La sidérurgie en four à arc électrique (FAE) saisit des opportunités prometteuses en Chine, favorisant un avenir radieux pour la génération d'oxygène VPSA

1.Nécessité de développer le procédé court de sidérurgie en four à arc électrique (FAE)

Atteindre le pic de carbone d'ici 2030 et la neutralité carbone d'ici 2060 est une décision stratégique majeure prise par le gouvernement chinois et un engagement solennel envers le monde. Depuis la réforme et l'ouverture, l'industrie sidérurgique chinoise s'est développée rapidement. La production d'acier brut est passée de 31,78 millions de tonnes en 1978 (soit 4,4 % du total mondial) à plus de 100 millions de tonnes pour la première fois en 1996, atteignant 101,24 millions de tonnes (13,5 % du total mondial), faisant de la Chine le premier producteur mondial d'acier, puis dépassant 1 milliard de tonnes en 2020 avec 1,053 milliard de tonnes (56,7 % du monde).

Bien qu'une légère baisse soit apparue au cours des 3 dernières années, elle a encore atteint 1,013 milliard de tonnes en 2022 (environ 54 % du monde). Le secteur sidérurgique chinois reste fortement dépendant des énergies fossiles à base de charbon, ce qui entraîne d'importantes émissions de carbone, représentant environ 16 % du total national, juste derrière la production d'électricité et les transports.

Par conséquent, réduire efficacement les émissions de carbone dans le processus de production d'acier est devenu un enjeu majeur qui doit être traité de toute urgence pour l'industrie sidérurgique et le pays dans son ensemble.

La faible proportion de la production d'acier en FAE est l'une des principales raisons des émissions élevées de carbone, de la consommation d'énergie et de la pollution dans l'industrie sidérurgique chinoise.

À l'échelle mondiale, la part de la fabrication d'acier en FAE dans la production totale est passée de 7,3 % au début des années 1950 à 32 %-35 % aujourd'hui. Dans des pays comme l'Iran, la Turquie, les États-Unis et l'Inde, elle représente plus de 50 %, certains dépassant même 90 %. Selon la China Iron and Steel Association, en 2022, la production d'acier en FAE en Chine ne représentait que 9,7 % de la production totale d'acier brut, bien en dessous de la moyenne mondiale de 30 %.

Par rapport au procédé long traditionnel haut-fourneau-convertisseur, le procédé court FAE utilisant exclusivement de la ferraille réduit la consommation d'énergie par tonne d'acier d'environ 50 %, les émissions de déchets solides d'environ 96 %, les émissions de gaz résiduaires d'environ 78 %, les émissions de carbone d'environ 73 % et l'ensemble des polluants atmosphériques d'environ 90 %. Suivant les modèles de développement industriel des pays développés, si la production totale d'acier de la Chine reste constante et que la proportion de sidérurgie en FAE atteint 30 % d'ici 2035, les émissions de dioxyde de carbone pourraient être réduites d'environ 15 %. Les avantages en matière d'économie d'énergie et de réduction des émissions du développement du procédé court FAE sont donc très significatifs.

De plus, la sidérurgie en procédé court FAE offre des avantages supplémentaires tels que la possibilité de démarrer et d'arrêter la production selon les besoins, une grande efficacité et flexibilité, et le potentiel de servir de centre de recyclage des déchets urbains. Par conséquent, mettre l'accent sur le développement du procédé court FAE, utilisant principalement la ferraille comme matière première, est une décision stratégique cruciale pour parvenir à un développement durable de l'industrie sidérurgique.

2.La sidérurgie chinoise en FAE connaît des opportunités de développement favorables

La sidérurgie chinoise en FAE connaît des opportunités de développement favorables, reflétées dans trois domaines principaux :

1) Disponibilité croissante des ressources en ferraille :

On estime qu'ici 2025, la Chine générera plus de 300 millions de tonnes de ferraille. La libération substantielle des ressources en ferraille fournit une base solide pour le développement de la sidérurgie en FAE.

