Aço Verde

Os números exatos das emissões anuais da produção global de aço variam entre as referências conforme o ano e os limites do sistema considerados. [1] cita o relatório World Energy Outlook 2023 da IEA, segundo o qual a produção de aço foi responsável por 8% das emissões de CO₂ e 6% das emissões de GEE no ano anterior. [4] estima as emissões diretas de ferro e aço em 2,6 GtCO₂ em 2019, o equivalente a 7% do CO₂ do sistema energético global. [3] coloca o setor em cerca de 7-8% das emissões antropogênicas de gases de efeito estufa, usando um limite mais amplo para o setor. O número de 8% do roteiro vem principalmente de [1], mas também serve como uma visão geral arredondada dessas estimativas sobrepostas.

As emissões de dióxido de carbono produzidas pelo setor de transportes no mundo em 2024 chegaram a uma estimativa de 9 GtCO₂, de um total estimado de 41,6 GtCO2 (ou seja, emissões antropogênicas totais de CO₂ pelo uso de combustíveis fósseis e LULUCF [uso da terra, mudança no uso da terra e florestas], levando em conta o sumidouro de carbonatação do cimento causado pelo ser humano) ^[5,6]. A aviação (internacional e doméstica) respondeu por 9,9% das emissões do setor de transportes, o equivalente a 2,14% das emissões globais de carbono (pouco menos de um bilhão de toneladas métricas). O transporte marítimo (internacional, doméstico e pesqueiro) respondeu por 10,67% das emissões do setor de transportes, o equivalente a 2,31% das emissões globais de carbono ^[5,6].

Uma comparação anterior à pandemia, usando estudos específicos sobre aviação e transporte marítimo em relação ao mesmo total global de emissões de CO₂, oferece uma verificação cruzada útil desta estimativa de 2024 e produz um resultado amplamente semelhante. Em 2018, a aviação global emitiu aproximadamente 1,034 GtCO₂ ^[7], enquanto o transporte marítimo emitiu aproximadamente 1,056 GtCO₂ ^[8]. Portanto, as emissões combinadas foram de aproximadamente 2,090 GtCO₂. Em comparação com o total de 42,5 GtCO₂ do Global Carbon Budget para o mesmo ano ^[6], a aviação e o transporte marítimo juntos responderam por aproximadamente 4,92%. Uma participação de 8% do setor siderúrgico nas emissões globais seria, portanto, cerca de 3,08 pontos percentuais maior, ou 1,63 vezes as emissões combinadas da aviação e do transporte marítimo. Isso compara apenas o CO₂ anual e não inclui os efeitos extras de aquecimento não relacionados ao CO₂ da aviação.

No momento da redação, esses são os melhores dados disponíveis para comparar setores diretamente, recorrendo sempre que possível a fontes recentes e confiáveis (por exemplo, emissões marítimas fornecidas pela Organização Marítima Internacional). Porém, essas comparações exigem cuidado, porque as estimativas publicadas podem abranger tipos ou categorias ligeiramente diferentes de gases de efeito estufa, atividades e fontes de emissões.

Primeiro, estudos diferentes podem informar apenas CO₂, todos os gases de efeito estufa ou valores de dióxido de carbono equivalente (CO₂eq), que incluem gases como metano e óxido nitroso ponderados pelo seu potencial de aquecimento global em relação ao do CO₂. Essas métricas não são intercambiáveis nem diretamente comparáveis sem uma padronização consistente, e apresentar uma em vez de outra pode mudar bastante a participação aparente das emissões de um setor. Fontes, estudos e relatórios de organizações muitas vezes não deixam claro de imediato qual métrica específica (/tipo de medida de emissões) foi usada, e frequentemente indicam uma quando na verdade querem dizer outra (por exemplo, indicar ‘CO₂’ quando querem dizer ‘CO₂eq’).

Segundo, a escolha da referência global importa: algumas comparações são feitas apenas com CO₂ relacionado à energia, enquanto outras incluem todas as fontes antropogênicas, como uso da terra, mudança no uso da terra e florestas (LULUCF), o que define o denominador e, portanto, a porcentagem calculada do setor.

