La Startup per il nuovo reattore pilota di Boston Metal è un altro passo avanti verso l’espansione della tecnologia dell’acciaio privo di carbonio
di MIT Technology Review
La nuova impressionante struttura è un reattore pilota che la startup utilizzerà per produrre acciaio privo di carbonio. Posto sul pavimento della struttura di ricerca, ha le dimensioni di uno scuolabus; le scale, con ringhiere gialle dipinte di fresco, portano in cima. Tuttavia, nell’industria siderurgica, che produce quasi 2 miliardi di tonnellate all’anno, il potenziale di produzione di questo impianto è una goccia nel mare.
L’industria siderurgica emette circa due tonnellate di emissioni di anidride carbonica per ogni tonnellata di acciaio prodotta, rappresentando quasi il 10% di queste emissioni in tutto il mondo. Si prevede che il mercato globale dell’acciaio crescerà di circa il 30% entro il 2050, quando alcuni dei più grandi produttori di acciaio si saranno impegnati a raggiungere emissioni nette zero. A meno che non si verifichino cambiamenti importanti nel settore, e rapidamente, quell’obiettivo potrebbe essere irraggiungibile.
Il nuovo reattore di Boston Metal, recentemente installato presso la sua sede a nord di Boston (USA), rappresenta un passo importante nel percorso dell’azienda verso la sua commercializzazione. Dalla sua fondazione nel 2013, la startup ha sviluppato un processo di produzione di acciaio verde, trasformando i dettagli in modelli più piccoli. Il nuovo reattore, insieme a un imminente round di raccolta fondi, rappresenta il prossimo passo avanti per l’azienda.
Se Boston Metal può davvero scalare il suo processo di produzione pulita e ottenere abbastanza elettricità rinnovabile per gestirlo, l’azienda potrebbe aiutare a risolvere una delle sfide più difficili del mondo nel controllo delle emissioni di carbonio.
Un nuovo approccio
L’acciaio è utilizzato in tutto, dalle automobili agli edifici, alle turbine eoliche, ma decarbonizzare l’industria è tutt’altro che facile. “Le persone non prestano molta attenzione ai settori industriali”, afferma Tadeu Carneiro, CEO di Boston Metal. “È un’industria molto conservatrice”.
I combustibili fossili sono essenziali per la produzione di acciaio di oggi. La maggior parte della produzione di acciaio inizia in un altoforno, dove un materiale derivato dal carbone chiamato coke, che è quasi puro carbonio, reagisce con il minerale di ferro, una miscela di ossidi di ferro e altri minerali. La reazione estrae ossigeno, lasciando dietro di sé ferro liquido. Quindi il carbonio e l’ossigeno vengono rilasciati insieme come anidride carbonica.
La soluzione di Boston Metal è un approccio completamente nuovo chiamato elettrolisi di ossido fuso (MOE, dalla sigla inglese). Invece di utilizzare il carbonio per rimuovere l’ossigeno, il processo si basa sull’elettricità, che passa attraverso una cella riempita con una miscela di ossidi di ferro disciolti insieme ad altri ossidi e materiali. L’elettricità riscalda la cella a circa 1.600°C, sciogliendo il tutto in una zuppa calda di ossido.
Oltre a riscaldare le cose, l’elettricità guida reazioni chimiche che rimuovono l’ossigeno. Il ferro fuso si accumula sul fondo del reattore e viene emesso ossigeno gassoso invece dell’anidride carbonica.
Poiché le impurità sono in gran parte escluse dalla reazione, il processo MOE può gestire minerale di ferro di bassa qualità, il che può essere un grande vantaggio della tecnologia, afferma Carneiro.
Ridimensionamento
Il processo di produzione dell’acciaio di Boston Metal è stato sviluppato dai ricercatori sui materiali del MIT Donald Sadoway e Antoine Allanore a metà degli anni 2000. La ricerca è progredita in piccoli reattori delle dimensioni di una tazza di caffè; queste versioni di laboratorio ora producono quantità di ferro delle dimensioni di un’arachide in pochi giorni.
Una grande sfida finora nel passaggio a reattori più grandi ha a che fare con la stabilità dell’anodo inerte, un pezzo di metallo costituito da una miscela di acciaio e cromo, afferma Stephan Broek, vicepresidente senior della tecnologia presso Boston Metal. Se il reattore funziona come dovrebbe, l’anodo non partecipa alla reazione, fornisce solo un percorso per il passaggio dell’elettricità attraverso la cella. Ma l’anodo tende a degradarsi rapidamente se l’equilibrio tra condizioni come la distribuzione della corrente e la chimica degli elettroliti non è corretto.
Questa e altre sfide potrebbero essere ancora più serie con il nuovo reattore pilota, che è circa 1.000 volte più grande della versione da laboratorio.
Il nuovo reattore funzionerà con una corrente fino a 25.000 ampere (una tipica casa ne usa tra 100 e 200). È dotato di diversi anodi e di tutti gli accessori dell’eventuale prima cella di dimensioni industriali, che sarà circa 10 volte più grande.