2) Promotion par les tendances de développement à faible carbone dans l'industrie sidérurgique :

L'intensité des émissions de carbone du procédé long haut-fourneau-convertisseur à oxygène (BF-BOF) est significativement plus élevée que celle du procédé court FAE entièrement à la ferraille. L'inclusion de l'industrie sidérurgique dans le marché national d'échange de quotas d'émissions de carbone et l'introduction de politiques de taxe carbone renforceront encore la compétitivité du procédé court FAE. De plus, l'incorporation de données sur l'empreinte carbone et de mesures de réduction du carbone dans les indicateurs des produits sidérurgiques par les utilisateurs d'aciers spéciaux haut de gamme favorisera également le développement de la sidérurgie en FAE.

3) Encouragement par les politiques nationales :

Depuis 2016, une série de politiques et de documents a été publiée par les gouvernements nationaux et provinciaux pour encourager le développement de la technologie de fabrication de l'acier par four électrique à arc (EAF). Notamment, en août 2019, le ministère de l'Industrie et des Technologies de l'Information (MIIT) a publié un document qui proposait explicitement qu'à la fin de 2025, la proportion de capacité EAF remplacée et construite par chaque province ne devrait pas être inférieure à 30 % de la capacité de production totale entreprise. Cela offre un environnement politique favorable au développement de la fabrication de l'acier par EAF.

3. Quelle est la direction du développement des aciéries EAF en Chine ?

En raison de la relative pénurie de ressources en ferraille et du coût élevé de la fabrication de l'acier par EAF, il n'est pas encore mûr pour la Chine de développer massivement la fabrication d'acier entièrement à base de ferraille par EAF. Une augmentation significative de la proportion de la fabrication d'acier par EAF devrait se produire après 2030, voire après 2035. Cela dépend de 3 facteurs :

1) On prévoit que la Chine aura besoin de 8 à 10 ans supplémentaires pour disposer d'un approvisionnement relativement suffisant en ferraille.

2) On prévoit qu'après 2030, la demande totale d'acier en Chine diminuera pour atteindre moins de 800 millions de tonnes. La fermeture de certaines aciéries à long processus réduira la consommation de ferraille utilisée dans les convertisseurs.

3) Le développement vert favorisera la construction d'aciéries urbaines. Le court processus de l'EAF peut consommer des déchets sociaux tels que la ferraille, l'électricité excédentaire et les eaux usées urbaines régénérées générées autour des villes, favorisant une coexistence harmonieuse entre les entreprises sidérurgiques et les villes.

Alors, comment les aciéries chinoises utilisant le court processus EAF doivent-elles se développer actuellement et à l'avenir ? Les approches suivantes peuvent être envisagées :

1) Explorer plusieurs canaux d'approvisionnement en matériaux contenant du fer pouvant remplacer la ferraille. Le fer réduit direct (DRI), le fer briqueté à chaud (HBI) et la fonte liquide de haut fourneau sont actuellement les alternatives les plus courantes. En raison du manque de gaz naturel, la Chine n'est pas encore prête à développer des fours à cuve à base de gaz pour la production à grande échelle de DRI. Par conséquent, les entreprises sidérurgiques chinoises sont encouragées à aller à l'étranger, à construire des usines de DRI dans des pays disposant de ressources relativement abondantes en gaz naturel et en minerai de fer, et à importer les produits en Chine comme matières premières pour la fabrication de l'acier électrique.

