 a 24 kg de carbono por tonelada para estabilidade do arco elétrico, eficiência energética e controle de escória. O biochar é particularmente atraente devido ao baixo teor de cinzas e alta reatividade.
- Apoiar a produção de aço a partir de hidrogênio: O DRI à base de hidrogênio também deve ser fundido em um forno de fusão a gás (FEA), mas apresenta uma demanda de carbono aumentada de 30 a 40 kg/t. Além das funções mencionadas acima, o biochar é necessário para maximizar o rendimento de ferro e a eficiência do processo.
Qualidade do Biochar e Aplicações em Metalurgia
Para atender às rigorosas demandas operacionais dos processos metalúrgicos, o biochar deve atingir alto teor de carbono fixo (> 75%) e apresentar qualidade consistente em diversos parâmetros físicos e químicos. O teor geralmente baixo de cinzas e os baixos níveis de oligoelementos como enxofre, ferro, fósforo, boro, etc. são vantajosos. Em termos de tamanho de partícula, densidade e resistência mecânica, o biochar pode ser projetado ou aglomerado para atender às necessidades específicas de diversos usos.
| Categoria de Produto | Descrição | Dimensões: | FC (%) | Casos de uso |
|---|---|---|---|---|
| Pedaços de biocarbono | Alta reatividade para Si / FeSi | 10 – 60 mm | 80-82% | Silício/FeSi |
| Voláteis médios | 10 – 60 mm | 82-85% | Ferroligas, EAF (semi-abertas) | |
| Fornos fechados | 10 – 60 mm | > 85% | Ferroligas, EAF (fechado) | |
| Finos de biochar | Para injeção ou aglomeração | 3 – 8 mm | 80-90% | EAF, BF, injeção |
| Briquetes | Prensado a rolo ou estampado | Variável | 75-85% | Processos gerais |
| Pellets | Extrudado com ligantes | <20 mm | 75-85% | Projetado para compatibilidade de processos |
| Grumos Extrudados | Formato de engenharia de alta densidade | > 20 mm | > 85% | Ferroligas de forno fechado |
| Coca-Cola eletrônica | Mistura de biochar-antracite | Variável | > 85% | Transição EAF/BF/BOF |
| H-coque | Coca-Cola com biochar | Variável | > 85% | Híbrido com coca tradicional |
Perspectivas para a demanda por biochar na Europa
A demanda por biochar na indústria metalúrgica europeia está entrando em uma fase de rápido crescimento. Esse crescimento não acontecerá automaticamente. Para concretizar todo o potencial do biochar, a Europa precisa agir agora para validar seus usos, otimizar as vias regulatórias e apoiar o investimento na produção em escala industrial. No geral, até 2040, a capacidade de produção de biochar precisará atingir 20.6 milhões de toneladas para atender à demanda do setor metalúrgico por carbono renovável, gerando um efeito líquido de carbono equivalente a 400 milhões de toneladas de CO₂ (ou seja, o benefício circular do biochar em termos de carbono). A figura abaixo resume essas projeções em todas as aplicações industriais, incluindo silício e ferroligas, aço (tanto nas rotas BF-BOF quanto EAF), bem como outros processos metalúrgicos e químicos e uso responsável de carbono.
Conclusão
A aplicação do biochar na indústria metalúrgica europeia não representa apenas uma substituição tecnológica, mas também uma mudança de paradigma no setor. Visa institucionalizar a reciclagem e mecanismos de emissão de carbono favoráveis ao clima, tornando-os a pedra angular da política industrial europeia. Isso tem um significado abrangente e duradouro para o desenvolvimento sustentável futuro.