Novos materiais e processos impulsionam circularidade e descarbonização do aço

A transição para uma economia descarbonizada está a redefinir o futuro da indústria siderúrgica europeia. O Pacto Verde Europeu estabelece como objetivo alcançar a neutralidade climática em 2050 e reduzir as emissões em 55% até 2030, relativamente aos níveis de 1990. Neste contexto, uma indústria como a siderúrgica, responsável por 7% das emissões globais, enfrenta o desafio de transformar os seus processos e repensar o ciclo de vida do aço, de forma a avançar para um modelo que garanta a sua competitividade e sustentabilidade a longo prazo. Entre os principais motores desta transição destaca-se a produção de aço em fornos de arco elétrico, uma alternativa ao processo tradicional de alto-forno que permite fabricar aço a partir de sucata, promovendo modelos de produção mais circulares e com menor pegada ambiental.

A transformação do setor siderúrgico rumo a um novo modelo assenta em três desafios fundamentais: a circularidade, a descarbonização e a digitalização. Estes três pilares não atuam de forma isolada, mas constituem um quadro de atuação integrado para o setor. A circularidade visa garantir a autossuficiência através da reciclagem avançada de materiais; a descarbonização procura eliminar a pegada de carbono recorrendo a novas fontes de energia, como o hidrogénio; e a digitalização afirma-se como um facilitador tecnológico indispensável para maximizar a eficiência e alcançar o objetivo de resíduos zero.

Para concretizar esta mudança, a indústria necessita, além disso, de uma intensa atividade de investigação e transferência tecnológica que garanta que os novos materiais e processos oferecem o desempenho exigido pelo setor. A conceção de aços de elevado desempenho, o desenvolvimento de ferramentas digitais para otimizar a produção e a validação de soluções em ambiente industrial permitem acelerar a adoção de tecnologias capazes de reduzir o impacto ambiental e reforçar a competitividade de setores estratégicos, como a indústria automóvel, as energias renováveis ou a produção avançada.

Para tal, o centro tecnológico Eurecat (Catalunha, Espanha) atua como parceiro estratégico na transformação destes objetivos em soluções aplicáveis, mobilizando as suas capacidades tecnológicas ao longo de toda a cadeia de valor do metal, desde a conceção de novas ligas até à sua validação em instalações-piloto.

Esta atividade desenvolve-se através da investigação europeia, destacando-se a coordenação de nove projetos do Fundo de Investigação do Carvão e do Aço (RFCS), bem como projetos de I&D por contrato e serviços laboratoriais avançados. Com esta abordagem integrada, a inovação responde às necessidades reais das empresas e permite desenvolver componentes de elevado valor acrescentado, reforçando a competitividade do setor face aos desafios climáticos.

Os projetos Safe&Clean e CiSMA, coordenados pelo Eurecat, baseiam-se na reciclagem avançada de sucata, contribuindo igualmente para a descarbonização ao validarem a utilização destes materiais em processos de baixas emissões de CO2, como o forno de arco elétrico e a redução direta.

No âmbito da economia circular, o Eurecat desenvolve novas ligas sustentáveis que incorporam um maior teor de material reciclado e reduzem a utilização de matérias-primas críticas. Além disso, investiga processos inovadores, como a conformação de materiais reciclados, a estampagem a frio e a quente, a embutidura e o fabrico aditivo. Estas atividades são complementadas por trabalhos na remanufatura e no desenvolvimento de aços de maior resistência, concebidos para prolongar o ciclo de vida dos materiais.

Nesta linha, o centro coordena iniciativas estratégicas como os projetos COOPHS (Low CO2 Footprint on Press Hardened Steels for a more sustainable automotive sector), Safe&Clean e Circular Steel for Mass Market Applications (CiSMA). Estes projetos, centrados na circularidade e baseados na reciclagem avançada de sucata, contribuem igualmente para a descarbonização ao validarem a utilização destes materiais em processos de baixas emissões de CO₂, como o forno de arco elétrico e a redução direta.

No caso do COOPHS, investigam-se e desenvolvem-se novos aços para estampagem a quente destinados à indústria automóvel, produzidos através destes processos de baixa pegada de carbono. No entanto, a produção de chapa a partir de sucata apresenta desafios significativos, uma vez que os elementos residuais podem afetar negativamente as propriedades mecânicas do aço reciclado. O Eurecat aborda esta problemática analisando o impacto desses elementos na microestrutura, na conformabilidade e no desempenho final do componente. Com base nesta análise, o centro concebe estratégias de liga para mitigar esses efeitos e realiza a validação em ambiente semi-industrial através de ensaios de estampagem a quente e de resistência ao impacto do novo componente em aço reciclado.

Esta aposta na circularidade intensifica-se com o projeto CiSMA, que tem como objetivo adaptar os produtos de chapa de aço de elevado desempenho ao processo de forno de arco elétrico. Esta abordagem permitirá disponibilizar produtos 100% reciclados para aplicações de grande consumo, como componentes para a indústria automóvel e eletrodomésticos.

