Promouvoir l'application de la production d'oxygène VPSA : Expansion de l'approvisionnement et de l'utilisation de la ferraille d'acier en Inde

1. Contexte
En raison de la forte dépendance de l'Inde aux combustibles fossiles comme le charbon et le pétrole, l'industrie sidérurgique indienne utilise principalement du charbon à coke pour la fabrication du fer en haut fourneau et du charbon non cokéfiable pour la réduction directe et la production d'énergie. Le pétrole est utilisé à la fois comme combustible (pour le réchauffage) et pour le transport interne. Les émissions de CO₂ de l'industrie sidérurgique indienne représentent environ 12 % des émissions industrielles totales du pays, soit environ 7 % à 9 % du total mondial. Bien que le procédé BF-BOF (haut fourneau-convertisseur à oxygène) représente moins de 50 % de la production totale d'acier de l'Inde, l'intensité des émissions de CO₂ de l'Inde est supérieure de plus de 30 % à la moyenne mondiale.
La neutralité carbone est l'un des problèmes les plus urgents auxquels le monde est confronté aujourd'hui. Le gouvernement indien a également inscrit la neutralité carbone à son ordre du jour, proposant d'atteindre zéro émission nette d'ici 2070. Pour atteindre cet objectif, l'industrie sidérurgique indienne prend des mesures pour réduire l'intensité des émissions. Les options à court terme incluent la réduction de la consommation d'énergie dans les procédés actuellement utilisés et l'augmentation de l'utilisation de la ferraille d'acier. Le captage, l'utilisation et le stockage du carbone (CCUS) est également une option, mais il implique des dépenses d'investissement. Le ministère indien de l'Acier vise à ce que les grands sidérurgistes augmentent le taux de ferraille à 50 % d'ici 2050.
2. Situation de production des grands sidérurgistes indiens
2.1 Procédés de fabrication de l'acier Les capacités actuelles et les procédés de fabrication de l'acier des grands fabricants d'acier indiens sont répertoriés dans le tableau 1 ci-dessous. Au cours de l'exercice 2023, la production d'acier brut des principaux fabricants représentait 60,7 % du total, dont environ 70 % produite via le convertisseur à oxygène (BOF) et les 30 % restants via la production au four à arc électrique (EAF).
Tableau 1 - Capacités actuelles et procédés de fabrication de l'acier des grands fabricants d'acier indiens
2.2 Utilisation du minerai de fer et de la ferraille d'acier
En Inde, l'utilisation de la ferraille d'acier par les grands sidérurgistes reste inférieure à 10 %, passant de 8,44 % au cours de l'exercice 2022 à 7,27 % au cours de l'exercice 2023. Globalement, malgré une augmentation des importations, la part de la ferraille d'acier dans l'apport total d'acier est passée de 22,76 % au cours de l'exercice 2022 à 21,16 % au cours de l'exercice 2023, principalement en raison de la hausse des prix de la ferraille. La consommation intérieure de ferraille d'acier au cours de l'exercice 2023 était de 21,649 millions de tonnes, contre 27,837 millions de tonnes au cours de l'exercice 2022.
La réduction de l'utilisation de la ferraille d'acier est attribuée à une baisse de la production intérieure, à des augmentations de prix et à une disponibilité limitée de la ferraille importée. Le ministère indien de l'Acier note que les niveaux actuels d'utilisation de la ferraille ne répondent pas aux attentes du gouvernement en matière de réduction des émissions de carbone. Environ 60 pays ont interdit ou sont en train d'interdire les exportations de ferraille d'acier. Bien que la production intérieure de ferraille d'acier en Inde puisse augmenter, il est peu probable qu'elle réduise significativement les émissions. En raison d'une disponibilité insuffisante de ferraille, les usines de fours à arc électrique (EAF) sont contraintes d'utiliser de la fonte brute, représentant plus de 40 % de l'apport total d'acier, dépassant 42,2 % au cours de l'exercice 2022 et 43,2 % au cours de l'exercice 2023. L'utilisation accrue de fer réduit directement (DRI) (à base de charbon) ne contribue pas significativement à la réduction des émissions. La faible proportion de ferraille est l'une des raisons de la forte intensité des émissions de l'Inde. Chaque tonne de ferraille d'acier peut réduire les émissions de CO₂ de 1,5 tonne et économiser 1,4 tonne de minerai de fer, 740 kilogrammes de charbon et 120 kilogrammes de calcaire.
