Sviluppi tecnologici nella produzione dei metalli

Si sono concluse il 14 dicembre scorso le attività associate al programma FIL ROUGE 2023 dei webinar di AIDIC/ATI con la sessione dedicata a Tecnologie sostenibili nella produzione dei metalli. Hanno presentato:

• Katia Papalia, Business Development Senior Engineer di Paul Wurth Italia (PWI-gruppo SMS),
• Piergiorgio Rosso, Segretario di AIDIC/Sezione Centro,
• Loris Pascucci, Direttore Investimenti Speciali di Acciaierie d’Italia.

Hanno partecipato in collegamento da remoto 28 persone.

di Piergiorgio Rosso e Raffaele Avella, AIDIC

Fattori abilitanti per la de-carbonizzazione degli impianti siderurgici integrati

L’ing. Papalia ha incentrato la sua presentazione, intitolata “Fattori abilitanti per la de-carbonizzazione degli impianti siderurgici integrati”, sulle tecnologie disponibili e quelle in via di certificazione che abilitano la de-carbonizzazione della produzione di acciaio.

Paul Wurth Italia (PWI) offre una gamma di possibilità, sia per realizzazioni brownfield sia greenfield, che spaziano da una de-carbonizzazione (Scopo 1 e 2) del 25% fino al 90%, in modo da rendere sostenibile la transizione tecnologica anche dal punto vista economico-finanziario e sociale. Le diverse tecnologie possono infatti essere implementate per gradi successivi in tempi diversi conciliando il miglioramento emissivo con le necessità produttive.

Una prima possibilità è l’ottimizzazione degli altoforni aumentando la frazione di carbonio riciclato dagli off-gas alle tubiere come agente riducente diminuendo in questo modo l’utilizzo di coke (tecnologia Blue Blast Furnace^®). Si procede con l’alimentazione di gas di sintesi riscaldato a 1200°C con torcia al plasma per fornire calore da energia elettrica per la fusione della ghisa; si ottiene così una ulteriore riduzione del fabbisogno di coke.

Per arrivare infine all’eventuale sostituzione dell’altoforno con un reattore a Riduzione Diretta (DRI) accoppiato ad uno smelter (OBF) che alimenti la ghisa ai convertitori esistenti per la raffinazione finale dell’acciaio (tecnologia EasyMelt^®). Con il vantaggio rispetto ad un DRI classico di poter essere alimentato anche da minerale meno puro (BF-grade) più facile da reperire sul mercato.

Altre considerazioni sono state fatte sulle difficoltà per questa evoluzione legate all’adeguamento delle linee per fornire l’energia elettrica richiesta, nonché alla disponibilità di energia elettrica verde o addirittura di idrogeno verde, quest’ultimo fornito, laddove necessario, attraverso ammoniaca piuttosto che elettrolizzatori.

Infine è stata messa in risalto l’influenza che il sistema di tassazione della CO₂ avrà sulla scelta della strada da seguire per la de-carbonizzazione del settore.

Can industry decarbonize steelmaking?

L’ing. Rosso ha presentato il Position Paper dell’AIDIC: Can industry decarbonize steelmaking?

Dopo un ampio inquadramento complessivo del settore a livello tecnologico e a livello internazionale in termini di capacità produttiva, intensità emissiva e tecnologie mature ed in via di sviluppo, AIDIC rimarca la peculiarità della produzione italiana caratterizzata dalla prevalenza della tecnologia del forno elettrico alimentato a rottame (acciaio riciclato) che copre l’80% della capacità produttiva pari a ca. 20 Mtonn/anno.

Lo stabilimento AdI di Taranto rimane l’unica realtà a produrre acciaio primario con altoforno, rappresentando pertanto una risorsa strategica per il futuro manifatturiero italiano.

La strada per la de-carbonizzazione italiana dell’acciaio passa pertanto necessariamente sia dall’estensione dell’utilizzo di energia elettrica a bassa o zero emissione carbonica, sia dall’implementazione di una strategia mista per la produzione di acciaio primario.

È opportuno inserire la Riduzione Diretta (Hydrogen ready) a fianco degli altoforni ottimizzati mantenendo in questo modo i convertitori esistenti e le linee produttive a valle.

In prospettiva e parallelamente al venir meno del mercato gratuito della CO₂, occorrerà recuperare e riutilizzare il biossido di carbonio per la produzione di chemicals (etanolo, metanolo, urea).

Il Progetto di de-carbonizzazione dello Stabilimento di Taranto

Infine l’ing. Pascucci nella sua presentazione intitolata ”Il Progetto di de-carbonizzazione dello Stabilimento di Taranto” ha illustrato le diverse fasi in cui questo si articola.

• Il primo step riguarda l’efficientamento energetico e l’ottimizzazione ambientale dei due altoforni più grandi, con una riduzione delle emissioni di CO₂ – attestate attualmente a 2,2 ton CO₂/ton HS – del 8% circa tramite l’introduzione di nuove tecnologie di parziale sostituzione del carbon fossile con polimeri provenienti dall’impianto I-BLU della Iren, con gas di sintesi e attraverso la modifica dell’unità di raffreddamento a umido del coke caldo con un processo a secco, che permette di recuperare calore per la produzione di vapore stabilmente e nello stesso tempo spostare il gas di cokeria dalla produzione di energia elettrica agli altoforni per la produzione di acciaio.
• Il secondo step riguarda l’integrazione nell’area primaria della tecnologia di Riduzione Diretta del minerale (DRI+OBF) per 2 Mt di ghisa/anno, utilizzando l’attuale tipo di minerale e i convertitori esistenti. In questo assetto la riduzione delle emissioni arriva al -30% rispetto al valore attuale.
• Il terzo step è la realizzazione di progetti che prevedono la cattura su larga scala di CO₂ con la tecnologia SEWGS (Sorption Enhanched Water Gas Shift) – di cui è già previsto un impianto pilota – il suo stoccaggio geologico in siti specifici e il suo riutilizzo per sostanze chimiche (metanolo, urea) attualmente in fase di studio con le Università. In questo modo si prevede di abbattere le emissioni fino al -42%.

Le precondizioni per questa drastica trasformazione della fabbrica sono fondamentalmente: la garanzia di disponibilità di elettricità dalla rete nazionale per circa 600 MW, la disponibilità di gas naturale per 2,5-3 miliardi di m³/anno e, successivamente, dell’idrogeno verde a costi competitivi e la realizzazione delle necessarie infrastrutture logistiche per la movimentazione della CO₂ rimossa.

In conclusione, si può affermare che tutte le strade della de-carbonizzazione della produzione di acciaio sia primario che secondario passano sia dalla produzione di energia elettrica a zero o basse emissioni carboniche nette che dallo sviluppo e maturazione delle tecnologie di cattura e riutilizzo di CO₂.

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