L’acier produit à partir d’électricité recèle un énorme potentiel de réduction des émissions de carbone
La production de fer est une opération à forte intensité énergétique, car elle implique la séparation du fer et de l’oxygène, qui sont étroitement liés dans les minéraux à l’état naturel. Parallèlement, l’acier (un alliage de fer et de carbone) joue un rôle essentiel dans la construction de l’ossature de notre infrastructure énergétique, depuis les outils et les moteurs jusqu’aux équipements de grande taille. Ce cycle de production et d’utilisation de l’acier dans les infrastructures énergétiques s’auto-alimente, générant à la fois une augmentation de la disponibilité de l’énergie et une croissance continue des infrastructures basées sur l’acier.
Vers une production d’acier neutre en carbone
Historiquement, le processus de fabrication de l’acier à partir de minerais repose entièrement sur l’énergie provenant de la combustion du charbon, une méthode qui libère du CO2 dans l’atmosphère et que le projet SIDERWIN, financé par l’UE, a cherché à modifier. Il a, pour ce faire, développé un pilote de R&D sur le site ArcelorMittal R&D à Maizières-lès-Metz, en France, afin de valider la technologie au niveau TRL 6. L’approche de SIDERWIN diffère des méthodes traditionnelles de production de fer à l’étape de réduction de l’oxyde de fer en fer métallique. Cette réduction s’effectue traditionnellement dans un haut fourneau par un processus impliquant des températures élevées et du carbone (généralement sous forme de coke). Ce processus génère une quantité importante de CO2. SIDERWIN a éliminé le besoin de coke et donc la production de CO2 associée à la réduction chimique dans un haut fourneau. «Notre approche implique l’utilisation d’un processus électrochimique à l’étape de la réduction. Ce procédé consiste à faire passer un courant électrique à travers l’oxyde de fer en présence d’un électrolyte pour le convertir directement en fer métallique et en oxygène gazeux, sans impliquer de températures élevées ni de carbone», explique Valentine Weber, coordinatrice du projet. De plus, étant alimenté par l’électricité, le processus de SIDERWIN offre la possibilité d’utiliser des sources d’énergie renouvelables, telles que l’énergie éolienne ou solaire. La transition d’un processus thermique et à forte intensité de carbone à un processus électrochimique, potentiellement alimenté par une énergie propre, a permis de produire du fer avec un impact environnemental encore plus faible. «Notre objectif était de produire de l’acier neutre en carbone en utilisant de l’électricité presque entièrement exempte de carbone», souligne Valentine Weber. SIDERWIN a également étudié la possibilité d’utiliser comme matières premières les oxydes de fer générés en tant que sous-produits d’autres processus industriels, tels que les déchets du processus Bayer de l’industrie de l’aluminium.
Réductions drastiques des émissions et économies considérables
«En utilisant l’électricité, il est possible de réduire l’empreinte carbone des bobines d’acier de 60 % à court terme et jusqu’à 74 % avec un approvisionnement en électricité entièrement décarboné», affirme Valentine Weber. «En outre, la technologie de SIDERWIN pourrait apporter une capacité de flexibilité exceptionnelle au réseau électrique européen, pouvant aller jusqu’à 39 GW.» Cette capacité d’adaptation a non seulement permis d’équilibrer le système électrique, mais aussi de réduire les besoins en sources d’énergie en période de pointe. «La flexibilité du système de SIDERWIN permet d’éviter jusqu’à 6 millions de tonnes d’émissions directes de CO2 par an au niveau européen en remplaçant les sources d’énergie utilisées en période de pointe», fait remarquer Valentine Weber.
Mots‑clés
SIDERWIN, électricité, production d’acier, oxyde de fer, émissions de CO2, industries à forte intensité énergétique, industries de transformation