As emissões do transporte marítimo internacional, em especial, são difíceis de acompanhar porque ocorrem principalmente em águas internacionais. Historicamente, os dados muitas vezes vinham das vendas de combustível de bunker, em vez do monitoramento direto da atividade dos navios, trazendo mais incerteza. A IMO agora combina vendas de combustível, atividade das embarcações (modelagem AIS) e métodos de alocação de viagens, e as estimativas podem variar conforme os métodos usados. Uma história parecida aparece nos dados da aviação. Junto com os problemas já mencionados na publicação dos números, isso pode fazer as estimativas globais disponíveis de emissões variarem bastante, mesmo quando se baseiam no mesmo setor/atividade.

São produzidas 1,892 Gt de aço por ano, das quais 52% são usadas na construção (983,84 Mt de aço).

[14] indica que a área urbana global cresceu 9.687 km² por ano entre 1985 e 2015. Isso equivale a (9.687/365 =) 26,539 km² por dia.

A área de Manhattan é 59,1 km^2 A.: 59,1/26,539 = 2,2 dias

Mas vale notar que o ritmo atual de crescimento pode ser ainda mais rápido. O Banco Mundial ^B estima (em abril de 2023) que 1,2 milhão de km² de novas áreas urbanas construídas será adicionado ao mundo até 2030. Isso equivale a uma taxa média anual de expansão urbana ao longo de toda a década de 2020 de cerca de 120.000 km² por ano, 328,77 km² por dia ou 13,698 km² por hora, o equivalente à construção de uma área do tamanho de Manhattan a cada 4 horas.

Outras comparações podem ser feitas: se 983,84 Mt de aço são usadas por ano na construção (veja acima), isso equivale a 2,7 Mt por dia. Em comparação, a ponte Golden Gate, em San Francisco, EUA, contém ~75.000 toneladas métricas de aço ^C, o que significa que ~36 pontes Golden Gate poderiam ser construídas com o aço diário destinado à construção. Ou então, o Empire State Building contém ~51.700 toneladas métricas de aço ^D,E, o que significa que ~52,2 Empire State Buildings poderiam ser construídos com o aço diário destinado à construção.

^A Visão geral da cidade de Nova York | NYMTC

^B Visão geral do desenvolvimento urbano | Grupo Banco Mundial

^C Estatísticas de projeto e construção | Estatísticas e dados | Golden Gate

^D Seção Metropolitana da ASCE | Empire State Building

^E Empire State Building | Torres mais altas do mundo

94% do minério extraído é minério de ferro, e 98% do minério de ferro é usado para fazer aço. Portanto, 98% de 94% é igual a 92%. Esta é uma estimativa derivada com base na massa, e não uma estatística medida.

[39] aponta uma redução potencial máxima de emissões de até 85%; porém, isso pode não valer para todos os casos, e a fonte não define claramente um limite completo do sistema para sua estimativa. Na prática, a redução de emissões pode depender muito da proporção de sucata no forno elétrico a arco, da matriz elétrica e da abrangência dos limites mais amplos do sistema considerados. Ainda assim, a WorldSteel ^F relata diferenças igualmente grandes entre as rotas de produção de aço baseadas em minério e em reciclagem de sucata: uma média global de 2,34 tCO₂/t de aço bruto para a rota tradicional de alto-forno/forno básico a oxigênio, e 0,69 tCO₂/t para a rota de sucata/forno elétrico a arco, o que equivale a uma redução média de cerca de 70,5%.

^F Relatório de indicadores de sustentabilidade 2025 | Associação Mundial do Aço

Vazamento é quando o CO₂ escapa da contenção planejada - por um poço, falha, fratura ou rocha selante - e pode chegar a outra formação geológica, às águas subterrâneas, ao leito marinho ou à atmosfera. Falha no armazenamento pode incluir vazamento, mas também pode significar pressão excessiva, migração inesperada ou perda de injetividade que impede o local de funcionar como planejado sem necessariamente liberar CO₂ na atmosfera. Nenhum dos dois é um resultado esperado em um local bem escolhido e gerenciado. As regras da UE exigem que os locais propostos comprovem não haver risco significativo de vazamento e mantenham planos de monitoramento e medidas corretivas.