3. Production d'acier et procédés attendus pour 2030 et 2050
3.1 Production d'acier
Selon la politique nationale de l'acier de l'Inde publiée en 2017, la production d'acier brut pour l'exercice 2031 devrait atteindre 255 millions de tonnes. Cela nécessite un taux de croissance annuel composé (TCAC) de 9,2 % pour la production d'acier brut de l'exercice 2023 à l'exercice 2031.
Selon les prévisions de Crisil, l'Inde devrait dépenser près de 143 milliards de roupies pour le développement des infrastructures au cours des exercices 2024-2030, soit plus du double des 670 milliards de roupies dépensés au cours des 7 exercices précédents à partir de 2017. Sur les 15 exercices de 2016 à 2031, le TCAC moyen est projeté à 7 % ; pour les 15 exercices de 2008 à 2023, le TCAC réel était de 5,8 % ; et pour les 5 exercices de 2018 à 2023 (hors exercice 2021 impacté), le TCAC était de 7,2 %. Par conséquent, compte tenu de l'accent mis par le gouvernement indien sur le développement des infrastructures, un TCAC estimé à 8 % est anticipé pour l'exercice 2031. Sur la base d'un TCAC de 8 %, la production d'acier brut pour l'exercice 2031 est projetée à 233,7 millions de tonnes. En tenant compte de diverses prévisions, la production d'acier brut de l'Inde est estimée à environ 500 millions de tonnes d'ici l'an 2050.
3.2 Procédés sidérurgiques
Selon la politique nationale de l'acier, d'ici l'exercice 2031, 60 % à 65 % de la production d'acier brut en Inde se fera via la filière BF-BOF, et 35 % à 40 % via le procédé DRI-EAF. Compte tenu de la situation actuelle où l'Inde dispose de 71 hauts-fourneaux, dont 5 en construction, et que 22 nouveaux hauts-fourneaux supplémentaires ont été annoncés, même d'ici 2050, l'Inde devrait conserver une capacité de production BF-BOF significative, suggérant que les hauts-fourneaux continueront à jouer un rôle crucial.
4. Prévision de disponibilité de la ferraille en Inde pour 2030 et 2050
La production estimée de ferraille en Inde était d'environ 280 millions de tonnes pour l'exercice 2022 et d'environ 220 millions de tonnes pour l'exercice 2023. En tant que pays en développement, plus de 60 % de la production d'acier indienne est destinée aux secteurs des infrastructures et de la construction, avec une durée de vie d'environ 50 ans, de sorte que la quantité de ferraille générée ne sera pas substantielle.
Les véhicules en fin de vie sont l'une des sources de ferraille. Le gouvernement indien a mis en œuvre une politique de mise à la casse des véhicules en 2022, imposant la mise à la casse des véhicules particuliers de plus de 20 ans et des véhicules utilitaires de plus de 15 ans. On estime que la ferraille provenant des véhicules mis à la casse s'élèvera à 4,6 millions de tonnes pour l'exercice 2023, 5,3 millions de tonnes pour l'exercice 2025 et 7,3 millions de tonnes d'ici 2030. D'ici 2050, ce chiffre pourrait atteindre environ 15 millions de tonnes.
Les autres sources de ferraille incluent les navires démantelés, les chantiers de construction, les usines, les ateliers et la ferraille générée en interne par les aciéries. D'ici 2030, le démantèlement des navires pourrait produire 7 à 7,5 millions de tonnes de ferraille, et la ferraille générée en interne dans les aciéries représente environ 8 % de la production d'acier brut. D'ici 2030 et 2050, les estimations suggèrent que cette source pourrait générer respectivement environ 200 millions de tonnes et 400 millions de tonnes de ferraille.
À l'échelle mondiale, on estime que la production d'acier brut atteindra 1,95 milliard de tonnes d'ici 2030, avec une consommation de ferraille de 828 millions de tonnes et un taux d'utilisation de la ferraille de 35 % à 36 %. Le rapport BF/EAF devrait être de 60:40, contre un rapport actuel de 70:30.