A principal dificuldade reside na valorização da sucata pós-consumo, que se encontra frequentemente contaminada por cobre, outros elementos residuais e inclusões. Para responder a este desafio, o projeto desenvolve e valida tecnologias destinadas a melhorar a qualidade desta sucata. Paralelamente, o Eurecat coordena atividades de investigação na área da metalurgia do aço e desenvolve sistemas de caracterização em linha para monitorizar, em tempo real, a qualidade da chapa, apoiando assim a implementação industrial destes materiais. A viabilidade destes processos será validada através de dois projetos-piloto: o fabrico de componentes para a indústria automóvel e de peças para máquinas de lavar roupa industriais.

O projeto Safe&Clean vai um passo mais longe ao aplicar a sustentabilidade aos componentes de segurança da indústria automóvel. Neste domínio, a utilização de aços com baixa pegada de CO₂ e elevado teor de material reciclado exige um controlo rigoroso para garantir a fiabilidade das peças, a par da redução das emissões. Para avaliar a segurança destes novos materiais, o Eurecat aplica metodologias avançadas de caracterização de aspetos críticos, como a soldabilidade, a fadiga e a integridade estrutural perante impactos. O objetivo é garantir que estes componentes em aço reciclado sejam tão seguros e resistentes como os fabricados através de processos convencionais.

A neutralidade climática exige a transformação tanto da fonte de energia que alimenta a indústria, como da eficiência dos produtos por ela fabricados. Neste sentido, o Eurecat acompanha o setor metalúrgico na sua transição energética através da avaliação de novos aços com baixa pegada de CO₂, utilizando metodologias avançadas de caracterização. Além disso, desenvolve materiais essenciais para a implementação do hidrogénio e das energias renováveis, incluindo materiais para o armazenamento e transporte de hidrogénio, revestimentos para placas bipolares e eletrolisadores.

A energia eólica consolidou-se como uma das principais fontes de produção de energia renovável e é fundamental para gerar a eletricidade verde necessária à produção de hidrogénio renovável. Neste contexto, as plataformas eólicas marítimas, em especial as flutuantes, afirmam-se como uma solução estratégica para aproveitar os recursos das zonas de águas profundas. Ao operarem nestes ambientes, onde os ventos são mais intensos e constantes, estas estruturas enfrentam desafios extremos em termos de durabilidade. O Eurecat coordena dois projetos orientados para o desenvolvimento de novos componentes de aço com maior resistência à corrosão e à fadiga em ambiente marítimo.

No projeto Helix, concluído recentemente, foram desenvolvidas soluções avançadas para uniões aparafusadas com elevada resistência à corrosão e à fragilização por hidrogénio. Através da combinação do desenvolvimento de novos aços de alta resistência (classes 10.9 e 12.9), com elevada temperabilidade para grandes diâmetros (≥ M64), e de revestimentos à base de escamas de zinco, foram obtidos componentes destinados a aumentar a dimensão e a produtividade das turbinas eólicas marítimas. Estas soluções proporcionam uma redução de custos de 20% e uma elevada resistência à corrosão, garantindo uma vida útil mínima de 25 anos.

No desenvolvimento destas novas ligações, foram realizadas caracterizações avançadas para aprofundar o conhecimento dos mecanismos de fratura dos aços de alta resistência em condições atmosféricas e de imersão sob proteção catódica. Este conhecimento permitiu adaptar a microestrutura do aço e otimizar o sistema de revestimento à base de escamas de zinco, de forma a proporcionar uma elevada proteção contra a corrosão e minimizar o risco de fragilização por hidrogénio. Além de identificar os mecanismos de absorção e dessorção de hidrogénio em serviço, estes avanços contribuirão para a evolução da regulamentação e das práticas recomendadas no setor da energia eólica marítima.

Por outro lado, o projeto DuraLink aplica esta abordagem a outros componentes críticos das infraestruturas offshore: torres, estruturas de suporte e correntes de fixação para aerogeradores flutuantes. A investigação centra-se na redução do peso global da plataforma flutuante, através da utilização de aços de maior resistência e menor custo. Além disso, estão a ser desenvolvidos pós-tratamentos mecânicos para melhorar a resistência à fadiga dos novos componentes, bem como soluções para a sua proteção contra a corrosão. Estes avanços permitirão que elementos-chave, como as correntes de fixação, suportem cargas mais elevadas decorrentes do aumento das dimensões das torres e das estruturas de suporte.

O compromisso com a descarbonização está também muito presente na mobilidade, através da redução do peso dos veículos com recurso a aços de alta resistência. Estes materiais permitem conceber veículos mais leves, reduzindo o consumo energético e as emissões associadas à sua utilização. Neste domínio, o Eurecat lidera quatro eixos de ação.

