A Siderurgia com Forno Elétrico a Arco (FEA) Abraça Oportunidades Promissoras na China, Impulsionando um Futuro Brilhante para a Geração de Oxigênio VPSA

1. Necessidade de Desenvolver o Processo Curto de Siderurgia com Forno Elétrico a Arco (FEA)

Alcançar o pico de carbono até 2030 e a neutralidade de carbono até 2060 é uma importante decisão estratégica tomada pelo governo chinês e um compromisso solene com o mundo. Desde a reforma e abertura, a indústria siderúrgica da China se desenvolveu rapidamente. A produção de aço bruto aumentou de 31,78 milhões de toneladas em 1978 (4,4% do total mundial) para ultrapassar 100 milhões de toneladas pela primeira vez em 1996, atingindo 101,24 milhões de toneladas (13,5% do total mundial), tornando a China o maior produtor de aço do mundo, e depois excedendo 1 bilhão de toneladas em 2020, com 1,053 bilhão de toneladas (56,7% do total mundial).

Embora tenha havido um leve declínio nos últimos 3 anos, ainda atingiu 1,013 bilhão de toneladas em 2022 (cerca de 54% do total mundial). O setor siderúrgico da China continua fortemente dependente de energia fóssil à base de carvão, resultando em emissões significativas de carbono, representando cerca de 16% do total nacional, atrás apenas da geração de energia e do transporte.

Portanto, reduzir efetivamente as emissões de carbono no processo de produção de aço tornou-se uma questão importante que precisa ser resolvida urgentemente para a indústria siderúrgica e para o país como um todo.

A baixa proporção da produção de aço por FEA é uma das principais razões para as altas emissões de carbono, consumo de energia e poluição na indústria siderúrgica da China.

Globalmente, a participação da fabricação de aço por FEA na produção total aumentou de 7,3% no início dos anos 1950 para 32%-35% atualmente. Em países como Irã, Turquia, Estados Unidos e Índia, representa mais de 50%, com alguns excedendo 90%. De acordo com a Associação Chinesa de Ferro e Aço, em 2022, a produção de aço por FEA na China foi responsável por apenas 9,7% da produção total de aço bruto, muito abaixo da média global de 30%.

Em comparação com o processo longo tradicional de alto-forno-conversor, o processo curto de FEA usando apenas sucata reduz o consumo de energia por tonelada de aço em cerca de 50%, as emissões de resíduos sólidos em aproximadamente 96%, as emissões de gases residuais em cerca de 78%, as emissões de carbono em cerca de 73% e os poluentes atmosféricos gerais em cerca de 90%. Seguindo os padrões de desenvolvimento industrial dos países desenvolvidos, se a produção total de aço da China permanecer constante e a proporção da siderurgia por FEA subir para 30% até 2035, as emissões de dióxido de carbono poderiam ser reduzidas em cerca de 15%. Os benefícios de economia de energia e redução de emissões do desenvolvimento do processo curto de FEA são, portanto, altamente significativos.

Além disso, a siderurgia de processo curto de FEA oferece vantagens adicionais, como a capacidade de iniciar e interromper a produção conforme necessário, alta eficiência e flexibilidade, e o potencial de servir como um centro para reciclagem de resíduos urbanos. Consequentemente, enfatizar o desenvolvimento do processo curto de FEA, usando principalmente sucata como matéria-prima, é uma decisão estratégica crucial para alcançar o desenvolvimento sustentável na indústria siderúrgica.

2. A Siderurgia com FEA na China Está Abraçando Oportunidades Favoráveis de Desenvolvimento

A siderurgia com FEA na China está encontrando oportunidades favoráveis de desenvolvimento, refletidas em três áreas principais:

1) Aumento da Disponibilidade de Recursos de Sucata:

Estima-se que até 2025, a China gerará mais de 300 milhões de toneladas de sucata. A liberação substancial de recursos de sucata fornece uma base sólida para o desenvolvimento da siderurgia com FEA.

2) Promoção pelas Tendências de Desenvolvimento de Baixo Carbono na Indústria Siderúrgica:

A intensidade de emissão de carbono do processo longo de alto-forno-conversor a oxigênio (BF-BOF) é significativamente maior do que a do processo curto de FEA com sucata total. A inclusão da indústria siderúrgica no mercado nacional de negociação de emissões de carbono e a introdução de políticas de imposto sobre carbono aumentarão ainda mais a competitividade do processo curto de FEA. Além disso, a incorporação de dados de pegada de carbono e medidas de redução de carbono nos indicadores de produtos siderúrgicos por usuários de aços especiais de alto nível também promoverá o desenvolvimento da siderurgia com FEA.

3) Incentivo por Políticas Nacionais:

Desde 2016, uma série de políticas e documentos foram emitidos pelos governos nacional e provincial para incentivar o desenvolvimento da tecnologia de siderurgia com FEA. Notavelmente, em agosto de 2019, o Ministério da Indústria e Tecnologia da Informação (MIIT) emitiu um documento que propunha explicitamente que, até o final de 2025, a proporção de capacidade de FEA substituída e construída por cada província não deveria ser inferior a 30% da capacidade total de produção assumida. Isso proporciona um ambiente político favorável para o desenvolvimento da siderurgia com FEA.

3. Qual é a Direção de Desenvolvimento para as Usinas Siderúrgicas com FEA na China?

Devido à relativa escassez de recursos de sucata e ao alto custo da siderurgia com FEA, ainda não é maduro para a China desenvolver maciçamente a siderurgia com FEA com sucata total. Um aumento significativo na proporção da siderurgia com FEA é esperado para ocorrer após 2030, ou mesmo após 2035. Isso depende de 3 fatores:

1) Prevê-se que a China precisará de mais 8 a 10 anos para ter um fornecimento relativamente suficiente de sucata.