5. Prévision de la structure et des procédés d'apport d'acier pour les exercices 2030 et 2050
Les procédés sidérurgiques indiens pour l'exercice 2023 comprennent 46 % de BF-BOF, 22 % de BF/DRI-EAF et 32 % de IF (DRI et ferraille). Les taux d'utilisation de la ferraille dans les hauts-fourneaux, les fours à arc électrique et les fours à induction sont d'environ 8 %, 27 % et 30 % respectivement ; les taux de fonte liquide sont de 92 %, 43 % et 0 %, tandis que ceux du DRI sont de 0 %, 30 % et 70 %. Du DRI utilisé dans les fours à arc électrique, environ 85 % est à base de gaz, et les 15 % restants sont à base de charbon, et les fours à induction utilisent 100 % de DRI à base de charbon. La fonte liquide inclut la production des fours de réduction en fusion.
Lors de la planification des futurs procédés, deux points clés sont cruciaux : premièrement, réduire la forte proportion de BF-BOF pour diminuer les émissions de CO2 ; deuxièmement, diminuer la proportion de fours à induction pour produire davantage d'aciers de haute qualité. Il est recommandé d'adopter les procédés présentés dans le tableau 2 ci-dessous.
Tableau 2 - Procédés sidérurgiques recommandés (%)
Le tableau 3 liste la production d'acier brut prévue, les besoins en intrants et leurs proportions (fonte liquide : fer réduit direct : ferraille) pour les principales aciéries et autres fabricants pour les exercices 2030 et 2050, ainsi que les données réelles pour l'exercice 2023.
Tableau 3 - Production d'acier brut prévue, besoins en intrants et proportions (millions de tonnes, %) pour les sidérurgistes indiens
6. Conclusion
Actuellement, l'intensité des émissions de CO2 de l'industrie sidérurgique indienne est supérieure de 30 % à la moyenne mondiale, confrontée à un double défi de disponibilité insuffisante de ferraille et de gaz naturel. En conséquence, l'utilisation importante de fonte liquide et de fer réduit direct (DRI) à base de charbon entraîne une forte intensité d'émissions. De plus, en raison des restrictions ou interdictions d'exportation de ferraille par la plupart des pays pour augmenter l'utilisation nationale de ferraille, l'importation de ferraille est également extrêmement difficile.
Il sera difficile de remplacer tous les hauts-fourneaux d'ici 2050, car certains ont été récemment mis en service et d'autres sont encore en construction. Par conséquent, augmenter l'utilisation de ferraille à 50 % d'ici 2050 n'est pas réalisable pour les grandes aciéries indiennes.
On prévoit que d'ici 2050, le taux de ferraille en Inde pourrait atteindre 25 % (actuellement environ 20 %), les grands sidérurgistes atteignant 20 % (actuellement environ 10 %).
La production traditionnelle de ferraille repose fortement sur le charbon et le DRI à base de charbon, entraînant des émissions de carbone élevées. En revanche, la sidérurgie par four à arc électrique (EAF) utilise l'électricité pour chauffer la ferraille et le fer, réduisant la demande de charbon et diminuant considérablement les émissions de carbone.
Dans la sidérurgie par four électrique à arc court, l'application Adsorption par variation de pression sous vide (VPSA) des unités d'oxygène est cruciale pour améliorer le contrôle du four et l'efficacité de production. Les installations d'oxygène VPSA utilisent des tamis moléculaires pour produire de l'oxygène enrichi à partir de l'air. Par rapport aux systèmes cryogéniques traditionnels, les systèmes d'oxygène VPSA présentent des coûts de construction et d'exploitation plus faibles, et peuvent ajuster le débit d'oxygène en fonction des variations de la demande lors de la sidérurgie, ce qui contribue à optimiser l'atmosphère du four et les réactions chimiques dans le bain fondu pour améliorer l'efficacité du fonctionnement du four ainsi que la qualité des produits sidérurgiques, et contribuer à des réductions substantielles de la consommation d'énergie et des émissions, réduisant ainsi l'empreinte carbone globale.
Forte de 25 ans d'expertise en séparation des gaz, PKU Pioneer est leader international dans la technologie de production d'oxygène VPSA en termes de capacité d'oxygène, de performance des équipements et d'efficacité énergétique. PKU Pioneer a fourni des solutions de production d'oxygène de haute qualité à plus de 70 entreprises sidérurgiques dans le monde, dont des leaders mondiaux comme Baosteel, aidant les utilisateurs à optimiser les processus sidérurgiques, à réduire la consommation d'énergie et à atteindre un développement durable et écologique.