Décarbonation de l’acier : vers une industrie durable

L'industrie de l'acier joue un rôle essentiel dans notre économie, mais elle est également responsable d'une part significative des émissions mondiales de carbone. 

C'est pourquoi la décarbonation de l'acier est devenue un enjeu crucial dans la transition vers une industrie durable. 

Explorons ensemble les différentes facettes de la décarbonation de l'acier, les technologies émergentes, les initiatives et les défis liés à cette transformation.

La décarbonation de l'acier fait référence à l'ensemble des processus visant à réduire les émissions de carbone associées à la production d'acier. Cela implique de trouver des moyens innovants pour limiter l'utilisation d’énergies fossiles, qui sont des sources importantes d'émissions de CO2 dans l'industrie sidérurgique.

La production d'acier est en effet responsable d'une part considérable des émissions de carbone, en raison de la combustion du charbon pour produire de la chaleur nécessaire à la fonte du minerai de fer. Ces émissions contribuent au réchauffement climatique et à la dégradation de l'environnement. La décarbonation de l'acier vise à réduire ces émissions et à minimiser l'impact sur notre planète.

Réduire les émissions de carbone dans l'industrie sidérurgique revêt une importance cruciale dans la lutte contre le changement climatique. L'acier est utilisé dans de nombreux secteurs, tels que la construction, l'automobile et l'énergie, et la demande mondiale continue de croître. En adoptant des pratiques de décarbonation, l'industrie de l'acier peut contribuer à la réduction des émissions globales de carbone et à la construction d'un avenir plus durable.

La captation et le stockage du carbone (CSC)

La captation et le stockage de carbone, également connus sous le nom de CSC ou CCS (Carbon Capture and Storage), sont des technologies qui visent à réduire les émissions de dioxyde de carbone (CO2) provenant des sources industrielles.

La captation de carbone consiste à collecter les émissions de CO2 avant qu'elles ne soient libérées dans l'atmosphère. Cela peut être réalisé à l'aide de différentes techniques, telles que la séparation du CO2 des gaz de combustion, la capture postcombustion, la capture précombustion ou la capture oxycombustion. Ces techniques permettent de récupérer le CO2 émis et de le séparer des autres gaz afin de le traiter ultérieurement.

Une fois capturé, le CO2 peut être stocké de manière sécurisée et permanente dans des formations géologiques appropriées, telles que les aquifères salins, les gisements épuisés de pétrole et de gaz, ou les couches de charbon non exploitées. Ce processus est appelé stockage de carbone.

La réduction directe du fer (DRI)

La réduction directe du fer est un procédé de production d'acier qui diffère de la méthode traditionnelle de réduction du minerai de fer par le biais du haut fourneau.

Dans ce procédé, le minerai de fer est réduit en utilisant un agent réducteur, tel que le gaz naturel ou l'hydrogène, dans un réacteur spécial appelé réacteur de réduction directe. Dans ce réacteur, les molécules d'oxygène présentes dans le minerai de fer sont séparées du fer, formant ainsi du fer métallique.

Cela permet de réduire considérablement les émissions de CO2, car les sources d'énergie alternatives utilisées produisent moins de carbone. De plus, elle nécessite moins de matières premières et offre une plus grande flexibilité en termes de capacité de production.

Le recyclage de l’acier

La première étape du recyclage de l'acier consiste à fragmenter les déchets en morceaux plus petits, ce qui peut être réalisé par différentes méthodes, notamment le cisaillement, le broyage ou le concassage. Ensuite, le matériau est fondu dans un four à arc électrique ou un four à induction, où il est chauffé à des températures élevées pour le rendre liquide.

Une fois fondu, l'acier est purifié pour éliminer les impuretés et les contaminants. Des techniques de raffinage, telles que l'affinage à l'oxygène ou le procédé de désulfuration, sont utilisées pour améliorer la qualité de l'acier recyclé. Après purification, l'acier liquide est coulé dans des moules pour former des lingots, des plaques ou d'autres formes.

Cela permet de réduire la dépendance aux matières premières vierges, de préserver les ressources naturelles, d'économiser de l'énergie et de réduire les émissions de gaz à effet de serre associées à la production d'acier à partir de minerai de fer. De plus, le recyclage de l'acier contribue à la réduction des déchets et à la lutte contre le changement climatique.

Les normes et les réglementations environnementales dans l'industrie sidérurgique

Les gouvernements et les organisations internationales ont mis en place des normes et des réglementations environnementales pour encourager la décarbonation de l'acier. 

