Baja Hijau

Angka pasti emisi tahunan dari pembuatan baja global berbeda-beda antar rujukan, tergantung tahun dan batasan sistem yang dipakai. [1] mengutip laporan IEA World Energy Outlook 2023 yang menyebut pembuatan baja menyumbang 8% emisi CO₂ dan 6% emisi GRK pada tahun sebelumnya. [4] memperkirakan emisi langsung besi dan baja sebesar 2,6 GtCO₂ pada 2019, setara dengan 7% CO₂ dari sistem energi global. [3] menempatkan industri ini di sekitar 7-8% emisi gas rumah kaca antropogenik dengan batasan industri yang lebih luas. Angka 8% dalam naskah terutama diambil dari [1] tetapi juga menjadi gambaran ringkas yang dibulatkan dari perkiraan-perkiraan yang saling tumpang tindih ini.

Emisi karbon dioksida yang dihasilkan sektor transportasi di seluruh dunia pada 2024 diperkirakan mencapai 9 GtCO₂, dari total perkiraan 41,6 GtCO2 (yaitu total emisi CO₂ antropogenik dari penggunaan bahan bakar fosil dan LULUCF [penggunaan lahan, perubahan penggunaan lahan, dan kehutanan], dengan memperhitungkan serapan karbonasi semen buatan manusia) ^[5,6]. Penerbangan (termasuk internasional dan domestik) menyumbang 9,9% dari emisi sektor transportasi, setara dengan 2,14% emisi karbon global (sedikit di bawah satu miliar ton metrik). Pelayaran (termasuk internasional, domestik, dan perikanan) menyumbang 10,67% dari emisi sektor transportasi, setara dengan 2,31% emisi karbon global ^[5,6].

Perbandingan sebelum pandemi yang lebih lama, memakai studi khusus penerbangan dan pelayaran terhadap total emisi CO₂ global yang sama, memberi pemeriksaan silang yang berguna untuk perkiraan 2024 ini dan hasilnya kurang lebih serupa. Pada 2018, penerbangan global mengeluarkan sekitar 1,034 GtCO₂ ^[7], sementara pelayaran mengeluarkan sekitar 1,056 GtCO₂ ^[8]. Jadi, gabungan emisinya sekitar 2,090 GtCO₂. Dibandingkan dengan total Global Carbon Budget sebesar 42,5 GtCO₂ pada tahun yang sama ^[6], penerbangan dan pelayaran bersama-sama menyumbang sekitar 4,92%. Maka, porsi 8% emisi dari sektor pembuatan baja akan sekitar 3,08 poin persentase lebih tinggi, atau 1,63 kali emisi gabungan penerbangan-dan-pelayaran. Ini hanya membandingkan CO₂ tahunan dan tidak memasukkan efek pemanasan tambahan non-CO₂ dari penerbangan.

Saat tulisan ini dibuat, angka-angka ini adalah yang terbaik untuk membandingkan sektor secara langsung, dengan sebisa mungkin memakai sumber terbaru dan tepercaya (misalnya emisi pelayaran dari International Maritime Organization). Namun, perbandingan seperti ini perlu hati-hati, karena perkiraan yang diterbitkan bisa mencakup jenis atau kategori gas rumah kaca, aktivitas, dan sumber emisi yang sedikit berbeda.

Pertama, berbagai studi bisa melaporkan hanya CO₂, semua gas rumah kaca, atau nilai setara karbon dioksida (CO₂eq), yang mencakup gas seperti metana dan dinitrogen oksida yang dibobotkan berdasarkan potensi pemanasan globalnya dibandingkan CO₂. Metrik ini tidak bisa saling menggantikan atau dibandingkan langsung tanpa standardisasi yang konsisten, dan memakai satu alih-alih yang lain bisa mengubah porsi emisi sektor yang terlihat secara signifikan. Sumber, studi, dan laporan organisasi sering tidak langsung menjelaskan metrik spesifik mana (/jenis ukuran emisi) yang dipakai, dan sering menyebut satu metrik saat sebenarnya maksudnya metrik lain (misalnya menyebut ‘CO₂’ saat yang dimaksud ‘CO₂eq’).

Kedua, pilihan patokan global penting: beberapa perbandingan dibuat hanya terhadap CO₂ terkait energi, sementara yang lain memasukkan semua sumber antropogenik seperti penggunaan lahan, perubahan penggunaan lahan, dan kehutanan (LULUCF), yang menentukan penyebut dan karena itu persentase sektor yang dihitung.