2) Développer des aciéries urbaines à court processus. En développant la fabrication d'acier par court processus EAF, la Chine peut s'inspirer de l'expérience des mini-aciéries américaines et placer stratégiquement les aciéries en périphérie des villes. Cet emplacement serait avantageux pour l'accès à la ferraille et à d'autres déchets solides contenant du fer provenant de la ville. De plus, des fours de pyrolyse de biomasse peuvent être utilisés pour traiter les déchets urbains et les résidus agricoles tels que la paille, produisant des gaz réducteurs comme le monoxyde de carbone et le méthane, ainsi que d'autres ressources carbonées à faible coût comme réducteurs pour les fours rotatifs à sole. Les gaz résiduaires et la chaleur perdue peuvent être utilisés pour la production d'électricité, établissant un système de gestion intelligente de micro-réseau énergétique. Ce système peut utiliser pleinement l'électricité hors pointe ou la production d'énergie propre, permettant à l'EAF d'aider à équilibrer la charge du réseau électrique urbain. Cela contribue à une utilisation énergétique verte et efficace, abaisse les coûts de fabrication de l'acier et favorise une coexistence harmonieuse entre les entreprises sidérurgiques et les villes. Ces aciéries urbaines, axées sur des produits comme les barres d'armature et les fils machine, devraient idéalement avoir une capacité de production d'environ 1 million de tonnes par an.

3) Faire évoluer à terme l'industrie sidérurgique chinoise pour qu'elle soit dominée par le court processus EAF dans des conditions de ressources en ferraille relativement abondantes et d'électricité propre. Selon les estimations de la China Iron and Steel Association et d'autres organisations concernées, les ressources en ferraille de la Chine pourraient atteindre 400 millions de tonnes d'ici 2035. À ce moment-là, le développement significatif de la fabrication d'acier par court processus EAF commencera véritablement. D'ici 2050, on s'attend à ce que les ressources en ferraille de la Chine atteignent environ 550 millions de tonnes, avec une production d'acier brut d'environ 800 millions de tonnes. Dans ce scénario, une proportion de plus de 70 % de l'acier brut sera produite en utilisant le court processus EAF, principalement avec de la ferraille comme matière première principale, complétée par du DRI fabriqué via la métallurgie de l'hydrogène, tandis que celle de la production d'acier brut par long processus ne dépassera pas 30 %.

Les équipements de production d'oxygène par adsorption modulée en pression sous vide (VPSA) industriels jouent un rôle crucial dans la fabrication de l'acier par four électrique à arc (EAF) à court processus. Les équipements d'oxygène VPSA peuvent fournir de manière économique et efficace de l'oxygène enrichi, augmentant la température interne de l'EAF, accélérant le processus de fusion et améliorant ainsi considérablement l'efficacité de la fabrication de l'acier. De plus, ils aident à réduire la consommation de carburant, à baisser les coûts énergétiques et à diminuer les émissions de CO2 et d'autres gaz nocifs, soutenant les objectifs environnementaux. En outre, l'introduction d'oxygène favorise la formation de laitier, éliminant efficacement les impuretés de l'acier en fusion, améliorant ainsi la pureté et la qualité de l'acier. L'application des unités d'oxygène VPSA rend le processus de fabrication de l'acier plus flexible et contrôlable, répondant mieux aux exigences de production de divers types de produits en acier.

PKU Pioneer se tient à l'avant-garde de l' génération d'oxygène VPSA industrie, s'établissant comme une marque leader réputée pour fournir des solutions d'approvisionnement en oxygène de premier ordre. À ce jour, PKU Pioneer a fourni avec succès des solutions d'usine d'oxygène VPSA de haute qualité à près de 70 entreprises sidérurgiques de premier plan dans le monde et a atteint de manière révolutionnaire une capacité maximale de 10 000 Nm³/h dans une seule aciérie. De plus, la technologie propriétaire de PKU Pioneer pour la purification PSA du CO des gaz résiduaires d'aciérie peut séparer du CO d'une pureté de 99,9 %, qui est ensuite utilisé pour synthétiser des produits chimiques tels que l'acide formique et le glycol, établissant plusieurs records mondiaux. Les fabricants d'acier ont non seulement constaté des améliorations significatives de leur efficacité de production et de la qualité de leurs produits, mais ont également réalisé des avancées notables en matière d'économie d'énergie et de réduction des émissions. Ces avantages ont joué un rôle déterminant dans la facilitation des pratiques de production verte au sein de l'industrie sidérurgique, favorisant la transition vers des processus de fabrication plus durables.