Acero verde

Las cifras precisas de emisiones anuales de la fabricación mundial de acero varían entre las referencias según el año y los límites del sistema considerados. [1] cita el informe World Energy Outlook 2023 de la IEA, según el cual la fabricación de acero fue responsable del 8 % de las emisiones de CO₂ y del 6 % de las emisiones de GEI el año anterior. [4] calcula que las emisiones directas de hierro y acero fueron de 2,6 Gt de CO₂ en 2019, equivalentes al 7 % del CO₂ del sistema energético mundial. [3] sitúa al sector en aproximadamente el 7-8 % de las emisiones antropogénicas de gases de efecto invernadero usando unos límites sectoriales más amplios. La cifra del 8 % del guion procede principalmente de [1], pero también sirve como resumen redondeado de estas estimaciones que se solapan.

Las emisiones de dióxido de carbono del sector del transporte en todo el mundo en 2024 alcanzaron unos 9 GtCO₂, de un total estimado de 41,6 GtCO2 (es decir, las emisiones antropogénicas totales de CO₂ procedentes del uso de combustibles fósiles y LULUCF [uso del suelo, cambio de uso del suelo y silvicultura], teniendo en cuenta el sumidero de carbonatación del cemento de origen humano) ^[5,6]. La aviación (internacional y nacional) representó un 9,9 % declarado de las emisiones del sector del transporte, equivalente al 2,14 % de las emisiones globales de carbono (algo menos de mil millones de toneladas métricas). El transporte marítimo (internacional, nacional y pesquero) representó un 10,67 % declarado de las emisiones del sector del transporte, equivalente al 2,31 % de las emisiones globales de carbono ^[5,6].

Una comparación anterior a la pandemia, que usa estudios específicos sobre aviación y transporte marítimo frente al mismo total global de emisiones de CO₂, ofrece una comprobación útil de esta estimación de 2024 y da un resultado muy parecido. En 2018, la aviación mundial emitió aproximadamente 1,034 GtCO₂ ^[7], mientras que el transporte marítimo emitió aproximadamente 1,056 GtCO₂ ^[8]. Por tanto, las emisiones combinadas fueron de aproximadamente 2,090 GtCO₂. Frente al total de 42,5 GtCO₂ del Global Carbon Budget para ese mismo año ^[6], la aviación y el transporte marítimo juntos representaron aproximadamente un 4,92 %. Una cuota del 8 % de las emisiones del sector siderúrgico sería por tanto aproximadamente 3,08 puntos porcentuales mayor, o 1,63 veces las emisiones combinadas de aviación y transporte marítimo. Esto compara solo el CO₂ anual y no incluye los efectos adicionales de calentamiento no causados por CO₂ de la aviación.

En el momento de escribir esto, estas son las mejores cifras disponibles para comparar sectores directamente, recurriendo siempre que sea posible a fuentes recientes y fiables (p. ej., las emisiones marítimas proporcionadas por la Organización Marítima Internacional). Sin embargo, estas comparaciones requieren cuidado, porque las estimaciones publicadas pueden abarcar tipos o categorías ligeramente distintos de gases de efecto invernadero, actividades y fuentes de emisiones.

En primer lugar, distintos estudios pueden informar solo de CO₂, de todos los gases de efecto invernadero o de valores de dióxido de carbono equivalente (CO₂eq), que incluyen gases como el metano y el óxido nitroso ponderados según su potencial de calentamiento global respecto al del CO₂. Estas métricas no son intercambiables ni comparables directamente sin una estandarización coherente, y presentar una frente a otra puede cambiar mucho la cuota aparente de emisiones de un sector. Las fuentes, estudios e informes de organizaciones a menudo no dejan claro de inmediato qué métrica específica (/tipo de medida de emisiones) se ha usado, y con frecuencia indican una cuando en realidad quieren decir otra (p. ej., indican ‘CO₂’ cuando quieren decir ‘CO₂eq’).

En segundo lugar, importa la elección de la referencia global: algunas comparaciones se hacen solo frente al CO₂ relacionado con la energía, mientras que otras incluyen todas las fuentes antropogénicas, como el uso del suelo, el cambio de uso del suelo y la silvicultura (LULUCF), lo que determina el denominador y, por tanto, el porcentaje calculado del sector.

