Impulsionando a Aplicação de Geração de Oxigênio VPSA: Expansão do Fornecimento e Utilização de Sucata de Aço na Índia

1. Contexto
Devido à forte dependência da Índia de combustíveis fósseis, como carvão e petróleo, a indústria siderúrgica indiana utiliza principalmente carvão coqueificável para produção de ferro em alto-forno e carvão não coqueificável para redução direta e geração de energia. O petróleo é usado tanto como combustível (para reaquecimento) quanto para transporte interno. As emissões de CO2 da indústria siderúrgica indiana representam cerca de 12% do total de emissões industriais do país, constituindo aproximadamente 7%-9% do total global. Embora o processo BF-BOF (Alto-Forno-Conversor a Oxigênio Básico) represente menos de 50% da produção total de aço da Índia, a intensidade de emissão de CO2 da Índia é mais de 30% superior à média global.
A neutralidade de carbono é uma das questões mais prementes que o mundo enfrenta atualmente. O governo indiano também colocou a neutralidade de carbono na agenda, propondo atingir emissões líquidas zero até 2070. Para atingir esse objetivo, a indústria siderúrgica indiana está tomando medidas para reduzir a intensidade das emissões. As opções de curto prazo incluem reduzir o consumo de energia nos processos atualmente utilizados e aumentar o uso de sucata de aço. A Captura, Utilização e Armazenamento de Carbono (CCUS) também é uma opção, mas envolve despesas de capital. O Ministério do Aço da Índia tem como objetivo que as principais siderúrgicas aumentem a proporção de sucata para 50% até 2050.
2. Situação de Produção das Principais Siderúrgicas Indianas
2.1 Processos de Fabricação de Aço As capacidades atuais e os processos de fabricação de aço dos principais fabricantes de aço indianos estão listados na Tabela 1 abaixo. No ano fiscal de 2023, a produção de aço bruto dos principais fabricantes representou 60,7% do total, com aproximadamente 70% produzido via conversor a oxigênio básico (BOF) e os 30% restantes via produção em forno elétrico a arco (EAF).
Tabela 1 - Capacidades Atuais e Processos de Fabricação de Aço dos Principais Fabricantes de Aço Indianos
2.2 Uso de Minério de Ferro e Sucata de Aço
Na Índia, a utilização de sucata de aço pelas principais siderúrgicas permanece abaixo de 10%, diminuindo de 8,44% no ano fiscal de 2022 para 7,27% no ano fiscal de 2023. No geral, apesar do aumento nas importações, a participação da sucata de aço no insumo total de aço diminuiu de 22,76% no ano fiscal de 2022 para 21,16% no ano fiscal de 2023, principalmente devido ao aumento dos preços da sucata de aço. O consumo doméstico de sucata de aço no ano fiscal de 2023 foi de 21,649 milhões de toneladas, abaixo dos 27,837 milhões de toneladas no ano fiscal de 2022.
A redução no uso de sucata de aço é atribuída à diminuição da produção doméstica, ao aumento de preços e à disponibilidade limitada de sucata de aço importada. O Ministério do Aço da Índia observa que os níveis atuais de uso de sucata de aço não atendem às expectativas do governo para reduzir as emissões de carbono. Aproximadamente 60 países proibiram ou estão em processo de proibição das exportações de sucata de aço. Embora a produção doméstica de sucata de aço na Índia possa aumentar, é improvável que reduza significativamente as emissões. Devido à disponibilidade insuficiente de sucata de aço, as siderúrgicas com Forno Elétrico a Arco (EAF) são obrigadas a usar ferro-gusa, representando mais de 40% do insumo total de aço, excedendo 42,2% no ano fiscal de 2022 e 43,2% no ano fiscal de 2023. O aumento do uso de Ferro Reduzido Diretamente (DRI) (à base de carvão) não contribui significativamente para a redução de emissões. A baixa proporção de sucata de aço é uma das razões para a alta intensidade de emissão da Índia. Cada tonelada de sucata de aço pode reduzir as emissões de CO2 em 1,5 tonelada e economizar 1,4 tonelada de minério de ferro, 740 quilogramas de carvão e 120 quilogramas de calcário.