Emisi pelayaran internasional khususnya sulit dilacak karena sebagian besar emisi terjadi di perairan internasional. Secara historis, data sering berasal dari penjualan bahan bakar bunker, bukan pemantauan langsung aktivitas kapal, sehingga menambah ketidakpastian. IMO kini menggabungkan metode penjualan bahan bakar, aktivitas-kapal (pemodelan AIS), dan alokasi perjalanan, dan perkiraannya bisa berbeda tergantung metode yang dipakai. Hal serupa juga terlihat pada data penerbangan. Ditambah masalah penerbitan angka yang disebut tadi, ini bisa membuat rentang perkiraan emisi global yang tersedia sangat lebar, bahkan bila berdasarkan sektor/aktivitas yang sama.

1,892 Gt baja diproduksi setiap tahun, dengan 52% dipakai untuk konstruksi (983,84 Mt baja).

[14] menunjukkan bahwa luas kawasan perkotaan global bertambah 9.687 km² per tahun antara 1985 dan 2015. Ini setara dengan (9.687/365 =) 26,539 km² per hari.

Luas Manhattan adalah 59,1 km^2 A.: 59,1/26,539 = 2,2 hari

Namun, perlu dicatat bahwa laju pertumbuhan saat ini mungkin bahkan lebih cepat. World Bank ^B memperkirakan (per April 2023) bahwa 1,2 juta km² kawasan terbangun perkotaan baru akan ditambahkan ke dunia pada 2030. Ini setara dengan rata-rata perluasan perkotaan tahunan sepanjang dekade 2020-an sekitar 120.000 km² per tahun, 328,77 km² per hari atau 13,698 km² per jam, setara dengan luas Manhattan yang dibangun setiap 4 jam.

Perbandingan lain bisa dibuat: Jika 983,84 Mt baja dipakai setiap tahun untuk konstruksi (lihat di atas), ini setara dengan 2,7 Mt per hari. Sebagai perbandingan, Jembatan Golden Gate di San Francisco, AS, mengandung ~75.000 ton metrik baja ^C, artinya ~36 Jembatan Golden Gate bisa dibangun dari baja konstruksi harian. Atau, Empire State Building mengandung ~51.700 ton metrik baja ^D,E, artinya ~52,2 Empire State Building bisa dibangun dari baja konstruksi harian.

^A Gambaran umum Kota New York | NYMTC

^B Gambaran umum pengembangan perkotaan | World Bank Group

^C Statistik desain & konstruksi | Statistik & data | Golden Gate

^D ASCE Metropolitan Section | Empire State Building

^E Empire State Building | Menara tertinggi dunia

94% dari bijih yang ditambang adalah bijih besi dan 98% bijih besi digunakan untuk membuat baja. Karena itu, 98% dari 94% sama dengan 92%. Ini adalah perkiraan turunan berbasis massa, bukan statistik yang diukur.

[39] memberikan potensi pengurangan emisi maksimum hingga 85%; namun, ini mungkin tidak berlaku secara universal, dan sumbernya tidak menjelaskan batas sistem lengkap untuk perkiraannya dengan jelas. Dalam praktiknya, penghematan emisi mungkin sangat bergantung pada porsi skrap logam dalam tanur busur listrik, bauran listrik, dan sejauh mana batas sistem yang lebih luas diperhitungkan. Meski begitu, WorldSteel ^F melaporkan perbedaan besar yang serupa antara rute pembuatan baja berbasis-bijih dan daur ulang-skrap: rata-rata global 2,34 tCO₂/t baja mentah untuk rute tanur-tiup/tanur-oksigen-dasar tradisional, dan 0,69 tCO₂/t untuk rute skrap-logam/tanur-busur-listrik, setara dengan pengurangan rata-rata sekitar 70,5%.

^F Laporan Indikator Keberlanjutan 2025 | World Steel Association

Kebocoran berarti CO₂ keluar dari tempat penyimpanan yang direncanakan - lewat sumur, sesar, rekahan atau batuan penutup - dan berpotensi mencapai formasi geologis lain, air tanah, dasar laut atau atmosfer. Kegagalan penyimpanan bisa mencakup kebocoran, tetapi juga bisa berarti tekanan berlebih, migrasi tak terduga atau hilangnya injectivitas yang membuat lokasi tak dapat beroperasi sebagaimana mestinya tanpa selalu melepaskan CO₂ ke atmosfer. Keduanya bukan hasil yang diharapkan dari lokasi yang dipilih dan dikelola dengan benar. Aturan UE mengharuskan lokasi yang diusulkan menunjukkan tidak ada risiko kebocoran signifikan serta mempertahankan rencana pemantauan dan tindakan-korektif.