Las emisiones del transporte marítimo internacional en particular son difíciles de seguir porque se producen en gran parte en aguas internacionales. Históricamente, los datos procedían a menudo de las ventas de combustible para buques en vez de del seguimiento directo de la actividad de los barcos, lo que añade más incertidumbre. La OMI ahora combina métodos de ventas de combustible, actividad de los buques (modelización AIS) y asignación de viajes, y las estimaciones pueden variar según los métodos utilizados. Algo parecido ocurre también con los datos de aviación. Junto con los problemas antes mencionados al publicar cifras, esto puede hacer que las estimaciones globales de emisiones disponibles varíen mucho, incluso cuando se basan en el mismo sector/actividad.

Cada año se producen 1,892 Gt de acero, de las que el 52 % se usa en construcción (983,84 Mt de acero).

[14] indica que la extensión urbana mundial creció 9.687 km² al año entre 1985 y 2015. Esto equivale a (9.687/365 =) 26,539 km² al día.

La superficie de Manhattan es de 59,1 km^2 A.: 59,1/26,539 = 2,2 días

Sin embargo, cabe señalar que el ritmo actual de crecimiento puede ser aún más rápido. El Banco Mundial ^B calcula (a abril de 2023) que se espera añadir al mundo 1,2 millones de km² de nueva superficie urbana construida para 2030. Esto equivale a una tasa media anual de expansión urbana durante toda la década de 2020 de unas 120.000 km² al año, 328,77 km² al día o 13,698 km² por hora, lo que equivale a construir una superficie como Manhattan cada 4 horas.

Se pueden hacer más comparaciones: si se usan 983,84 Mt de acero al año en construcción (véase arriba), esto equivale a 2,7 Mt al día. En comparación, el puente Golden Gate de San Francisco, Estados Unidos, contiene ~75.000 toneladas métricas de acero ^C, lo que significa que se podrían construir ~36 puentes Golden Gate con el acero diario para construcción. Como alternativa, el Empire State Building contiene ~51.700 toneladas métricas de acero ^D,E, lo que significa que se podrían construir ~52,2 edificios Empire State con el acero diario para construcción.

^A Resumen de Nueva York | NYMTC

^B Resumen del desarrollo urbano | Grupo Banco Mundial

^C Datos de diseño y construcción | Estadísticas y datos | Golden Gate

^D Sección metropolitana de ASCE | Empire State Building

^E Empire State Building | Las torres más altas del mundo

El 94 % del mineral extraído es mineral de hierro y el 98 % del mineral de hierro se usa para fabricar acero. Por tanto, el 98 % del 94 % equivale al 92 %. Es una estimación derivada basada en la masa, no una estadística medida.

[39] indica una reducción máxima potencial de emisiones de hasta el 85 %; sin embargo, puede que no sea aplicable en todos los casos, y la fuente no especifica claramente un límite completo del sistema para su estimación. En la práctica, el ahorro de emisiones puede depender mucho de la proporción de chatarra en el horno de arco eléctrico, la combinación eléctrica y el alcance de los límites más amplios del sistema considerados. Aun así, WorldSteel ^F informa de diferencias igual de importantes entre las rutas de fabricación de acero basadas en mineral y en reciclaje de chatarra: una media global de 2,34 tCO₂/t de acero bruto para la ruta tradicional de alto horno/convertidor básico de oxígeno, y de 0,69 tCO₂/t para la ruta de chatarra/horno de arco eléctrico, lo que equivale a una reducción media de aproximadamente el 70,5 %.

^F Informe de indicadores de sostenibilidad 2025 | Asociación Mundial del Acero

Fuga significa que el CO₂ se escapa del confinamiento previsto - a través de un pozo, falla, fractura o roca sello - y puede llegar a otra formación geológica, a las aguas subterráneas, al lecho marino o a la atmósfera. El fallo del almacenamiento puede incluir fugas, pero también puede significar presión excesiva, migración inesperada o pérdida de inyectividad que impida que el lugar funcione como se esperaba sin liberar necesariamente CO₂ a la atmósfera. Ninguno de los dos es un resultado esperado en un lugar bien elegido y gestionado. Las normas de la UE exigen que los lugares propuestos demuestren que no hay un riesgo importante de fuga y mantengan planes de seguimiento y medidas correctoras.

