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Quelles solutions pour décarboner la production d’acier ?

08 Nov. 21

Que ce soit dans l’Union européenne ou en France, les émissions de gaz à effet de serre (GES) de l’industrie manufacturière proviennent principalement de secteurs produisant des produits de base intensifs en CO2 tels que la métallurgie, la chimie ou la fabrication de minéraux non-métalliques (ciment, chaux, verre…). Ces trois sous-secteurs représentent 75 % des émissions de l’industrie manufacturière et de la construction.

Figure 1 : Schéma simplifié de fabrication de l’acier primaire

Actuellement, coexistent deux filières d’élaboration de l’acier primaire qui servent l’ensemble des besoins en acier de l’industrie manufacturière et de la construction. Il s’agit de la filière fonte et de la filière ferraille. La production d’une tonne d’acier par la filière fonte s’accompagne du dégagement de deux tonnes de gaz à effet de serre (GES) tandis que la filière ferraille, utilisant principalement de l’électricité, est beaucoup moins émettrice dans le cas du mix énergétique décarboné français. C’est sur la filière fonte que se concentrent les efforts les plus importants à réaliser par les industriels.

Les leviers de décarbonation de cette industrie sont nombreux. D’importants projets d’optimisation dans l’utilisation des ressources fossiles, le recyclage des gaz et l’augmentation du taux de recyclage d’acier sont d’actualité. Pour poursuivre cette dynamique, de nouvelles voies sont étudiées passant par la réduction ou la substitution du coke dans le haut fourneau, la capture et le stockage du carbone, ou encore la réduction du minerai de fer par l’hydrogène.

Figure 2 : Schéma simplifié du procédé DRI

Réduction et substitution du Coke
Le coke présente de nombreux atouts pour la production de fonte ; il apporte tour à tour une réduction des oxydes, l’obtention de températures élevées et l’apport en carbone qu’exige la fabrication de fonte. Il est doté en outre de la capacité à résister à de fortes pressions, ce qui permet de traiter des minerais ou des charges métalliques dans des fours de grandes dimensions. D’importants projets sont menés autour de la réduction des consommations et le recyclage des gaz de combustion dans le haut fourneau (projet IGAR). Une autre solution consiste à substituer le coke par du biocharbon obtenu à partir de biomasse.

Réduction directe du fer
L’autre voie pour la réduction des émissions des GES dans la filière fonte consiste à réduire le minerai de fer à partir de gaz. Ce procédé existe déjà et utilise principalement le gaz naturel pour la réduction directe du minerai de fer qui prend la forme de DRI (Direct Reducted Iron). Il s’agit alors de réduire les oxydes contenus dans le minerai par réaction à haute température avec le gaz réducteur (CO + H2). Ce gaz peut être remplacé par l’hydrogène. Pour décarboner totalement le procédé, l’hydrogène utilisé devra dès lors être issu d’une production bas carbone. Le métal obtenu par ce procédé est ensuite utilisé principalement dans les fours à arc électrique. A plus long terme, des procédés de rupture, comme l’électrolyse du minerai de fer ou la fusion du fer par hydrogène plasma, verront le jour et contribueront à la décarbonation de cette filière (projet SIDERWIN).

Le captage, l’utilisation et le stockage du carbone (CCUS)
La dernière voie étudiée pour réduire les émissions de GES est la solution de capture du carbone en vue de son utilisation ou de son stockage. Dans cette thématique, les aciéristes étudient plusieurs pistes pour la captation, l’épuration et la liquéfaction du CO2 pour le stocker. Des solutions se développent pour faire du dioxyde de carbone un co-produit valorisé au travers des procédés biologiques ou catalytiques pour en faire des gaz et carburants de synthèse ou des matière premières pour l’industrie chimique (projet Carbalyst).

En conclusion, la décarbonation de la production d’acier passe par trois étapes clé. Dans un premier temps, les industriels s’orientent vers l’efficacité énergétique via l’optimisation des procédés, le recyclage des gaz ainsi que la valorisation de l’énergie fatale. Puis vient la substitution des énergies fossile à travers l’électrification, l’emploi de nouveaux vecteurs énergétiques comme l’hydrogène et l’utilisation d’énergies renouvelables (biocoal, biogaz). Enfin, la captation puis le stockage ou le réemploi du CO2 parachèvent la démarche pour atteindre les objectifs fixés de réduction des émissions de gaz à effet de serre.

EN ROUTE POUR LA NEUTRALITE CARBONE EN 2050 CHEZ ARCELORMITTAL
ArcelorMittal adhère aux objectifs de l’Accord de Paris et à l’engagement pris par l’Union européenne de parvenir à un objectif d’émissions zéro d’ici à 2050 (Green Deal / Pacte vert). Avec comme objectifs de réduire ses émissions de CO2 de 35 % en Europe et 25 % au niveau mondial en 2030 et atteindre la neutralité carbone mondiale en 2050. Pour cela, ArcelorMittal a identifié et développe deux voies viables de décarbonation :

  • « Innovative DRI » : utiliser l’hydrogène pour transformer le minerai de fer sans émettre de CO2 ;
  • « Smart Carbon » : révolutionner la filière haut-fourneau en captant le CO2 pour le stocker ou le réutiliser dans notre production d’acier ou pour un autre usage (plastiques, biocarburants…).

ArcelorMittal développe également le recyclage de l’acier, en intégrant une part croissante d’acier recyclé à sa production : jusqu’à 250 kg par tonne d’acier d’ici 2022.

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