Impulsando la Aplicación de Generación de Oxígeno VPSA: Expansión del Suministro y Utilización de Chatarra de Acero en la India

1. Antecedentes
Debido a la fuerte dependencia de la India de combustibles fósiles como el carbón y el petróleo, la industria siderúrgica india utiliza principalmente carbón coquizable para la fabricación de hierro en altos hornos y carbón no coquizable para la reducción directa y la generación de energía. El petróleo se utiliza tanto como combustible (para recalentamiento) como para el transporte interno. Las emisiones de CO2 de la industria siderúrgica india representan aproximadamente el 12% de las emisiones industriales totales del país, lo que constituye aproximadamente el 7%-9% del total mundial. Aunque el proceso BF-BOF (Alto Horno-Convertidor de Oxígeno Básico) representa menos del 50% de la producción total de acero de la India, la intensidad de emisiones de CO2 de la India es más de un 30% superior al promedio mundial.
La neutralidad de carbono es uno de los problemas más apremiantes que enfrenta el mundo actualmente. El gobierno indio también ha puesto la neutralidad de carbono en la agenda, proponiendo alcanzar emisiones netas cero para 2070. Para lograr este objetivo, la industria siderúrgica india está tomando medidas para reducir la intensidad de las emisiones. Las opciones a corto plazo incluyen reducir el consumo de energía en los procesos actualmente utilizados y aumentar el uso de chatarra de acero. La Captura, Utilización y Almacenamiento de Carbono (CCUS) también es una opción, pero implica gastos de capital. El Ministerio de Acero de la India tiene como objetivo que los principales productores de acero aumenten la proporción de chatarra al 50% para 2050.
2. Situación de Producción de los Principales Productores de Acero de la India
2.1 Procesos de Fabricación de Acero Las capacidades actuales y los procesos de fabricación de acero de los principales fabricantes de acero de la India se enumeran en la Tabla 1 a continuación. En el año fiscal 2023, la producción de acero bruto de los principales fabricantes representó el 60.7% del total, con aproximadamente el 70% producido mediante el convertidor de oxígeno básico (BOF) y el 30% restante mediante producción en horno de arco eléctrico (EAF).
Tabla 1 - Capacidades Actuales y Procesos de Fabricación de Acero de los Principales Fabricantes de Acero de la India
2.2 Uso de Mineral de Hierro y Chatarra de Acero
En la India, la utilización de chatarra de acero por parte de los principales productores de acero se mantiene por debajo del 10%, disminuyendo del 8.44% en el año fiscal 2022 al 7.27% en el año fiscal 2023. En general, a pesar de un aumento en las importaciones, la participación de la chatarra de acero en el total de insumos de acero disminuyó del 22.76% en el año fiscal 2022 al 21.16% en el año fiscal 2023, principalmente debido al aumento de los precios de la chatarra de acero. El consumo nacional de chatarra de acero en el año fiscal 2023 fue de 21.649 millones de toneladas, frente a los 27.837 millones de toneladas del año fiscal 2022.
La reducción en el uso de chatarra de acero se atribuye a una disminución de la producción nacional, aumentos de precios y disponibilidad limitada de chatarra de acero importada. El Ministerio de Acero de la India señala que los niveles actuales de uso de chatarra de acero no cumplen con las expectativas del gobierno para reducir las emisiones de carbono. Aproximadamente 60 países han prohibido o están en proceso de prohibir las exportaciones de chatarra de acero. Si bien la producción nacional de chatarra de acero en la India puede aumentar, es poco probable que reduzca significativamente las emisiones. Debido a la disponibilidad insuficiente de chatarra de acero, las acerías con horno de arco eléctrico (EAF) se ven obligadas a usar arrabio, que representa más del 40% del insumo total de acero, superando el 42.2% en el año fiscal 2022 y el 43.2% en el año fiscal 2023. El mayor uso de hierro de reducción directa (DRI) (a base de carbón) no contribuye significativamente a la reducción de emisiones. La baja proporción de chatarra de acero es una de las razones de la alta intensidad de emisiones de la India. Cada tonelada de chatarra de acero puede reducir las emisiones de CO2 en 1.5 toneladas y ahorrar 1.4 toneladas de mineral de hierro, 740 kilogramos de carbón y 120 kilogramos de piedra caliza.