O primeiro, Steel4Fatigue, investiga e desenvolve componentes dinâmicos para automóveis em aços de alta resistência otimizados para melhorar o comportamento à fadiga, com o objetivo de reduzir em 10% o peso de automóveis e camiões. Por seu lado, o projeto Supe3rForm explora a viabilidade industrial de novos aços de terceira geração, melhorando a sua conformabilidade e desempenho para produzir componentes estruturais até 20% mais leves.

Na mesma linha, o projeto H2forM3G aprofunda a compreensão do efeito da fragilização por hidrogénio nos aços de alta resistência durante a sua conformação, desenvolvendo igualmente ferramentas e modelos preditivos para garantir uma produção segura.

Por fim, o projeto Shift centra-se no desenvolvimento de um processo inovador de estampagem semiquente para aços avançados de terceira geração, do tipo Quenching and Partitioning (Q&P), com revestimento de zinco, destinado à produção de componentes estruturais complexos.

Nestes projetos, o Eurecat implementa metodologias inovadoras para determinar o efeito da absorção de hidrogénio nos materiais, bem como técnicas patenteadas que permitem avaliar rapidamente a resistência à fadiga e a tenacidade à fratura. Estas ferramentas permitem prever o comportamento dos materiais tanto durante os processos de conformação como na sua aplicação final, contribuindo para prevenir falhas catastróficas. Além disso, analisa-se o comportamento térmico e os intervalos de temperatura adequados para conceber novos processos de estampagem a quente de aços de alta resistência.

A transformação do setor assenta também na digitalização como alavanca de competitividade. Neste domínio, a atividade do Eurecat abrange toda a cadeia de valor do fabrico aditivo: desde a conceção de ligas, a obtenção de pós metálicos altamente esféricos por atomização centrífuga e os processos de impressão, até ao pós-processamento e à caracterização avançada de materiais e componentes. Estas capacidades são complementadas por soluções de monitorização orientadas para a Indústria 4.0 e por tecnologias destinadas a prever a vida útil de ferramentas e componentes.

Nesta linha, o projeto NewAIMS aborda o desafio da conceção de novas ligas de aço especificamente desenvolvidas para processos de fabrico aditivo. Atualmente, a impressão 3D em aço utiliza ligas comerciais não otimizadas para estas tecnologias, o que origina problemas de qualidade superficial, formação de fissuras e limitações no desempenho em serviço. Por isso, estão a ser desenvolvidas duas novas ligas para tecnologias de impressão por fusão em leito de pó por laser (Laser Beam Powder Bed Fusion – LB-PBF) e por feixe de eletrões (Electron Beam Powder Bed Fusion – EB-PBF), que serão validadas em moldes para estampagem a quente e ferramentas de corte. O Eurecat lidera a otimização microestrutural, o estudo do comportamento térmico e a validação em ambiente semi-industrial através de ensaios-piloto das peças produzidas.

Por seu lado, o projeto SuPreAM procura otimizar a integridade superficial dos componentes de aço produzidos por impressão 3D e maquinagem, para aplicações em moldes de injeção e componentes do setor aeronáutico. Para tal, desenvolve um modelo preditivo de simulação das operações de acabamento que permite definir estratégias ótimas de maquinagem desde a fase de conceção, reduzindo a produção de resíduos e garantindo peças isentas de defeitos.

O trabalho do Eurecat integra a caracterização superficial e a avaliação do desgaste das ferramentas de maquinagem, recorrendo a metodologias rápidas de determinação da resistência à fadiga que requerem reduzidas quantidades de material para ensaio. Estes avanços não só reforçam os princípios da Indústria 4.0, como melhoram diretamente a eficiência e a sustentabilidade dos processos industriais associados ao aço.

A viabilidade de todas estas inovações requer a validação de materiais e processos em ambientes reais de produção. Por isso, o Eurecat acompanha as empresas do tecido industrial na transferência de tecnologias transformadoras que, entre outros benefícios, permitem produzir estruturas mais leves e sustentáveis. Esta abordagem não visa apenas reduzir o consumo de combustível e as emissões, mas também integrar a utilização de materiais reciclados nos componentes, impulsionando setores estratégicos como a mobilidade, as energias renováveis e a indústria rumo às emissões líquidas nulas.

Esta colaboração abrange todo o ciclo de implementação, desde a reformulação de componentes com vista à redução do peso sem comprometer a sua integridade estrutural, até ao aconselhamento técnico na adoção de novas tecnologias de fabrico. Além disso, o centro disponibiliza serviços de caracterização avançada de materiais através de metodologias rápidas que permitem prever a resistência à fadiga e o desempenho real dos novos desenvolvimentos antes da sua implementação industrial.

Desta forma, as instalações e os laboratórios do Eurecat permitem garantir que as inovações cumprem os requisitos de fiabilidade e rentabilidade exigidos pelo mercado, dando resposta aos desafios climáticos. Ao integrar os princípios da circularidade, da descarbonização e da digitalização, a indústria não só alinha a sua atividade com o Pacto Verde Europeu, como transforma a sustentabilidade numa vantagem competitiva para alcançar um setor mais eficiente, competitivo e resiliente.