3. Produção e Processos de Aço Esperados para 2030 e 2050
3.1 Produção de Aço
De acordo com a Política Nacional do Aço da Índia divulgada em 2017, espera-se que a produção de aço bruto no ano fiscal de 2031 atinja 255 milhões de toneladas. Isso exige uma taxa de crescimento anual composta (CAGR) de 9,2% para a produção de aço bruto do ano fiscal de 2023 ao ano fiscal de 2031.
De acordo com previsões da Crisil, espera-se que a Índia gaste quase 143 bilhões de rúpias em desenvolvimento de infraestrutura durante os anos fiscais de 2024-2030, mais que o dobro dos 670 bilhões de rúpias gastos nos 7 anos fiscais anteriores, a partir de 2017. Ao longo dos 15 anos fiscais de 2016-2031, a CAGR média é projetada em 7%; para os 15 anos fiscais de 2008-2023, a CAGR real foi de 5,8%; e para os 5 anos fiscais de 2018-2023 (excluindo o ano fiscal impactado de 2021), a CAGR foi de 7,2%. Portanto, dado o foco do governo indiano no desenvolvimento de infraestrutura, uma CAGR estimada de 8% é prevista para o ano fiscal de 2031. Com base em uma CAGR de 8%, a produção de aço bruto no ano fiscal de 2031 é projetada para atingir 233,7 milhões de toneladas. Considerando várias previsões, a produção de aço bruto da Índia é estimada em cerca de 500 milhões de toneladas até o ano de 2050.
3.2 Processos Siderúrgicos
De acordo com a Política Nacional do Aço, até o ano fiscal de 2031, 60%-65% da produção de aço bruto na Índia será pela rota BF-BOF, e 35%-40% será pelo processo DRI-EAF. Dada a situação atual de que a Índia possui atualmente 71 altos-fornos, com 5 em construção, e mais 22 novos altos-fornos foram anunciados. Portanto, mesmo até o ano de 2050, espera-se que a Índia tenha uma capacidade significativa de produção por BF-BOF, sugerindo que os altos-fornos continuarão a desempenhar um papel crucial.
4. Disponibilidade Prevista de Sucata de Aço na Índia para 2030 e 2050
A geração estimada de sucata de aço na Índia foi de aproximadamente 280 milhões de toneladas no ano fiscal de 2022 e cerca de 220 milhões de toneladas no ano fiscal de 2023. Como país em desenvolvimento, mais de 60% da produção de aço da Índia é dedicada aos setores de infraestrutura e construção, com vida útil de cerca de 50 anos, portanto, a quantidade de sucata de aço gerada não será substancial.
Veículos em fim de vida são uma das fontes de sucata de aço. O governo indiano implementou uma política de sucateamento de veículos em 2022, determinando que veículos de passageiros com mais de 20 anos e veículos comerciais com mais de 15 anos devem ser sucateados. Estima-se que a sucata de aço de veículos sucateados totalizará 4,6 milhões de toneladas no ano fiscal de 2023, 5,3 milhões de toneladas no ano fiscal de 2025 e 7,3 milhões de toneladas até 2030. Até 2050, esse número pode aumentar para aproximadamente 15 milhões de toneladas.
Outras fontes de sucata de aço incluem navios desativados, canteiros de obras, fábricas, oficinas e sucata gerada internamente nas usinas siderúrgicas. Até 2030, a quebra de navios pode produzir 7-7,5 milhões de toneladas de sucata de aço, e a sucata gerada internamente nas usinas siderúrgicas representa cerca de 8% da produção de aço bruto. Até 2030 e 2050, as estimativas sugerem que esta fonte poderia gerar aproximadamente 200 milhões de toneladas e 400 milhões de toneladas de sucata de aço, respectivamente.
Globalmente, estima-se que a produção de aço bruto atingirá 1,95 bilhão de toneladas até 2030, com consumo de sucata de aço em 828 milhões de toneladas e uma taxa de utilização de sucata de aço de 35%-36%. A proporção BF para EAF é esperada em 60:40, em comparação com a proporção atual de 70:30.