Des quotas d'émissions de carbone, des incitations fiscales et des programmes de soutien à la recherche et au développement sont autant d'initiatives visant à promouvoir des pratiques plus durables dans l'industrie sidérurgique.

Pour l’objectif neutralité carbone de 2050, le groupe ArcelorMittal s’est par exemple positionné sur -35 % d’émissions en Europe en 2030 et -25 % dans le monde, pour atteindre la neutralité en 2050.

Les collaborations entre les entreprises sidérurgiques et les acteurs de la recherche

Les collaborations entre les entreprises sidérurgiques et les instituts de recherche sont cruciales pour accélérer la décarbonation de l'acier. 

Ces partenariats permettent de partager des connaissances, de développer de nouvelles technologies et de tester des solutions innovantes. En travaillant ensemble, l'industrie et la recherche peuvent progresser plus rapidement vers une production d'acier plus durable. 

Voici quelques exemples de partenariats : 

• Collaboration entre ArcelorMittal et le Massachusetts Institute of Technology (MIT) : ArcelorMittal, l'un des plus grands producteurs mondiaux d'acier, a établi un partenariat avec le MIT pour développer des technologies de production d'acier à faible émission de carbone. Cette collaboration vise à explorer de nouvelles approches, telles que l'utilisation de l'hydrogène vert, pour réduire les émissions de CO2 dans le processus de production d'acier.
• Collaboration entre Tata Steel et l'Université de Cambridge : Tata Steel, un important producteur d'acier basé en Inde, a établi une collaboration avec l'Université de Cambridge pour mener des recherches sur la décarbonation de l'acier. Cette collaboration vise à développer des technologies innovantes, telles que la captation et le stockage de carbone, pour réduire les émissions de CO2 de l'industrie sidérurgique.
• Collaboration entre Thyssenkrupp et l'Institut Fraunhofer : Thyssenkrupp, une entreprise sidérurgique allemande, travaille en étroite collaboration avec l'Institut Fraunhofer, un institut de recherche renommé, pour développer des technologies de production d'acier à faible émission de carbone. Cette collaboration se concentre sur des domaines tels que la récupération d'énergie, l'efficacité énergétique et l'utilisation de matières premières alternatives.

Les exemples de projets de décarbonation de l'acier dans le monde

À travers le monde, de nombreux projets de décarbonation de l'acier sont en cours. 

Par exemple, en Europe, des usines sidérurgiques ont mis en place des systèmes de captation et de stockage du carbone à grande échelle : 

• Projet HYBRIT (Suède) : Le projet HYBRIT en Suède est une initiative conjointe entre SSAB, LKAB et Vattenfall. Il vise à développer une technologie de production d'acier sans émissions de carbone en remplaçant le charbon et le coke de pétrole par de l'hydrogène produit à partir d'énergies renouvelables.
• Projet H2GS (France) : Le projet H2GS en France est une collaboration entre ArcelorMittal, EDF, et le groupe de gaz industriel Air Liquide. Il vise à construire une unité de production d'acier utilisant de l'hydrogène vert pour réduire les émissions de CO2 de l'usine.
• Initiative Net-Zero Steel (Royaume-Uni) : L'Initiative Net-Zero Steel au Royaume-Uni est une collaboration entre des sidérurgistes, des chercheurs et des organismes gouvernementaux visant à accélérer la décarbonation de l'industrie de l'acier en développant de nouvelles technologies et en améliorant l'efficacité énergétique.

En Asie, certaines aciéries ont commencé à utiliser de l'hydrogène comme alternative aux combustibles fossiles. En Inde, le gouvernement a lancé le projet DRI-EAF pour promouvoir la production d'acier à faible teneur en carbone en utilisant la réduction directe du minerai de fer (DRI) et des fours électriques à arc (EAF) alimentés par de l'énergie renouvelable.

Enfin, le projet Breakthrough Energy Ventures aux Etats-Unis est une initiative soutenue par Bill Gates. Le projet a investi dans des technologies de décarbonation de l'acier, notamment dans des startups telles que Boston Metal et Heliogen, qui développent des méthodes de production d'acier à faible émission de carbone.

La décarbonation de l'acier est un défi majeur pour l'industrie sidérurgique, mais c'est aussi une opportunité de construire un avenir plus durable. En comprenant les enjeux, en adoptant des technologies innovantes, en collaborant et en s'engageant vers des pratiques plus durables, l'industrie de l'acier peut jouer un rôle essentiel dans la transition vers une industrie durable.