Una nova tecnologia permet produir ferro metàl·lic a partir de residus generats en el procés de laminatge
Una nova tecnologia permet produir ferro metàl·lic a partir de residus generats en el procés de laminatge de la indústria siderúrgica utilitzant hidrogen verd com a gas reductor. Aquest avanç oferix una via per a reduir de manera significativa les emissions de carboni en la producció d’acer, un dels sectors industrials amb major impacte climàtic.
La tècnica ha sigut desenrotllada per l’Institut de Tecnologia Química (ITQ), centre mixt del Consell Superior d’Investigacions Científiques i la Universitat Politècnica de València. Els resultats s’han publicat en la revista ACS Sustainable Resource Management i el projecte ha rebut 1,7 milions d’euros del Centre per al Desenrotllament Tecnològic i la Innovació del Ministeri de Ciència, Innovació i Universitats per a impulsar el seu desenrotllament i escalat industrial.
Reducció directa de ferro amb menor petjada de carboni
La investigació es recolza en la tecnologia Direct Reduction of Iron (DRI), un procés en el qual el mineral de ferro es transforma en ferro metàl·lic sense arribar a fondre’s. En lloc de recórrer als alts forns tradicionals, que empren carbó mineral i requerixen temperatures molt elevades, el DRI utilitza gasos reductors com l’hidrogen.
Este canvi d’enfocament permet operar a temperatures més baixes, la qual cosa comporta un menor consum energètic i una major eficiència del procés. A més, en prescindir del carbó, es reduïxen considerablement les emissions de diòxid de carboni associades a la fabricació de ferro i acer. El potencial de descarbonització és encara major quan l’hidrogen emprat és hidrogen verd, produït a partir d’aigua mitjançant electricitat procedent de fonts renovables.
L’equip del ITQ ha demostrat que, partint d’una deixalla industrial rica en ferro, és possible revaloritzar-lo i obtindre ferro metàl·lic apte per a ser reutilitzat en la pròpia indústria siderúrgica. Segons explica José Manuel Serra, professor d’investigació del CSIC i director del ITQ, el principal assoliment ha sigut la prova de concepte d’esta tecnologia, que permet aprofitar un residu que fins ara suposava un cost ambiental i econòmic per a transformar-lo en una matèria primera útil amb baixa petjada de carboni.
En les proves realitzades en les instal·lacions de l’institut s’ha aconseguit un rendiment del 92% en un reactor de llit mòbil a escala pilot dissenyat específicament per a este fi. Aquesta dada indica que la major part del ferro contingut en els residus pot recuperar-se en forma metàl·lica, la qual cosa reforça la viabilitat del procés i la seua possible aplicació a escala industrial.
Esta línia de treball s’emmarca en el projecte Hymet, l’objectiu del qual és recuperar residus rics en ferro i transformar-los en matèries primeres d’alt valor afegit. D’esta manera, es combinen l’economia circular, en donar una segona vida als subproductes del laminatge de l’acer, i la descarbonització, en substituir combustibles fòssils per hidrogen verd.
Per a validar la tecnologia, la investigació s’ha desenrotllat en tres etapes complementàries. En primer lloc, es va dur a terme un estudi de la reducció dels residus mitjançant difracció de rajos X in situ, una tècnica que permet seguir en temps real com canvia l’estructura del material quan se sotmet a condicions reactives. Amb esta informació es va comprendre millor el comportament del residu i les fases intermèdies fins a arribar al ferro metàl·lic.
A continuació es van realitzar assajos de reacció en un reactor de llit fix, amb la finalitat de determinar les condicions d’operació adequades, com la temperatura, la composició del gas reductor i els temps de residència. Estos experiments van servir per a definir la finestra d’operació més eficient abans d’avançar cap a configuracions més complexes.
Una vegada establits els paràmetres clau, els investigadors van tractar els residus en un reactor de llit mòbil dissenyat i fabricat pel propi ITQ. En esta etapa es va demostrar el potencial ús industrial de la tecnologia, en treballar en una escala pilot que s’aproxima a les condicions d’una planta de demostració i permet avaluar aspectes operatius rellevants per a una futura implantació en la indústria.
Insight: l’enfocament combina recuperació de residus rics en ferro amb descarbonització, fent possible revaloritzar subproductes del laminatge i reduir emissions substituint combustibles fòssils per hidrogen verd.
Segons destaca Alfonso Carrillo, científic titular del CSIC en el ITQ, este treball demostra la viabilitat de reutilitzar residus industrials per a transformar-los en productes d’alt valor afegit mitjançant l’ús d’hidrogen verd. A més, posa en relleu la capacitat del consorci implicat en Hymet per a analitzar el procés a diferents escales, des del nivell atòmic fins a l’escalat en una planta de demostració, integrant ferramentes de caracterització avançada i disseny de reactors.
Carrillo subratlla també que la nova tecnologia evidencia la naturalesa multidisciplinària del consorci i la seua capacitat per a desenrotllar processos industrials de descarbonització en les instal·lacions del ITQ i del Hub d’Innovació Greenruptive del CSIC. Aquesta combinació de coneixement químic, enginyeria de processos i experiència en innovació facilita que solucions com la reducció directa de ferro amb hidrogen verd puguen acostar-se al mercat i contribuir a la transformació sostenible de la indústria siderúrgica.