Substituir ‘carvão mineral no alto-forno’ refere-se a substituir a própria etapa convencional de redução em alto-forno à base de carvão mineral pela redução direta à base de gás, que geralmente acontece em um forno de cuba/de redução direta separado; não significa uma substituição direta do carvão mineral por gás fóssil dentro do mesmo alto-forno.

Outros métodos de DRI variam bastante em suas emissões. [60] sugere que o DRI à base de carvão mineral pode reduzir as emissões em 38% em comparação com o método tradicional de alto-forno/forno básico a oxigênio. O gás fóssil, porém, com sua mistura comum de CH₄, H₂ e CO, reduz as emissões em 61%. Substituir totalmente o gás fóssil por H₂ pode reduzir as emissões em 97%. Porém, estas não são estimativas universais, e a economia exata de emissões vai depender não só do principal agente redutor usado no processo, mas também do resto da configuração do DRI, da matriz energética e do limite do sistema. Vale destacar que as emissões do método de produção de H₂ antes de seu uso na fabricação de aço não foram incluídas nas estimativas de DRI com hidrogênio. O hidrogênio verde usa eletricidade de baixo carbono, mas as emissões ainda podem estar incorporadas no transporte & infraestrutura (veja abaixo). Apesar de o uso de gás fóssil no DRI liberar menos emissões que o carvão mineral, os combustíveis fósseis ainda estão envolvidos, então as emissões são inevitáveis.

O hidrogênio verde é produzido usando eletricidade renovável para separar a água em hidrogênio e oxigênio por meio de um processo de eletrólise. Isso elimina as emissões da produção de hidrogênio a partir de combustíveis fósseis. Quando o hidrogênio entra no processo de produção de aço, na etapa de redução do ferro para separar o ferro de seu minério, ele reage com os óxidos de ferro no minério e se combina com o oxigênio para produzir vapor d'água em vez de CO₂.

Porém, o processo mais amplo ainda pode causar algumas emissões. Essas emissões indiretas associadas podem vir da infraestrutura usada na produção, no transporte e no armazenamento de hidrogênio verde, ou da eletricidade tirada de uma rede elétrica cuja matriz energética ainda não é totalmente livre de carbono. Na prática, o hidrogênio descrito como ‘verde’ pode, portanto, nem sempre ser produzido exclusivamente com eletricidade renovável durante todo o processo.

O aço com hidrogênio verde pode assim chegar bem perto de emissões zero, sem necessariamente alcançar emissões absolutas zero de carbono. Na realidade, o aço feito com hidrogênio renovável produz aproximadamente 0,08 kg de CO₂ por kg de aço ^[67].

O hidrogênio azul e o cinza têm emissões associadas mais bem definidas. O hidrogênio cinza geralmente é produzido a partir de gás fóssil usando um processo chamado reforma a vapor de metano (SMR), que separa o hidrogênio do metano na mistura de gás fóssil e libera CO₂. Hoje, essa é a forma mais comum e mais barata de produzir hidrogênio. O hidrogênio azul é feito pelo mesmo processo básico, mas combinado com tecnologia de captura e armazenamento de carbono (CCS) para evitar que a maior parte dessas emissões da produção escape para a atmosfera. Como o processo de captura tende a não pegar tudo, o hidrogênio azul ainda produz algumas emissões atmosféricas.

Quando qualquer uma das formas de hidrogênio é usada para separar o ferro de seu minério, a própria reação de redução ainda produz apenas água em vez de CO₂. A principal diferença está nas emissões anteriores, criadas quando o hidrogênio foi produzido inicialmente. Emissões menores também podem permanecer em outras partes do processo de produção de aço, incluindo as da eletricidade e do carbono usados no Forno Elétrico a Arco.

Segundo [67], o aço feito com hidrogênio azul produz aproximadamente 0,22 kg de CO₂ por kg de aço, supondo que 85% das emissões da produção de hidrogênio sejam capturadas. Isso se compara a 1,87 kg de CO₂ para o aço convencional à base de carvão mineral e 0,38 kg de CO₂ para o aço à base de carvão mineral equipado com captura de carbono, para o qual se supõe uma taxa de captura separada de 80% ^[67].

