La métallurgie hydrogène: le futur de la fonderie ?

L’industrie sidérurgique est responsable de 7.6 % des émissions de CO2 dans le monde. L’une des pistes pour décarboner ce secteur serait d’utiliser l’hydrogène comme agent réducteur unique par réduction directe du fer.

En effet, la réduction du minerai de fer est actuellement faite dans des hauts fourneaux, avec le carbone libéré par le coke chauffé à de très hautes températures dans des hauts fourneaux. C’est la voie BF-BOF (blast furnace – basic oxygen furnace), très polluante puisque quasiement tout le carbone libéré par le coke finit à l’état gazeux, sans même parler des émissions liées à la production de chaleur …

L’hydrogène pourrait révolutionner cela.

Réduction directe du fer

Le minerai de fer est réduit avec de l’hydrogène alors qu’il est à l’état solide, d’où le nom de réduction directe, pour produire du fer réduit direct (DRI) appelé fer spongieux. Le fer spongieux est ensuite introduit dans un FEA, où des électrodes génèrent un courant pour faire fondre le fer spongieux et produire de l’acier. Une certaine quantité de carbone est nécessaire pour produire de l’acier. Ce carbone peut provenir de charbon pulvérisé, de biométhane ou d’autres sources de carbone biogène. Combiné à la consommation des électrodes, il représente ±53 kg de CO2 par tonne d’acier. Si l’électricité utilisée n’est pas entièrement renouvelable, son intensité carbonique doit également être ajoutée à ce chiffre.

Le four à arc électrique (Electric Arc Furnace, EAF)

Environ un quart de l’acier mondial est produit par la méthode de l’arc électrique. Il s’agit d’utiliser des arcs électriques pour faire fondre les déchets d’acier. C’est notamment la voie utilisée pour le recyclage des déchets ferreux.

Le chauffage par arc externe permet un meilleur contrôle thermique que le procédé BOF, dans lequel le chauffage est réalisé par l’oxydation exothermique des éléments. Cela permet de faire des ajouts d’alliage plus importants que ceux possibles dans l’aciérie à l’oxygène de base.

Les éponges de fer pur produites par DRI n’ayant pas besoin de voir leur excédent de carbone extrait, elles peuvent être directement fondues par ce procédé, qui a l’avantage d’utiliser l’électricité et non une chaleur produire par un carburant fossile.

Les projets d’entreprises industrielles

Plusieurs entreprises industrielles développent des projets autour de cette technologie:

  • ArcellorMittal développe plusieurs projets en ce sens, ayant commencé un démonstrateur à Hamburg, destiné à se lancer d’ici 2023, et à Eisenhuttenstadt et une installation à grande échelle à Breme.

La transition à l’échelle de l’industrie entière représenterait un investissement de 278 milliards de dollars.

  • https://www.researchgate.net/figure/Crude-steel-production-via-the-BF-BOF-route_fig1_332238837