Nova tecnologia produz ferro a partir de hidrogénio e resíduos da indústria siderúrgica

Uma nova tecnologia desenvolvida pelo Instituto de Tecnologia Química (ITQ), centro de investigação conjunto do Conselho Superior de Investigações Científicas (CSIC) e da Universidade Politécnica de Valência (UPV), permite produzir ferro a partir de resíduos gerados no processo de laminação da indústria siderúrgica. Esta técnica inovadora alcança um rendimento de 92% através da utilização de hidrogénio verde – produzido com recurso a energias renováveis –, contribuindo para a redução das emissões de carbono numa das indústrias mais poluentes do mundo.

Uma nova tecnologia desenvolvida pelo Instituto de Tecnologia Química (ITQ), centro de investigação conjunto do Conselho Superior de Investigações Científicas (CSIC) e da Universidade Politécnica de Valência (UPV), permite produzir ferro a partir de resíduos gerados no processo de laminação da indústria siderúrgica. Esta técnica inovadora alcança um rendimento de 92% através da utilização de hidrogénio verde – produzido com recurso a energias renováveis –, contribuindo para a redução das emissões de carbono numa das indústrias mais poluentes do mundo.

A investigação baseia-se na tecnologia Direct Reduction of Iron (DRI), ou redução direta do ferro, um processo através do qual o minério de ferro é convertido em ferro metálico, na sua forma pura, sem necessidade de fusão. Para isso, recorre-se a gases redutores, como o hidrogénio, em substituição dos altos-fornos tradicionais alimentados a carvão mineral. Ao operar a temperaturas mais baixas, o processo requer menos energia, apresenta maior eficiência energética e gera menos emissões de dióxido de carbono do que as tecnologias convencionais, sobretudo quando utiliza hidrogénio verde obtido a partir da eletrólise da água com eletricidade proveniente de fontes renováveis.

“O principal resultado da nossa investigação foi demonstrar o conceito da tecnologia através da qual conseguimos transformar um resíduo industrial em ferro metálico reutilizável pela indústria siderúrgica, de forma sustentável e com baixa pegada de carbono. Além disso, obtivemos um rendimento do processo de 92% num reator de leito móvel à escala piloto, desenvolvido nas instalações do ITQ”, explica José Manuel Serra, investigador do CSIC e diretor do ITQ.

Esta investigação integra o projeto Hymet, cujo objetivo passa pela recuperação de resíduos ricos em ferro para a sua transformação em matérias-primas úteis. O trabalho desenvolvido pelo ITQ decorreu em três fases. Numa primeira etapa, foi realizado um estudo in situ por difração de raios X da redução dos resíduos – concretamente da carepa de laminação, uma camada de óxido de ferro que se desprende do metal durante o processo produtivo –, com o objetivo de determinar as transições cristalográficas ocorridas durante o processo DRI.

Posteriormente, realizaram-se os primeiros ensaios num reator de leito fixo – equipamento industrial no qual um sólido permanece imóvel enquanto um gás ou líquido circula através dele para promover uma reação química –, de modo a determinar as condições operatórias mais adequadas. Após essa fase, os resíduos foram tratados num reator concebido e fabricado pelo ITQ, no qual foi demonstrado o potencial de aplicação industrial da tecnologia desenvolvida.

“Este trabalho demonstrou a viabilidade da reutilização de resíduos industriais para a produção de materiais de elevado valor acrescentado através da utilização de hidrogénio verde. Além disso, evidenciou a capacidade do consórcio para analisar o processo em diferentes escalas, desde o nível atómico até à sua ampliação numa instalação de demonstração. Tudo isto demonstra a multidisciplinaridade do consórcio e a sua capacidade para desenvolver processos industriais de descarbonização nas instalações do ITQ e do Hub de Inovação Greenruptive do CSIC”, destaca Alfonso Carrillo, investigador principal do CSIC no ITQ (CSIC-UPV).

Colaboração público-privada

O projeto Hymet culminou com a construção e entrada em funcionamento de uma unidade piloto nas instalações da Greenruptive, em Paterna, Valência, com capacidade para produzir 500 toneladas de ferro por ano. A tecnologia foi desenvolvida graças à colaboração entre centros de investigação do CSIC, como o ITQ e o Centro Nacional de Investigações Metalúrgicas (CENIM-CSIC), responsável pelos pré-tratamentos dos resíduos e pela otimização das propriedades dos pellets.

Participaram igualmente as empresas Celsa, fornecedora dos resíduos de carepa de laminação provenientes do setor siderúrgico, e Técnicas Reunidas, responsável pelo desenvolvimento dos reatores e pela engenharia de processo.

O projeto Hymet prossegue agora através da iniciativa SusDRX, que reúne, além do ITQ e do CENIM, as empresas Ferimet, Celsa Atlantic, Kerionics e Técnicas Reunidas Internacional. O novo projeto terá uma duração de três anos e dispõe de um financiamento de 1,7 milhões de euros do Centro para o Desenvolvimento Tecnológico e a Inovação (CDTI), organismo dependente do Ministério da Ciência, Inovação e Universidades, no âmbito do programa Consórcios Regionais (Innterconecta STEP), destinado à continuação e ampliação desta tecnologia inovadora.

Referência científica:

Cristian Torres, Alfonso J. Carrillo, Diego Plaza-Lozano, David Catalán-Martínez, Félix A. López, Héctor Hernando, Unai Puertas, Ernesto Simón, Laia Soler, Diego García, Jon Ander Erzoain, Anna Casals-Terré, Jose M. Serra, Multiscale Evaluation of the Direct Reduction of Mill-Scale Iron Industry Wastes with Green Hydrogen, ACS Sustainable Resource Management. DOI: pubs.acs.org/doi/10.1021/acssusresmgt.5c00583