2) Projeta-se que, após 2030, a demanda total de aço da China diminuirá para menos de 800 milhões de toneladas. O fechamento de algumas usinas de processo longo reduzirá o consumo de sucata usada em conversores.

3) O desenvolvimento verde promoverá a construção de usinas siderúrgicas urbanas. O processo curto do FEA pode consumir resíduos sociais, como sucata, excedente de eletricidade e água recuperada urbana gerados ao redor das cidades, fomentando a coexistência harmoniosa entre empresas siderúrgicas e cidades.

Então, como as usinas siderúrgicas chinesas que usam o processo curto de FEA devem se desenvolver atualmente e no futuro? As seguintes abordagens podem ser consideradas:

1) Explorar múltiplos canais para a obtenção de materiais contendo ferro que possam substituir a sucata. O ferro reduzido diretamente (DRI), o ferro briquetado a quente (HBI) e o ferro-gusa líquido de alto-forno são atualmente as alternativas mais comuns. Devido à falta de gás natural,

2) Desenvolver usinas siderúrgicas urbanas de processo curto. Ao desenvolver a siderurgia de processo curto com forno elétrico a arco (FEA), a China pode aprender com a experiência das Miniusinas dos EUA e posicionar estrategicamente as usinas siderúrgicas nos arredores das cidades. Essa localização seria vantajosa para o acesso a sucata e outros resíduos sólidos ferrosos da cidade. Além disso, fornos de pirólise de biomassa podem ser usados para processar resíduos urbanos e resíduos agrícolas, como palha, produzindo gases redutores como monóxido de carbono e metano, bem como outros recursos de carbono de baixo custo como redutores para fornos de cuba rotativa. Gases residuais e calor residual podem ser usados para geração de energia, estabelecendo um sistema inteligente de gerenciamento de energia em microrrede. Esse sistema pode fazer pleno uso de eletricidade fora do horário de pico ou de geração de energia limpa, permitindo que o FEA ajude a equilibrar a carga da rede elétrica urbana. Isso contribui para o uso eficiente e verde da energia, reduz os custos da siderurgia e promove a convivência harmoniosa entre as empresas siderúrgicas e as cidades. Essas usinas siderúrgicas urbanas, focadas em produtos como vergalhões e fios-máquina, devem idealmente ter uma capacidade de produção de cerca de 1 milhão de toneladas por ano.

3) Finalmente, transferir a indústria siderúrgica da China para ser dominada pelo processo curto com FEA sob condições de recursos de sucata relativamente abundantes e eletricidade limpa. De acordo com estimativas da Associação Chinesa de Ferro e Aço e outras organizações relevantes, os recursos de sucata da China podem atingir 400 milhões de toneladas até 2035. Nesse ponto, o desenvolvimento significativo da siderurgia com FEA de processo curto realmente começará. Até 2050, espera-se que os recursos de sucata da China atinjam aproximadamente 550 milhões de toneladas, com uma produção de aço bruto de cerca de 800 milhões de toneladas. Nesse cenário, uma proporção de mais de 70% do aço bruto será produzida usando o processo curto com FEA, principalmente com sucata como matéria-prima principal, complementada por DRI fabricado via hidrometalurgia, enquanto a da produção de aço bruto de processo longo não excederá 30%.

Os equipamentos industriais de geração de oxigênio por VPSA (adsorção por oscilação de pressão a vácuo) desempenham um papel crucial na siderurgia com forno elétrico a arco (FEA) de processo curto. Os equipamentos de oxigênio VPSA podem fornecer oxigênio enriquecido de forma econômica e eficiente, aumentando a temperatura interna do FEA, acelerando o processo de fusão e, assim, melhorando significativamente a eficiência da siderurgia. Além disso, ajudam a reduzir o consumo de combustível, diminuir os custos de energia e reduzir as emissões de CO2 e outros gases nocivos, apoiando as metas ambientais. Além disso, a introdução de oxigênio promove a formação de escória, removendo eficazmente as impurezas do aço fundido, melhorando assim a pureza e a qualidade do aço. A aplicação das unidades de oxigênio VPSA torna o processo siderúrgico mais flexível e controlável, atendendo melhor às demandas de produção de vários tipos de produtos de aço.

A PKU Pioneer está na vanguarda da sistemas de geração de oxigênio VPSA indústria, estabelecendo-se como uma marca líder reconhecida por fornecer soluções de fornecimento de oxigênio de primeira linha. Até hoje, a PKU Pioneer forneceu com sucesso soluções de plantas de oxigênio VPSA de alta qualidade para quase 70 importantes empresas siderúrgicas em todo o mundo e alcançou inovadoramente uma capacidade máxima de 10.000 Nm³/h em uma única usina siderúrgica. Além disso, a tecnologia proprietária da PKU Pioneer de purificação de CO por PSA para gases residuais de usinas siderúrgicas pode separar CO de alta pureza a 99,9%, que é então usado para sintetizar produtos químicos como ácido fórmico e etilenoglicol, estabelecendo vários recordes mundiais. Os fabricantes de aço não apenas viram melhorias significativas em sua eficiência de produção e qualidade do produto, mas também alcançaram avanços notáveis na economia de energia e redução de emissões. Esses benefícios foram fundamentais para facilitar práticas de produção verde na indústria siderúrgica, impulsionando a transição para processos de fabricação mais sustentáveis.