La costruzione del reattore pilota è quasi completa e i test dovrebbero iniziare ad agosto. In primo luogo, verrà utilizzato con anodi di carbonio per produrre ferroleghe, metalli ad alto valore aggiunto che possono essere prodotti in un processo di elettrolisi simile a quello utilizzato per produrre l’acciaio. Una volta che il reattore è stato testato per quel prodotto, il team prevede di convertirlo per l’uso nella produzione di acciaio all’inizio del prossimo anno, afferma Broek.
Il neonato del settore
La messa in servizio del reattore pilota rappresenta una delle principali pietre miliari rimanenti di Boston Metal prima di costruire un progetto dimostrativo di dimensioni commerciali, che comprenderà cinque celle più grandi unite insieme e dovrebbe essere completato nel 2026. La Startup sta raccogliendo fondi per questo ulteriore sviluppo.
Una volta che avrà una struttura commerciale attiva e funzionante, l’azienda prevede di concedere in licenza la sua tecnologia e collaborare con i produttori di acciaio esistenti per installare e far funzionare i reattori.
Ma un processo come il MOE, che è nuovo per il settore, richiederebbe tempo per integrarsi con i mercati esistenti. “Sono necessari ancora alcuni anni di test e dimostrazioni per dimostrare che è possibile produrlo effettivamente su larga scala”, afferma Max Åhman, professore di sistemi ambientali ed energetici presso l’Università di Lund in Svezia. “E non si sa ancora quanto costerebbe”.
Altri nuovi approcci (che sono già in fase di test) potrebbero essere più semplici da dimostrare e scalare, afferma Åhman. In particolare, un processo chiamato riduzione diretta, oggi ampiamente utilizzato, può essere modificato per produrre acciaio privo di emissioni.
La riduzione diretta utilizza tipicamente il gas naturale per reagire con il minerale di ferro solido, producendo ferro. Questo processo, come la fusione in un altoforno, rilascia anche anidride carbonica, perché è il carbonio nel gas, che è principalmente metano, che reagisce con l’ossigeno nel minerale per separarlo dal ferro. Ma se viene utilizzato l’idrogeno al posto del gas naturale, verrà emesso vapore acqueo.
Il produttore siderurgico svedese SSAB sta costruendo un grande impianto pilota per testare la riduzione diretta alimentata a idrogeno che dovrebbe raggiungere la produzione su scala industriale intorno al 2026.
Carneiro riconosce che i produttori di acciaio che utilizzano l’idrogeno potrebbero avere un vantaggio, anche se sostiene che il MOE finirà per essere più attraente per alcuni produttori di acciaio, soprattutto perché può utilizzare una gamma più ampia di materie prime rispetto al semplice minerale di alta qualità necessario nella riduzione diretta.
Sia che i produttori di acciaio si rivolgano all’idrogeno oa un processo alimentato dall’elettricità come il MOE di Boston Metal, avranno bisogno di molta più elettricità rinnovabile per ridurre davvero le emissioni.
Una stima dei ricercatori della Columbia University (USA) sottolinea che se la produzione globale di acciaio negli altiforni fosse convertita tutta al processo MOE di Boston Metal, sarebbero necessari più di 5.000 terawattora di elettricità per farli funzionare, circa il 20% dell’energia globale consumata nel 2018. La produzione di acciaio con idrogeno comporterebbe anche un elevato fabbisogno di elettricità.
Se l’elettricità proviene da combustibili fossili, passare dall’acciaio all’elettricità significherebbe scambiare una fonte di emissioni con un’altra. Ma se proviene da fonti rinnovabili o prive di carbonio, può avere un impatto significativo sull’inquinamento da carbonio.
I ricercatori hanno anche scoperto che i prezzi dell’elettricità dovrebbero diminuire in modo significativo per rendere il processo conveniente.
Nonostante le promesse delle nuove tecnologie, c’è ancora molta strada da fare prima che riducano effettivamente le emissioni. “C’è molto greenwashing nell’industria siderurgica e le persone sono ottimiste sui progressi nella fase iniziale”, afferma Rebecca Dell, direttore del programma industriale presso l’organizzazione no profit ClimateWorks.
“È facile, se non si presta attenzione, scambiare l’entusiasmo per i progetti in fase iniziale con un vero progresso”, aggiunge.
Boston Metal potrebbe avere ancora molta strada da fare per produrre acciaio verde su scala significativa, ma Carneiro, almeno, è entusiasta di continuare sulla sua strada. La sua energia e passione è evidente mentre delinea i piani dell’azienda e considera il futuro. “Non credo che ci sia un’altra opportunità al mondo grande come questa”, dice. “È davvero enorme.”
“Abbiamo bisogno di acciaio per tutto”, dice. E con tutti gli occhi puntati su un settore che è uno dei maggiori inquinatori di carbonio del pianeta, aggiunge, “il senso di urgenza è più latente che mai”.