5. Estrutura e Processos de Insumo de Aço Previstos para o AF de 2030 e AF de 2050
Os processos siderúrgicos da Índia para o ano fiscal de 2023 consistem em 46% BF-BOF, 22% BF/DRI-EAF e 32% IF (DRI e sucata). As taxas de uso de sucata de aço em altos-fornos, fornos elétricos a arco e fornos de indução são de aproximadamente 8%, 27% e 30%, respectivamente; as taxas de ferro-gusa são de 92%, 43% e 0%, enquanto as de DRI são de 0%, 30% e 70%. Do DRI usado em fornos elétricos a arco, cerca de 85% é à base de gás e os 15% restantes são à base de carvão, e os fornos de indução usam 100% DRI à base de carvão. O ferro-gusa inclui a produção de fornos de redução por fusão.
Ao planejar processos futuros, 2 pontos-chave são cruciais: primeiro, reduzir a alta proporção de BF-BOF para diminuir as emissões de CO2; segundo, diminuir a proporção de fornos de indução para produzir mais tipos de aço de alta qualidade. Recomenda-se adotar os processos mostrados na Tabela 2 abaixo.
Tabela 2 - Processos Siderúrgicos Recomendados (%)
A Tabela 3 apresenta a produção prevista de aço bruto, os requisitos de insumos e suas proporções (ferro-gusa: ferro reduzido diretamente: sucata) para as principais usinas siderúrgicas e outros fabricantes nos anos fiscais de 2030 e 2050, juntamente com os dados reais do ano fiscal de 2023.
Tabela 3 – Produção Prevista de Aço Bruto, Requisitos de Insumos e Proporções (Milhões de Toneladas, %) para Siderúrgicas Indianas
6. Conclusão
Atualmente, a intensidade de emissões de CO2 da indústria siderúrgica indiana é 30% maior que a média global, enfrentando um duplo desafio de disponibilidade insuficiente de sucata e gás natural. Como resultado, o uso significativo de ferro-gusa e Ferro Reduzido Diretamente (DRI) à base de carvão leva a uma alta intensidade de emissões. Além disso, devido a restrições ou proibições de exportação de sucata pela maioria dos países para aumentar o uso doméstico de sucata, a importação de sucata também é extremamente desafiadora.
Será difícil substituir todos os altos-fornos até 2050, pois alguns foram recentemente comissionados e outros ainda estão em construção. Portanto, aumentar o uso de sucata para 50% até 2050 não é viável para as principais usinas siderúrgicas indianas.
Projeta-se que, até 2050, a proporção de sucata na Índia possa atingir 25% (atualmente cerca de 20%), com os principais siderúrgicos alcançando 20% (atualmente cerca de 10%).
A produção tradicional de aço a partir de sucata depende fortemente de carvão e DRI à base de carvão, levando a altas emissões de carbono. Em contraste, a siderurgia em forno elétrico a arco (EAF) usa eletricidade para aquecer a sucata e o ferro, reduzindo a demanda por carvão e diminuindo significativamente as emissões de carbono.
Na siderurgia EAF de processo curto, a aplicação de Adsorção por Oscilação de Pressão a Vácuo (VPSA) unidades de oxigênio é crucial para melhorar o controle do forno e a eficiência da produção. As plantas de oxigênio VPSA empregam peneiras moleculares para gerar oxigênio enriquecido a partir do ar. Em comparação com os sistemas criogênicos tradicionais, os sistemas de oxigênio VPSA têm custos de construção e operação mais baixos e podem ajustar o fluxo de oxigênio de acordo com as variações de demanda durante a siderurgia, o que ajuda a otimizar a atmosfera do forno e as reações químicas no banho metálico para, além disso, melhorar a eficiência operacional do forno e a qualidade do produto siderúrgico, contribuindo para reduções substanciais no consumo de energia e emissões, diminuindo assim a pegada geral de carbono.
Com 25 anos de experiência em separação de gases, a PKU Pioneer lidera internacionalmente em tecnologia de produção de oxigênio VPSA em termos de capacidade de oxigênio, desempenho do equipamento e eficiência energética. A PKU Pioneer forneceu soluções de geração de oxigênio de alta qualidade para mais de 70 empresas siderúrgicas em todo o mundo, incluindo líderes globais como a Baosteel, ajudando os usuários a otimizar processos siderúrgicos, reduzir o consumo de energia e alcançar um desenvolvimento sustentável e ecológico.