Mengganti ‘batu bara dalam tanur tiup’ berarti mengganti tahap reduksi tanur tiup konvensional berbasis batu bara itu sendiri dengan reduksi langsung berbasis gas, yang biasanya dilakukan di tanur poros/tanur reduksi-langsung terpisah; ini bukan berarti mengganti gas fosil satu-untuk-satu di dalam tanur tiup yang sama.

Metode DRI lain sangat berbeda dalam emisinya. [60] menunjukkan bahwa DRI berbasis batu bara dapat mengurangi emisi sebesar 38% dibandingkan metode tanur tiup/tanur oksigen dasar tradisional. Namun, gas fosil, dengan campuran umumnya berupa CH₄, H₂, dan CO, mengurangi emisi sebesar 61%. Mengganti gas fosil sepenuhnya dengan H₂ dapat mengurangi emisi sebesar 97%. Namun, ini bukan perkiraan yang berlaku di mana-mana, dan penghematan emisi pastinya tidak hanya bergantung pada zat pereduksi utama yang dipakai dalam proses, tetapi juga pada sisa konfigurasi DRI, bauran energi, dan batas sistem. Yang penting, emisi dari cara produksi H₂ sebelum dipakai dalam pembuatan baja belum dimasukkan dalam perkiraan DRI-hidrogen. Hidrogen hijau memakai listrik rendah karbon, tetapi emisi masih bisa terkandung dalam transportasi & infrastruktur (lihat di bawah). Meski penggunaan gas fosil dalam DRI menghasilkan emisi lebih rendah dibandingkan batu bara, bahan bakar fosil tetap dipakai sehingga emisi tak terhindarkan.

Hidrogen hijau dibuat dengan memakai listrik terbarukan untuk memecah air menjadi hidrogen dan oksigen lewat proses elektrolisis. Ini menghilangkan emisi dari produksi hidrogen berbahan bakar fosil. Saat hidrogen masuk ke proses pembuatan baja pada tahap reduksi besi untuk memisahkan besi dari bijihnya, hidrogen bereaksi dengan oksida besi dalam bijih dan bergabung dengan oksigen untuk menghasilkan uap air, bukan CO₂.

Namun, proses yang lebih luas masih bisa menimbulkan emisi. Emisi tidak langsung yang terkait ini bisa berasal dari infrastruktur untuk produksi, pengangkutan, dan penyimpanan hidrogen hijau, atau dari listrik yang diambil dari jaringan yang campuran energinya belum sepenuhnya bebas karbon. Jadi dalam praktiknya, hidrogen yang disebut ‘hijau’ mungkin tidak selalu dibuat hanya dengan listrik terbarukan sepanjang seluruh proses.

Baja hidrogen hijau bisa sangat mendekati nol emisi, tanpa harus benar-benar mencapai emisi karbon nol mutlak. Kenyataannya, baja yang dibuat dengan hidrogen terbarukan menghasilkan sekitar 0,08 kg CO₂ per kg baja ^[67].

Hidrogen biru dan abu-abu punya emisi terkait yang lebih jelas. Hidrogen abu-abu umumnya dibuat dari gas fosil dengan proses yang disebut steam methane reforming (SMR), yang memisahkan hidrogen dari metana dalam campuran gas fosil, dan melepaskan CO₂. Saat ini, ini adalah cara paling umum dan termurah untuk memproduksi hidrogen. Hidrogen biru dibuat lewat proses dasar yang sama, tetapi digabung dengan teknologi penangkapan dan penyimpanan karbon (CCS) untuk mencegah sebagian besar emisi produksi itu lepas ke atmosfer. Karena proses penangkapan biasanya tidak menangkap semuanya, hidrogen biru tetap menghasilkan sejumlah emisi atmosfer.

Saat salah satu bentuk hidrogen dipakai untuk memisahkan besi dari bijihnya, reaksi reduksinya sendiri tetap hanya menghasilkan air, bukan CO₂. Perbedaan utamanya ada pada emisi hulu yang muncul lebih awal saat hidrogen pertama kali diproduksi. Emisi kecil juga bisa tersisa di bagian lain proses pembuatan baja, termasuk dari listrik dan karbon yang dipakai dalam Electric Arc Furnace.

Menurut [67], baja yang dibuat dengan hidrogen biru menghasilkan sekitar 0,22 kg CO₂ per kg baja, dengan asumsi 85% emisi dari produksi hidrogen ditangkap. Ini dibandingkan dengan 1,87 kg CO₂ untuk baja konvensional berbasis batu bara dan 0,38 kg CO₂ untuk baja berbasis batu bara yang dilengkapi penangkapan karbon, yang diasumsikan punya tingkat penangkapan terpisah sebesar 80% ^[67].

