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Alto horno a carbón vegetal: una solución para hacer siderurgia amigable con el medio ambiente

Jorge Gustavo Cárdenas Castro - Ingeniero Metalúrgico y de Minas


1. PRODUCCIÓN DE ARRABIO VERDE

1.1. Proceso de producción de arrabio verde en el alto horno
La producción de arrabio verde en un alto horno se hace con carbón proveniente de bosques sostenibles previa clasificación granulométrica para determinar la ruta de utilización, como se ve en la figura de abajo.

Los finos resultantes son molidos, homogeneizados e inyectados por las toberas para reducir  la carga de carbón calibrado que se hace por el tragante. El excedente de finos se aprovecha para fabricar sinter.

El costo del carbón equivale a casi el 50% del costo del arrabio, por lo que es importante aprovechar en lo posible todo el carbón producido en los hornos de carbonización.

Los gases de tragante son utilizados para precalentar el aire de inyección y el excedente se utiliza para generar energía eléctrica.

Se está trabajando para reutilizar en la reducción el gas de tragante, previa separación del CO2, con el objetivo de mejorar el consumo de carbón y a la vez generar menos CO2 por tonelada de arrabio producido (ULCOS).

1.2. Criterios técnicos, económicos y ambientales que avalan la recomendación de utilizar carbón vegetal en los altos hornos
La siderurgia convencional emite cerca de 2,000 millones de toneladas de CO2 y existe un  compromiso mundial para reducir las emisiones mediante la aplicación de metas que señala el Protocolo de Kyoto.

La producción mundial de acero en 2010 fue de aproximadamente 1,350 millones de toneladas, de las cuales 1,000 millones se produjeron por la vía alto horno – convertidor. Paralelamente, se registró una producción de 63 millones de toneladas de arrabio gris destinado para las fundiciones.

Cada tonelada de arrabio producido genera 1.9 toneladas de CO2 y la producción de arrabio para el año 2010 fue de 1,063 millones de toneladas, por lo que la emisión  de CO2 superó los 2,000 millones de toneladas que, por su magnitud, solo es superada por las emisiones de las plantas termoeléctricas.

1.3. Protocolo de Kyoto
El Protocolo de Kyoto sobre el cambio climático es un acuerdo internacional que tiene por objetivo reducir las emisiones de seis gases que causan el calentamiento global: dióxido de carbono (CO2), gas metano (CH4), y óxido nitroso (N2O), además de tres gases industriales fluorados: hidrofluorocarbonos (HFC), perfluorocarbonos (PFC) y hexafluoruro de azufre (SF6).
Existe el compromiso de reducir la emisión de CO2 en un porcentaje aproximado de 5% dentro del periodo que va desde el año 2008 al 2012, teniendo como base las emisiones del año 1990.

Los países desarrollados que suscribieron el acuerdo, pero no lo ratificaron son: Estados Unidos de América y Australia. Los países en desarrollo que se identifican con el color verde en el mapa adjunto pueden obtener certificados o bonos de CO2 mediante los mecanismos CDM  o MDL (Mecanismo de Desarrollo Limpio) que les permite negociar con los países desarrollados el CO2 capturado.

1.4. Consorcio ULCOS - Ultra Low CO2 Steelmaking
El 14 de febrero de 2005 se forma en Luxemburgo un consorcio denominado ULCOS (Ultra Low CO2 Steelmaking) constituido por 48 empresas e instituciones de quince países de Europa para tratar sobre las emisiones de CO2 de la industria siderúrgica.

En el marco del programa ULCOS, se analizará un conjunto de proyectos innovadores para la fabricación de acero con el objeto de reducir entre  30 y  70% las emisiones específicas de CO2 de la siderurgia. Una de estas tecnologías se basa en el reciclaje del gas de alto horno después de una fase de separación de CO2 a la que también pueden incorporarse tecnologías de captación y almacenamiento de CO2. También se estudiarán otras tecnologías revolucionarias y avanzadas, entre las que se incluye la electrolisis, el uso de hidrógeno, el uso de carbono y gas natural con captación y fijación de CO2 en reactores separados del alto horno o la utilización de biomasa.

ULCOS tiene operando en Lulea, Suecia, un alto horno experimental LKAB de 36 t/día con emisión de CO2 (50% inferior).
Fuente: ArcelorMittal, www.edubourse.com

1.5. Definición de arrabio verde y bosque sostenible
Se denomina así al arrabio producido con carbón vegetal de bosques sostenibles Cuando una empresa se preocupa por la reposición del bosque utilizado para sus productos, bienes o servicios y el consumidor selecciona aquellos en los que pueda comprobar que los árboles utilizados son “renovados” de manera técnica, económica, social y ambiental, se dice que es un bosque sostenible.

2. CARBON VEGETAL

2.1. Características de carbón con madera de eucalipto
El carbón vegetal es el producto de la pirólisis de la madera y sus principales características son:
* Poder calorífico  7,365 kcal / kg 
* Carbono fijo    70 - 75%
* Volátiles    20 -  25%
* Cenizas    2 - 3%
* S        0.03 - 0.1
* Densidad aparente a granel 0.250 t / m3
* 1 t de madera produce 0.230 a 0.30 t de carbón  0.4 t.
* Productividad del alto horno con C.V.: 1.68 t / m3 / día
* 0.430 t de carbono fijo producen 1.0 t de arrabio
* 1 t de arrabio requiere 0.573 - 0.714 t de carbón vegetal
* 1 m3 de madera de eucalipto pesa 0.62

Las propiedades del carbón vegetal son superiores a las del coque en cuanto a composición química que posibilita producir arrabio con bajo tenor de azufre y fósforo, y menor cantidad de escoria. En cuanto a propiedades físicas, observamos que el carbón vegetal tiene baja resistencia a la compresión que limita su utilización en grandes altos hornos.

2.2. Ventajas de la utilización de carbón vegetal
Sería la única fuente para producir arrabio verde con recursos renovables para el desarrollo de  la siderurgia e industria de fundición en el país y los excedentes que hubiera tendrían mercado asegurado por su alta calificación.

El arrabio verde tiene mejor precio en el mercado internacional debido a su bajo contenido de azufre y fósforo, y además goza de preferencia por ser producido con carbón proveniente de bosques sostenibles.

Gozaría de ingresos adicionales por la venta de bonos de CO2 por el Protocolo de Kyoto.1
Contribuiría a la creación de bosques sostenibles en zonas no aptas para la agricultura, lo que mejora las posibilidades ocupacionales de los habitantes de regiones remotas, el paisaje, los recursos hídricos y protege los suelos de la erosión.

2.3. Experiencias que avalan los proyectos para el uso de carbón vegetal en la siderurgia:

2.3.1. Tecnológicos
a) El manejo so



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