3. Producción de Acero Esperada y Procesos para 2030 y 2050
3.1 Producción de Acero
Según la Política Nacional del Acero de la India publicada en 2017, se espera que la producción de acero bruto en el año fiscal 2031 alcance los 255 millones de toneladas. Esto requiere una tasa de crecimiento anual compuesta (CAGR) del 9.2% para la producción de acero bruto desde el año fiscal 2023 hasta el año fiscal 2031.
Según las previsiones de Crisil, se espera que la India gaste cerca de 143 mil millones de rupias en desarrollo de infraestructura durante los años fiscales 2024-2030, más del doble de los 670 mil millones de rupias gastados en los 7 años fiscales anteriores a partir de 2017. Durante los 15 años fiscales de 2016 a 2031, la CAGR promedio se proyecta en un 7%; para los 15 años fiscales de 2008 a 2023, la CAGR real fue del 5.8%; y para los 5 años fiscales de 2018 a 2023 (excluyendo el año fiscal 2021 afectado), la CAGR fue del 7.2%. Por lo tanto, dado el enfoque del gobierno indio en el desarrollo de infraestructura, se estima una CAGR del 8% para el año fiscal 2031. Basado en una CAGR del 8%, se proyecta que la producción de acero bruto en el año fiscal 2031 alcanzará los 233.7 millones de toneladas. Considerando varias previsiones, se estima que la producción de acero bruto de la India será de alrededor de 500 millones de toneladas para el año 2050.
3.2 Procesos del Acero
Según la Política Nacional del Acero, para el año fiscal 2031, el 60%-65% de la producción de acero bruto en la India se realizará mediante la ruta BF-BOF, y el 35%-40% mediante el proceso DRI-EAF. Dada la situación actual de que la India tiene actualmente 71 altos hornos con 5 en construcción, y se han anunciado 22 nuevos altos hornos adicionales. Por lo tanto, incluso para el año 2050, se espera que la India tenga una capacidad de producción significativa de BF-BOF, lo que sugiere que los altos hornos continuarán desempeñando un papel crucial.
4. Disponibilidad Prevista de Chatarra de Acero en la India para 2030 y 2050
Se estima que la generación de chatarra de acero en la India fue de aproximadamente 280 millones de toneladas en el año fiscal 2022 y alrededor de 220 millones de toneladas en el año fiscal 2023. Como país en desarrollo, más del 60% de la producción de acero de la India se dedica a los sectores de infraestructura y construcción con una vida útil de aproximadamente 50 años, por lo que la cantidad de chatarra de acero generada no será sustancial.
Los vehículos al final de su vida útil son una de las fuentes de chatarra de acero. El gobierno indio implementó una política de desguace de vehículos en 2022, que exige que los vehículos de pasajeros con más de 20 años y los vehículos comerciales con más de 15 años sean desguazados. Se estima que la chatarra de acero de vehículos desguazados ascenderá a 4.6 millones de toneladas en el año fiscal 2023, 5.3 millones de toneladas en el año fiscal 2025 y 7.3 millones de toneladas para 2030. Para 2050, esta cifra podría aumentar a aproximadamente 15 millones de toneladas.
Otras fuentes de chatarra de acero incluyen barcos dados de baja, sitios de construcción, fábricas, talleres y chatarra de acero generada internamente en las plantas siderúrgicas. Para 2030, el desguace de barcos podría producir de 7 a 7.5 millones de toneladas de chatarra de acero, y la chatarra de acero generada internamente en las plantas siderúrgicas representa aproximadamente el 8% de la producción de acero bruto. Para 2030 y 2050, las estimaciones sugieren que esta fuente podría generar aproximadamente 200 millones de toneladas y 400 millones de toneladas de chatarra de acero, respectivamente.
