Produrre acciaio senza combustibili fossili

Ottenere idrogeno e carbonio partendo da fonti rinnovabili e rifiuti, e utilizzarli per produrre acciaio: un processo che renderà più compatibile con l’ambiente uno dei comparti maggiormente energivori e complessi della attuale produzione industriale. É questa l’ambizione del progetto H2Steel, finanziato dal programma Pathfinder dell’European Innovation Council – EIC e condotto da un gruppo di ricerca del Politecnico e del consorzio di ricerca RE-CORD – la cui tecnologia è arrivata oggi ad una “dimensione pre-industriale” e che cerca quindi partner per continuare lo sviluppo.

“Il progetto mette insieme tre elementi importanti: l’idrogeno, il carbonio da biomasse e rifiuti, e il mondo dell’acciaio, che necessita di grandi quantità di energia e materiali per la sua produzione. L’idrogeno è considerato uno dei principali vettori energetici del futuro, l’acciaio è ancora oggi uno degli elementi cardine dell’industria ma il suo processo di produzione altamente è energivoro e fa uso di grandi quantitativi di combustibili e prodotti fossili”, spiega David Chiaramonti, docente presso il Dipartimento Energia-DENERG e responsabile del progetto, che aggiunge: “Quello dell’acciaio è un settore in cui i tentativi di defossilizzazione sono stati fino ad oggi molto difficili, ed è considerato un settore hard-to-abate. L’idrogeno è visto come una delle soluzioni più promettenti per abbattere le emissioni di questi settori, ma produrre idrogeno da fonti rinnovabili in grande quantità e a costi competitivi (con idrogeno da steam reforming di gas naturale fossile) è una sfida notevole e ancora oggi complesso”. Una sfida che il Politecnico sta affrontando con successo insieme ad altri partner, tra cui il Consorzio per la Ricerca e la Dimostrazione sulle Energie Rinnovabili RE-CORD, che ha realizzato il prototipo. 

Il cuore del progetto è una tecnologia che riesce a produrre idrogeno partendo da biomasse e rifiuti abbattendone il costo di produzione grazie alla produzione e valorizzazione del carbonio rinnovabile che viene contestualmente ottenuto, e ai crediti di carbonio che così si generano. Il procedimento – che viene realizzato con un prototipo Proof Of Concept (POC) già costruito e testato – prevede come primo step la carbonizzazione delle biomasse anche di scarto (ad esempio gli scarti urbani), cui segue l’estrazione di alcune componenti come il fosforo che non sono gradite all’industria dell’acciaio ma utili ad altri settori (come quello della produzione di fertilizzanti). Il carbonio così “ripulito” viene inviato alla tecnologia (il POC) realizzata nel progetto, dove agisce come catalizzatore per il cracking del metano dal quale si origina carbonio solido da una parte e idrogeno gassoso dall’altra. La collocazione naturale della tecnologia H2STEEL sarà dunque all’interno delle acciaierie stesse. Entrambi questi prodotti sono infatti ricercati dall’industria dell’acciaio come sostituti dei combustibili (coal e coke) e dei materiali fossili.

“La nostra tecnologia è in grado di utilizzare un prodotto rinnovabile (biomasse) o un rifiuto (come ad esempio i fanghi), convertirlo in carbonio, recuperare eventuali nutrienti (ad esempio il fosforo) e con questo biocoal eseguire la pirolisi del metano, per arrivare a carbonio e idrogeno – sottolinea il professor Chiaramonti – Questa soluzione, pensata per il mondo dell’acciaio, potrebbe tra l’altro avere ricadute anche in altri comparti, come quello del cemento, o della cogenerazione con sequestro del carbonio”. 

“I dati provenienti dalle campagne di prova in corso sul prototipo amplieranno ulteriormente la già ricca base informativa a disposizione per modellare il processo, ottimizzarne le condizioni operative e identificare i migliori scenari di integrazione nei processi produttivi. Naturalmente il lavoro non si ferma qui, e in sinergia con il Politecnico, stiamo già lavorando allo scale-up del prototipo” aggiunge Andrea Maria Rizzo, direttore tecnico di RE-CORD, partner del consorzio di H2steel. Altri partner del progetto sono Arcelor Mittal, Università di Leiden, I3P, Contactica, e Imperial College.

Per valorizzare il procedimento che è stato sviluppato congiuntamente dal Politecnico di Torino e da RE-CORD, è stata depositata una domanda di brevetto che comprende tutto il processo. Il progetto si rivolge chiaramente al contesto della grande industria ma – viene sottolineato dagli sviluppatori – ci può essere spazio anche per la creazione di spin-off e per il sostegno ad aziende che lavorano in ambiti diversi da quelli dell’acciaio ma che fanno uso, nei loro processi produttivi, di carbonio o di idrogeno.