Acier et durabilité : nouvelles idées, meilleures solutions

Par Janice Bolen | 16 août 2017

Les matériaux comme l'acier brut sont essentiels à l'évolution et à la mise au point des produits manufacturés sur lesquels nous comptons. Mais à quel prix?

Nous avons besoin de bâtiments, de routes, de véhicules et d'appareils. Ceux-ci assurent notre confort, notre sécurité et la prospérité de notre économie, mais parallèlement, leur construction entraîne beaucoup de pollution et de dommages à l'environnement. Le secteur manufacturier figure parmi les plus grands consommateurs d'énergie et émetteurs de gaz à effet de serre, principalement le dioxyde de carbone.

L'industrie sidérurgique, l'un des plus importants secteurs industriels, a subi une grande pression ces derniers temps relativement à la réduction de ses émissions et à sa dépendance au charbon et au coke. Toute l'industrie s'est donc mobilisée afin de résoudre ce problème en trouvant des façons novatrices de réduire ses émissions, et ce, une idée à la fois. Parmi les idées proposées se trouvent les quatre suivantes : l'électrolyse du minerai de fer, l'atomisation à chaud des scories, l'amélioration des hauts fourneaux grâce à des torches à plasma et la conversion de l'écoulement de monoxyde de carbone de l'aciérie en éthanol.

ULCOS : Hlsarna et électrolyse. Le groupe ULCOS, pour « processus sidérurgiques à très basses émissions de CO² », est un consortium européen d'aciéristes et de partenaires ayant pour objectif de réduire les émissions de CO² découlant de la sidérurgie de 50 % par rapport aux émissions actuelles. Pour y arriver, le groupe travaille sur divers projets, dont un nouveau processus de fabrication du fer, HIsarna.

HIsarna utilise une technologie basée sur le principe du bain de fusion. Cette technologie combine le préchauffage du charbon, la pyrolyse partielle dans un réacteur, la fusion du minerai au moyen d'un cyclone de fusion et la réduction du minerai et la production de fer dans une cuve de fusion. Puisqu'il permet la fonte du minerai de fer sans usine de bouletage ou de frittage, le processus HIsarna a le potentiel d'offrir une empreinte carbone très faible, en raison notamment de l'utilisation partielle de combustibles de remplacement comme la biomasse du gaz naturel ou l'hydrogène.

Le groupe ULCOS explore également l'électrolyse du minerai de fer, un procédé qui n'a encore jamais été utilisé dans le secteur. Celui-ci pourrait provoquer un véritable changement au sein de cette industrie, en utilisant une électricité propre issue de l'énergie nucléaire, solaire ou éolienne dans un circuit électrolytique pour produire du fer pur. Les émissions de dioxyde de carbone provenant des procédés d'exploitation minière et de fabrication de l'acier ne représenteraient alors qu'une minuscule fraction des émissions actuelles. Malheureusement, de 20 à 50 années nous séparent encore de la mise en œuvre industrielle à grande échelle de cette avancée. Toutefois, si elle était mise en œuvre avec succès, cette technologie changerait considérablement le monde dans lequel nous vivons.

Atomisation à chaud des scories. La récupération d'énergie à partir de résidus métallurgiques a souvent fait l'objet de discussions et d'études, mais bien peu de progrès industriels ont vu le jour de ce côté. La société Ecomaister et Hatch ont travaillé ensemble afin d'élaborer et de mettre en œuvre l'atomisation à chaud des scories dans le secteur des métaux. Un jet d'air à haut volume transforme directement les scories en boules dures, éliminant ainsi le besoin d'un parc de scories qui représente un danger potentiel.

Ce procédé n'utilise pas d'eau, ce qui évite les problèmes de rareté, de gel, d'explosions et de déchets liquides. En ce qui concerne les émissions de CO2, la plus grande qualité de l'atomisation à chaud des scories réside dans la possibilité de récupérer le vent chaud, qui peut ensuite être utilisé pour l'alimentation en énergie ou la production de vapeur. Les meilleurs candidats pour la récupération de chaleur sont les usines faisant couler des scories en continu, ou presque en continu.

Surchauffer le vent chaud des hauts fourneaux à l'aide du plasma. Un haut fourneau permet de produire du fer liquide de façon très efficace. Malheureusement, la plus grande partie de l'énergie permettant la réduction provient de sources à base de charbon. Hatch et la société Alter NRG ont travaillé de concert à l'amélioration d'une vieille idée. Dans les années 1980, les travaux réalisés à l’aide de torches à plasma alimentées à l’électricité pour surchauffer le vent chaud des hauts fourneaux ont été interrompus en raison de préoccupations relatives à la fiabilité des torches et du matériau réfractaire. Depuis, des améliorations ont été apportées à la fiabilité de ces éléments, ce qui a rendu cette idée possible à nouveau. Les émissions de dioxyde de carbone diminuent lorsque des énergies propres remplacent l'énergie à base de carbone dans le haut fourneau.

Du monoxyde de carbone à l'éthanol. La société LanzaTech tente de changer la façon dont le carbone est perçu. Les résidus du carbone, comme les écoulements de monoxyde de carbone des aciéries, sont convertis en éthanol à l'aide de microbes. En effet, ces microorganismes utilisent les gaz du carbone comme source principale d'énergie pour vivre et produire des gaz de synthèse. La conversion directe des résidus des aciéries en produits dérivés utiles, sans combustion, constitue une utilisation efficace des flux d'énergie. Utilisée dans de nombreuses usines-pilotes fonctionnelles, cette biotechnologie est en voie de contribuer à la durabilité de l'industrie sidérurgique sur le plan environnemental.

La réduction des émissions et de la dépendance au charbon et au coke aidera à créer un meilleur environnement pour nous et pour les générations à venir. Le fait de trouver des combustibles de remplacement et de meilleurs moyens d'utiliser ceux dont nous disposons actuellement nous aidera à atteindre cet objectif, tout comme le fait de s'ouvrir aux nouvelles possibilités. Si la mise en œuvre de certaines de ces technologies dans le secteur demandera encore plusieurs années, notre progression est constante.