Mais de 95% do hidrogênio usado no mundo é feito com gás fóssil, em sua maior parte sem nenhuma forma de captura de carbono. Se esse hidrogênio cinza convencional for usado na produção de aço DRI à base de hidrogênio, [67] estima emissões de aproximadamente 0,7 kg de CO₂ por kg de aço ^[67]. Isso é bem menos do que na produção convencional de aço à base de carvão mineral, mas consideravelmente mais do que no aço feito com hidrogênio verde.

Nesses cálculos, a maior parte das emissões restantes são as que escaparam da CCS, porque ela não captura todo o CO₂ produzido durante a produção convencional de aço ou de hidrogênio azul.

A possível redução de emissões de mais de 95% descreve, portanto, uma rota DRI com hidrogênio verde no melhor caso, e não um resultado universal que vale para todas as formas de aço à base de hidrogênio ^[60,67]. [67] estima aproximadamente 0,08 kg de CO₂ por kg de aço em seu caso com hidrogênio renovável; comparado a 1,87 kg de CO₂/kg para o aço convencional à base de carvão mineral, isso equivale a uma redução de 95,7% ^[67]. No fim, o resultado depende da produção de hidrogênio, da intensidade de carbono da eletricidade, dos insumos de matéria-prima e sucata, e dos limites mais amplos de emissões/do sistema envolvidos.

O aço não é ferro puro: é uma liga que normalmente contém uma pequena quantidade de carbono, controlada com cuidado, que ajuda a dar a ele as propriedades necessárias. Por isso, mesmo quando o hidrogênio substitui o carbono na primeira etapa, de redução do ferro, ainda é preciso algum carbono quando o ferro vira aço.

As siderúrgicas também usam carbono em várias funções técnicas dentro de um forno elétrico a arco que não são explicadas em detalhes no roteiro. Elas incluem ajustar o teor final de carbono (inclusive a carburação), ajudar a remover o oxigênio restante (desoxidação) e formar escória (Quando o aço derrete, as impurezas sobem à superfície e formam uma camada líquida de resíduos chamada escória. O carbono injetado na mistura reage com o minério de ferro e produz bolhas de gás monóxido de carbono, que fazem a escória se expandir e virar uma espuma. Essa camada espumosa de escória ajuda a proteger o forno do calor intenso e melhora seu desempenho ao reter o calor dentro do metal fundido, reduzindo a energia necessária).

A sucata de aço serve principalmente como fonte reciclada de ferro e aço já pronto (matéria-prima metálica), e não como substituta do aporte intencional de carbono, embora o carbono que já faz parte da composição da sucata contribua para o balanço final de carbono do forno. Por isso, a produção de aço em forno elétrico a arco ainda pode precisar de carbono extra.

Resíduos biogênicos podem fornecer uma fonte extra de carbono, mas primeiro precisam ser processados para virar uma forma adequada de biocarbono ou biocarvão. Plásticos residuais preparados de forma adequada e pneus em fim de vida também podem agir como agentes redutores carbonáceos ou agentes que formam espuma na escória, ou ajudar a fornecer energia, substituindo parte do coque ou carvão mineral convencionais que seriam usados de outro modo.

Mas a maioria dos plásticos e grande parte do carbono dos pneus vieram originalmente de combustíveis fósseis, então seu uso ainda pode liberar CO₂ fóssil. Portanto, o benefício ambiental depende do resíduo usado (composição da matéria-prima), de como ele é processado (pré-tratamento), de quanto carbono fóssil recém-extraído (virgem) ele substitui, do desempenho do forno e de quais partes do ciclo de vida são consideradas. Usar resíduos pode reduzir a demanda por carbono fóssil convencional, mas não torna o processo automaticamente livre de carbono.

O aço produzido pelo método do hidrogênio está sendo testado em vários países:

[76] Alemanha, [77] Áustria, [78] Países Baixos, [79,80] Reino Unido, [81] Coreia do Sul