Sustituir el ‘carbón en el alto horno’ se refiere a sustituir la propia etapa convencional de reducción en alto horno basada en carbón por reducción directa basada en gas, que normalmente tiene lugar en un horno de cuba/de reducción directa separado; no significa una sustitución uno por uno de gas fósil dentro del mismo alto horno.

Otros métodos de DRI varían mucho en sus emisiones. [60] indica que el DRI basado en carbón puede reducir las emisiones un 38 % frente al método tradicional de alto horno/convertidor básico de oxígeno. Sin embargo, el gas fósil, con su mezcla habitual de CH₄, H₂ y CO, reduce las emisiones un 61 %. Sustituir por completo el gas fósil por H₂ puede reducir las emisiones un 97 %. Sin embargo, estas no son estimaciones universales, y el ahorro exacto de emisiones dependerá no solo del principal agente reductor usado en el proceso, sino también del resto de la configuración del DRI, la mezcla energética y los límites del sistema. Cabe destacar que las emisiones del método de producción de H₂ antes de usarlo en la fabricación de acero no se han incluido en las estimaciones de DRI con hidrógeno. El hidrógeno verde usa electricidad baja en carbono, pero las emisiones aún pueden estar incorporadas en el transporte y la infraestructura (véase abajo). Aunque usar gas fósil en el DRI libera menos emisiones que el carbón, siguen interviniendo combustibles fósiles, así que las emisiones son inevitables.

El hidrógeno verde se produce usando electricidad renovable para separar el agua en hidrógeno y oxígeno mediante un proceso de electrólisis. Esto elimina las emisiones de producir hidrógeno a partir de combustibles fósiles. Cuando el hidrógeno entra en el proceso de fabricación de acero en la fase de reducción del hierro para separar el hierro de su mineral, reacciona con los óxidos de hierro del mineral y se combina con oxígeno para producir vapor de agua en lugar de CO₂.

Sin embargo, el proceso más amplio aún puede causar algunas emisiones. Estas emisiones indirectas y asociadas pueden proceder de las infraestructuras usadas en la producción, el transporte y el almacenamiento de hidrógeno verde, o de electricidad tomada de una red eléctrica cuya mezcla energética aún no está totalmente libre de carbono. En la práctica, el hidrógeno descrito como «verde» puede no producirse siempre exclusivamente con electricidad renovable durante todo el proceso.

Por tanto, el acero fabricado con hidrógeno verde puede acercarse mucho a cero emisiones, sin llegar necesariamente a eliminar por completo las emisiones de carbono. En realidad, el acero fabricado con hidrógeno renovable produce aproximadamente 0,08 kg de CO₂ por kg de acero ^[67].

El hidrógeno azul y el gris tienen emisiones asociadas más definidas. El hidrógeno gris se produce generalmente a partir de gas fósil mediante un proceso llamado reformado de metano con vapor (SMR), que separa el hidrógeno del metano en la mezcla de gas fósil y libera CO₂. Actualmente, esta es la forma más común y barata de producir hidrógeno. El hidrógeno azul se produce mediante el mismo proceso básico, pero combinado con tecnología de captura y almacenamiento de carbono (CAC) para evitar que la mayoría de esas emisiones de producción escapen a la atmósfera. Como el proceso de captura no suele atrapar todo, el hidrógeno azul aún produce algunas emisiones atmosféricas.

Cuando se usa cualquiera de las dos formas de hidrógeno para separar el hierro de su mineral, la propia reacción de reducción sigue produciendo solo agua en lugar de CO₂. La principal diferencia está en las emisiones previas generadas al producir inicialmente el hidrógeno. También pueden quedar emisiones menores en otras partes del proceso de fabricación de acero, incluidas las de la electricidad y el carbono usados en el horno de arco eléctrico.

Según [67], el acero fabricado con hidrógeno azul produce aproximadamente 0,22 kg de CO₂ por kg de acero, suponiendo que se captura el 85 % de las emisiones de producir hidrógeno. Esto se compara con 1,87 kg de CO₂ para el acero convencional basado en carbón y 0,38 kg de CO₂ para el acero basado en carbón equipado con captura de carbono, para el que se supone otra tasa de captura, del 80 % ^[67].