Lebih dari 95% hidrogen yang dipakai di seluruh dunia dibuat dari gas fosil, sebagian besar tanpa bentuk penangkapan karbon apa pun. Jika hidrogen abu-abu konvensional ini dipakai dalam pembuatan baja DRI berbasis hidrogen, [67] memperkirakan emisi sekitar 0,7 kg CO₂ per kg baja ^[67]. Ini jauh lebih rendah daripada produksi baja konvensional berbasis batu bara, tetapi jauh lebih tinggi daripada baja yang dibuat dengan hidrogen hijau.

Dalam perhitungan ini, sebagian besar emisi yang tersisa adalah emisi yang lolos dari CCS, karena CCS tidak menangkap semua CO₂ yang dihasilkan selama pembuatan baja konvensional atau produksi hidrogen biru.

Potensi penghematan emisi lebih dari 95% karena itu menggambarkan rute DRI hidrogen hijau dalam skenario terbaik, bukan hasil universal yang berlaku untuk setiap bentuk baja berbasis hidrogen ^[60,67]. [67] memperkirakan sekitar 0,08 kg CO₂ per kg baja untuk skenario hidrogen terbarukannya; dibandingkan dengan 1,87 kg CO₂/kg untuk baja konvensional berbasis batu bara, ini setara dengan pengurangan 95,7% ^[67]. Pada akhirnya, hasilnya bergantung pada produksi hidrogen, intensitas karbon listrik, bahan baku dan input skrap, serta batas emisi/sistem yang lebih luas.

Baja bukan besi murni: baja adalah paduan yang biasanya mengandung sedikit karbon dalam jumlah yang dikontrol dengan cermat, yang membantu memberinya sifat yang dibutuhkan. Jadi, bahkan saat hidrogen menggantikan karbon pada tahap reduksi-besi pertama, sedikit karbon tetap dibutuhkan saat besi diubah menjadi baja.

Pembuat baja juga memakai karbon untuk beberapa tugas teknis di dalam Tungku Busur Listrik yang tidak dibahas detail dalam naskah. Ini termasuk mengatur kadar karbon akhir (termasuk karbonisasi), membantu menghilangkan sisa oksigen (deoksidasi), dan pembentukan terak (Saat baja meleleh, kotoran mengapung ke atas dan membentuk lapisan limbah cair yang disebut terak. Menyuntikkan karbon ke dalam campuran bereaksi dengan bijih besi dan menghasilkan gelembung gas karbon monoksida, yang membuat terak mengembang menjadi busa. Lapisan terak berbusa ini membantu melindungi tungku dari panas yang sangat tinggi dan meningkatkan kinerja tungku dengan menahan panas di dalam logam cair, sehingga mengurangi energi yang dibutuhkan).

Besi tua terutama berfungsi sebagai sumber besi daur ulang dan baja siap-jadi (bahan baku logam), bukan pengganti karbon yang sengaja ditambahkan, walau karbon yang sudah ada dalam komposisi besi tua ikut menyumbang pada keseimbangan karbon akhir tungku. Karena itu, pembuatan baja dengan EAF mungkin tetap perlu tambahan karbon.

Sisa limbah biogenik berpotensi menjadi sumber karbon tambahan, tetapi harus lebih dulu diolah menjadi bentuk biokarbon atau biochar yang cocok. Limbah plastik yang disiapkan dengan benar dan ban akhir-masa-pakai juga bisa bertindak sebagai agen pereduksi berkarbon atau pembusa terak, atau membantu menyediakan energi, sehingga menggantikan sebagian kokas atau batu bara biasa yang seharusnya dipakai.

Namun, sebagian besar plastik dan banyak karbon dalam ban awalnya berasal dari bahan bakar fosil, jadi penggunaannya tetap bisa melepaskan CO₂ fosil. Jadi, manfaat lingkungannya bergantung pada bahan limbah yang dipakai (komposisi bahan baku), cara pengolahannya (pra-pengolahan), seberapa banyak karbon fosil yang baru ditambang (murni) yang digantikannya, kinerja tungku, dan bagian mana dari siklus hidup yang dihitung. Memakai limbah bisa mengurangi kebutuhan akan karbon fosil biasa, tetapi tidak otomatis membuat prosesnya nol-karbon.

Baja yang diproduksi dengan metode hidrogen sedang diuji coba di berbagai negara:

[76] Jerman, [77] Austria, [78] Belanda, [79,80] Inggris, [81] Korea Selatan