A nivel mundial, se estima que la producción de acero bruto alcanzará los 1.95 mil millones de toneladas para 2030, con un consumo de chatarra de acero de 828 millones de toneladas y una tasa de utilización de chatarra de acero del 35%-36%. Se espera que la relación BF a EAF sea de 60:40, en comparación con la relación actual de 70:30.
5. Estructura de Insumos de Acero y Procesos Previstos para el Año Fiscal 2030 y el Año Fiscal 2050
Los procesos de acero de la India para el año fiscal 2023 consisten en un 46% de BF-BOF, un 22% de BF/DRI-EAF y un 32% de IF (DRI y chatarra). Las tasas de uso de chatarra de acero en altos hornos, hornos de arco eléctrico y hornos de inducción son aproximadamente del 8%, 27% y 30%, respectivamente; las tasas de arrabio son del 92%, 43% y 0%, mientras que las de DRI son del 0%, 30% y 70%. Del DRI utilizado en hornos de arco eléctrico, aproximadamente el 85% es a base de gas, y el 15% restante es a base de carbón, y los hornos de inducción utilizan DRI 100% a base de carbón. El arrabio incluye la producción de hornos de reducción por fusión.
Al planificar procesos futuros, 2 puntos clave son cruciales: primero, reducir la alta proporción de BF-BOF para disminuir las emisiones de CO2; segundo, disminuir la proporción de hornos de inducción para producir grados de acero de mayor calidad. Se recomienda adoptar los procesos que se muestran en la Tabla 2 a continuación.
Tabla 2 - Procesos de Acero Recomendados (%)
La Tabla 3 enumera la producción prevista de acero bruto, los requisitos de insumos y sus proporciones (arrabio: hierro de reducción directa: chatarra de acero) para las principales plantas siderúrgicas y otros fabricantes en los años fiscales 2030 y 2050, junto con los datos reales para el año fiscal 2023.
Tabla 3 – Producción de Acero Bruto Prevista, Requisitos de Insumos y Proporciones (Millones de Toneladas, %) para los Productores de Acero de la India
6. Conclusión
Actualmente, la intensidad de emisiones de CO2 de la industria siderúrgica de la India es un 30% superior al promedio mundial, enfrentando un doble desafío de disponibilidad insuficiente de chatarra y gas natural. Como resultado, el uso significativo de metal caliente y hierro de reducción directa (DRI) a base de carbón conduce a una alta intensidad de emisiones. Además, debido a las restricciones o prohibiciones de exportación de chatarra por parte de la mayoría de los países para aumentar la utilización nacional de chatarra, importar chatarra también es extremadamente difícil.
Será difícil reemplazar todos los altos hornos para 2050, ya que algunos se han puesto en marcha recientemente y otros aún están en construcción. Por lo tanto, aumentar el uso de chatarra al 50% para 2050 no es factible para las principales acerías indias.
Se proyecta que para 2050, la proporción de chatarra en la India podría alcanzar el 25% (actualmente alrededor del 20%), con los principales productores de acero alcanzando el 20% (actualmente alrededor del 10%).
La producción tradicional de chatarra de acero depende en gran medida del carbón y del DRI a base de carbón, lo que genera altas emisiones de carbono. Por el contrario, la fabricación de acero en EAF utiliza electricidad para calentar chatarra de acero y hierro, reduciendo la demanda de carbón y disminuyendo significativamente las emisiones de carbono.
En la fabricación de acero en EAF de proceso corto, la aplicación de Adsorción por oscilación de presión al vacío (VPSA) unidades de oxígeno es crucial para mejorar el control del horno y la eficiencia de producción. Las plantas de oxígeno VPSA emplean tamices moleculares para generar oxígeno enriquecido a partir del aire. En comparación con los sistemas criogénicos tradicionales, los sistemas de oxígeno VPSA tienen costos de construcción y operación más bajos, y pueden ajustar el caudal de oxígeno según las variaciones de demanda durante la fabricación de acero, lo que ayuda a optimizar la atmósfera del horno y las reacciones químicas en el fundente para mejorar aún más la eficiencia de operación del horno y la calidad del producto de acero, y contribuir a reducciones sustanciales en el consumo de energía y las emisiones, disminuyendo así la huella de carbono general.
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