Más del 95 % del hidrógeno usado en todo el mundo se fabrica con gas fósil, en su mayor parte sin ningún tipo de captura de carbono. Si este hidrógeno gris convencional se usa en la fabricación de acero DRI basada en hidrógeno, [67] calcula emisiones de aproximadamente 0,7 kg de CO₂ por kg de acero ^[67]. Esto es bastante menos que la producción convencional de acero basada en carbón, pero considerablemente más que el acero fabricado con hidrógeno verde.

En estos cálculos, la mayoría de las emisiones restantes son las que han escapado a la CAC, porque no captura todo el CO₂ producido durante la fabricación convencional de acero o la producción de hidrógeno azul.

Por tanto, el ahorro potencial de emisiones de más del 95 % describe una ruta DRI con hidrógeno verde en el mejor de los casos, y no un resultado universal aplicable a todas las formas de acero basado en hidrógeno ^[60,67]. [67] calcula aproximadamente 0,08 kg de CO₂ por kg de acero para su caso de hidrógeno renovable; frente a 1,87 kg de CO₂/kg para el acero convencional basado en carbón, esto equivale a una reducción del 95,7 % ^[67]. En última instancia, el resultado depende de la producción de hidrógeno, la intensidad de carbono de la electricidad, los insumos de materias primas y chatarra, y los límites más amplios de emisiones/sistema implicados.

El acero no es hierro puro: es una aleación que normalmente contiene una pequeña cantidad de carbono cuidadosamente controlada, que ayuda a darle las propiedades necesarias. Por eso, incluso cuando el hidrógeno sustituye al carbono durante la primera etapa, de reducción del hierro, sigue haciendo falta algo de carbono cuando el hierro se convierte en acero.

Los productores de acero también usan carbono para varias funciones técnicas dentro de un horno de arco eléctrico que no se explican en detalle en el guion. Estas incluyen ajustar el contenido final de carbono (incluida la carburación), ayudar a eliminar el oxígeno restante (desoxidación) y formar escoria (Cuando el acero se funde, las impurezas suben a la superficie y forman una capa líquida de residuos llamada escoria. Al inyectar carbono en la mezcla, este reacciona con el mineral de hierro y produce burbujas de gas de monóxido de carbono, que hacen que la escoria se expanda y forme espuma. Esta capa espumosa de escoria ayuda a proteger el horno del intenso calor y mejora su rendimiento al retener el calor dentro del metal fundido, reduciendo la energía necesaria).

La chatarra de acero sirve sobre todo como fuente reciclada de hierro y acero ya fabricado (materia prima metálica), más que como sustituto de un aporte intencionado de carbono, aunque el carbono ya presente en la composición de la chatarra contribuye al balance final de carbono del horno. Por tanto, la fabricación de acero en horno de arco eléctrico aún puede requerir añadir más carbono.

Los residuos biogénicos pueden aportar una fuente adicional de carbono, pero primero deben procesarse para obtener una forma adecuada de biocarbono o biocarbón. Los residuos plásticos preparados de forma adecuada y los neumáticos fuera de uso también pueden actuar como agentes reductores carbonosos o de espumado de escoria, o ayudar a aportar energía, sustituyendo parte del coque o carbón convencionales que, de otro modo, se usarían.

Sin embargo, la mayoría de los plásticos y gran parte del carbono de los neumáticos procedían originalmente de combustibles fósiles, así que usarlos aún puede liberar CO₂ fósil. Por tanto, el beneficio ambiental depende del material residual usado (composición de la materia prima), de cómo se procesa (pretratamiento), de cuánto carbono fósil recién extraído (virgen) sustituye, del rendimiento del horno y de qué partes del ciclo de vida se tienen en cuenta. Usar residuos puede reducir la demanda de carbono fósil convencional, pero no hace que el proceso pase automáticamente a tener cero emisiones de carbono.

El acero producido mediante el método del hidrógeno se está probando en varios países:

[76] Alemania, [77] Austria, [78] Países Bajos, [79,80] Reino Unido, [81] Corea del Sur