L'hydrogène renouvelable va décarboner la sidérurgie

C'est une énorme révolution prévue dès 2025. En plus de servir à dépolluer les transports, la production d'électricité et de gaz de ville, l'hydrogène renouvelable est en train de s'immiscer dans le monde de la sidérurgie pour permettre la production d'acier sans émission de CO2.

Le patron de Nel ASA vient de l'annoncer: les électrolyseurs de Nel ASA vont être utilisés pour fournir de l'hydrogène renouvelable dans la fabrication d’acier sans émissions de CO2.

Il y a 3 ans, les sidérurgistes suédois SSAB et LKAB se sont associés à l’électricien Vattenfall pour développer ce procédé appelé "Hybrit" (pdf, 122.9 kB).

Sur son blog, Cédric Philibert expliquait ce procédé. En voici quelques extraits:

Vers l’acier sans émissions de GES

La nouvelle est passée pratiquement inaperçue, or c’est une avancée majeure dans la voie d’une économie avec zéro émissions nettes de gaz à effet de serre. Les sidérurgistes suédois SSAB et LKAB se sont associés à l’électricien Vattenfall pour développer Hybrit, un procédé de fabrication d’acier sans émissions de CO2 basé sur les énergies renouvelables.

Fabriquer de l’acier, c’est émettre deux fois du CO2: une forte consommation d’énergie, et des émissions de « procédé ». La première étape consiste en effet à réduire le minerai de fer c’est à dire à le désoxyder. En général c’est ce qu’on fait en brûlant du coke dans des hauts fourneaux – à gauche sur le schéma ci-dessous. En brûlant une part du carbone du coke s’oxyde et forme donc du CO2, une autre part s’oxyde au contact de l’oxyde de fer et produit donc du fer réduit et du CO2. On obtient en réalité de la fonte, riche en carbone, qu’on brûle en injectant de l’oxygène pur afin d’obtenir de l’acier, mélange de fer et de moins de 2% de carbone. Une grosse majorité de l’acier fabriqué dans le monde aujourd’hui emprunte cette voie, tandis que 29% est obtenu par recyclage dans des fours électriques. Pour une tonne d’acier il faut 600 kg de coke, dont la production nécessite 780 kg de charbon. Et on produit plus d’un milliard et demi de tonnes d’acier chaque année. Même si seulement un milliard de tonnes étaient produites en hauts-fourneaux, cela représenterait quelque 1,8 milliards de tonnes de CO2 émises annuellement à l’atmosphère.

L’autre procédé, c’est la réduction « directe » (sans fusion) du minerai de fer avec un mélange d’hydrogène et de monoxyde de carbone qui peut lui-même provenir de charbon ou de gaz naturel, à droite sur le schéma ci-dessus. Le minerai est ensuite transformé en acier dans un four électrique. Quelques dizaines de millions de tonnes d’acier sont produites annuellement selon ces procédés, qui réduisent les émissions de CO2 lorsqu’ils sont basés sur le gaz naturel, mais sont très loin de les supprimer. Cette production se constate surtout aux Etats-Unis, grâce au peu coûteux gaz de schiste – like it or not.

Pour vraiment supprimer les émissions, il a y a quatre grandes options ou familles d’options:

  • remplacer le charbon par du charbon de bois, procédé employé durant des siècles et encore aujourd’hui au Brésil. Mais il paraît impensable de prétendre généraliser ce procédé;
  • capturer le CO2 et le stocker ou le réutiliser – c’est un peu le procédé de la dernière chance, si on ne trouve pas mieux;
  • électrolyser le minerai de fer fondu, à divers niveaux de température, ce sont les procédés Ulcowin et Ulcolysis envisagés dans le programme Ulcos
  • remplacer le mélange de gaz dans la réduction directe du fer par de l’hydrogène, lui-même obtenu par électrolyse de l’eau, de telle sorte que la réduction du minerai de fer ne génère que de l’eau comme sous-produit.

Trois ans après, voici ce que Jon Andre Løkke, patron de Nel ASA, disait ce 8 mai 2019:

(...) So what's actually happening in the steel industry? What's going on? Why is suddenly hydrogen -- renewable hydrogen becoming relevant in the steel industry? Well, today, what is happening is that the steel producers burn large quantities of coal in their furnaces together with the steel to extract the oxygen out of the steel. And when you burn coal, the carbon combines with the oxygen and you make CO2.

But you don't have to burn coal. You can burn something else. You can burn hydrogen. You can burn renewable hydrogen. And then you basically produce water as a byproduct instead of producing CO2. And the steel industry accounts for a significant portion of CO2 emissions. Around about 7% of the global emissions come from steel. So this has a big impact if you're able to translate the technology.

(...) This particular company, Hybrit, is then, as I said, a joint venture between SSAB, LKAB and Vattenfall. Vattenfall is a very large renewable energy producer out of Sweden, but they have also other locations in other places. SSAB is one of the leading steel producers in the world, really in the forefront of technology development, making very high-quality steel, various steels. And they want to be in the forefront of also developing next-generation steel producing technology. And as I said, even if this market may be a bit further out in time, it is important for us to be in there early. Our electrolyzers, the 4.5-megawatt electrolyzes that we have sold is going into their pilot plant in Luleå, where they will basically test this out in a slightly larger scale. And when that has been tested out, they can roll it out into more of their commercial operations.

(...) And obviously, here, I need to underline that some of these markets will take some time. In this particular case, we think that ammonia and CO2-free steel at scale will only happen after 2025.

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