Sandeep Nijhawan trouxe quatro ideias de negócios, cada uma abordando o aumento das temperaturas globais, para sua reunião de março de 2020 com um investidor da Breakthrough Energy Ventures, fundada por Bill Gates. Recém-saído da fundação de duas startups – uma de hidrogênio, outra de baterias – Nijhawan tinha apenas sete slides para mostrar. O primeiro passo em seu baralho foi fazer ferro sem carvão, calor intenso ou emissões, alimentado apenas por eletricidade renovável.
“Deixe-me interrompê-lo ali mesmo”, disse a ele o investidor da BEV, Dave Danielson. “Se você pudesse fazer isso, então é o que eu faria. Não quero ouvir as próximas três ideias.”
O ferro, é claro, compõe 98% da substância do aço, o material onipresente que construiu o mundo moderno. Em fornos aquecidos por carvão a mais de 1400°C, o carbono do carvão combina-se com o oxigênio do minério de ferro para separar impurezas e átomos de oxigênio indesejados, liberando grandes quantidades de dióxido de carbono.
O ferro depois passa por uma série de etapas para ser transformado em aço, mas a etapa de criação do ferro responde por 90% do gás de efeito estufa gerado. A produção de aço é responsável por 7% das emissões de gases de efeito estufa lançadas no ar a cada ano – mais do que o impacto climático do transporte marítimo e da aviação juntos. Produzir ferro em temperaturas mornas e sem carvão pularia a etapa mais pesada em emissões sem depender de tecnologias caras.
É por isso que a ideia de Nijhawan chamou a atenção de Danielson: o aço verde acessível é um grande negócio e pode atrapalhar uma indústria que gera mais de US$ 870 bilhões em receitas a cada ano. Com a luz verde para seguir em frente e US$ 2,25 milhões da BEV e outros investidores, Nijhawan iniciou a Electra – em modo furtivo – para fazer exatamente isso.
Estereotipado para uma startup, a Electra começou seus experimentos em uma garagem. O ex-colega de Nijhawan, Quoc Pham, ingressou como diretor de tecnologia. Seu primeiro trabalho foi descobrir se é possível dissolver minério de ferro em água misturada com ácido.
O fracasso veio em semanas. “Tenho más notícias para você”, disse Pham a Nijhawan. “Esta pode ser a startup mais curta da minha vida.”
A primeira ideia de Sandeep Nijhawan foi fazer ferro livre de emissões
Para entender o que deu errado, vejamos as três maneiras conhecidas pelas quais você pode reduzir as emissões da siderurgia.
Primeiro, capture as emissões geradas pelo processo e enterre-as no subsolo. A primeira usina desse tipo foi construída em 2016 nos Emirados Árabes Unidos, mas graças ao custo inicial da tecnologia de captura de carbono, nenhuma foi construída desde então.
Segundo, use o hidrogênio como substituto do carvão. O primeiro carregamento de aço feito com hidrogênio foi produzido no ano passado, mas os volumes comerciais não estarão disponíveis até 2026. E como o hidrogênio produzido a partir de eletricidade renovável ainda é mais caro que o carvão, as empresas são obrigadas a usar minério de ferro de alta qualidade, que não há muito disso.
“O mundo está ficando sem minérios de alta qualidade disponíveis para a produção de aço”, diz Nijhawan.
Terceiro, use eletricidade. Metais como alumínio, cobre e zinco são feitos usando eletricidade – reconhecidamente, em quantidades muito menores que o ferro. Até que a eletricidade se tornasse barata, não era econômico pensar em aplicá-la à produção de ferro.
Uma vez que você tenha um processo funcionando em temperaturas de metal fundido, ele deve funcionar 24 horas e 365 dias. Se parar, o minério se solidifica e novas cubas precisam ser instaladas
No entanto, você não pode passar eletricidade através de minério de ferro sólido. Uma solução é derretê-lo. Foi isso que a Boston Metal Co, uma startup fundada em 2012, fez. Nos últimos 10 anos, vem aperfeiçoando e ampliando a tecnologia, que funciona aquecendo o minério de ferro a 1400C usando eletricidade suficiente para abastecer milhares de casas e concentrando-a em uma caixa de metal não muito maior que uma lixeira.
Concentrar tanta eletricidade em uma área tão pequena deve ser feito usando materiais especiais. A Boston Metal pode conseguir isso usando carbono como eletrodo – um equipamento que permite que a energia flua sem derreter – mas que também gera dióxido de carbono, anulando o propósito de usar eletricidade verde. A Boston Metal encontrou um material alternativo feito de ferro e cromo, mas até agora só funciona em escala piloto.
Nijhawan não queria derreter nada. Uma vez que você tenha um processo funcionando em temperaturas de metal fundido, ele deve funcionar 24 horas e 365 dias. Se parar, o minério se solidifica e novas cubas precisam ser instaladas, causando meses de atraso. Portanto, o processo tinha que ser “benigno do ponto de vista da temperatura”, diz ele – nada mais quente do que a temperatura em que “o café é preparado”. Isso permitiria um início e uma parada fáceis e possibilitaria contar com energias renováveis ??intermitentes. Mas fazer o processo funcionar a uma temperatura tão baixa exigia que Pham dissolvesse o minério de ferro em água misturada com ácido.
“Meu discurso para todos [the investors] foi: ‘Olha, eu não sei se isso pode ser feito. Eu pensei sobre o problema e perguntei aos especialistas. Acho que há um caminho viável”, diz Nijhawan. “Tudo o que preciso é de menos de 10 pessoas e talvez um ano ou ano e meio para levar isso ao chão.”
A etapa de produção de ferro da siderurgia é responsável por 90% do gás de efeito estufa gerado
Ele não teve que esperar tanto tempo. Pham voltou à prancheta, leu literatura científica e consultou especialistas, incluindo Dan Steingart, professor de metalurgia química da Universidade de Columbia. Depois de semanas tentando novos experimentos, ele encontrou uma solução bem-sucedida.
A Electra está agora saindo do modo furtivo e se recusa a divulgar publicamente seu processo exato. No entanto, Nijhawan e Pham compartilharam detalhes suficientes para especialistas independentes confirmarem que o que a empresa afirma fazer é tecnologicamente viável.
“A Electra conseguiu realizar uma difícil conversão de óxido de ferro para ferro usando apenas eletricidade em temperaturas tão baixas”, diz Venkat Viswanathan, professor associado da Carnegie Mellon University. “Os passos que eles dão enganam o ferro para estar no estado certo.”
Um tour pelas instalações da empresa no Colorado também destaca seu progresso. Não há forno a carvão ou metal fundido, e demonstrações de laboratório mostram como o minério de ferro pode ser dissolvido. Depois que o processo elétrico é executado, a Electra produz chapas do tamanho de papel de escritório com uma espessa camada de ferro metálico sobre elas – cinza prateado na aparência e surpreendentemente pesadas.
O sucesso desses experimentos ajudou a Electra a levantar US$ 85 milhões no total da BEV, da gigante de mineração BHP Group, do fundo de Cingapura Temasek Holdings, da Amazon Inc e de alguns outros investidores. Agora é só escalar a tecnologia.
Transformar minério de ferro em ferro é uma indústria de US$ 870 bilhões
A Electra está prometendo construir uma instalação no próximo ano que terá várias placas de ferro de tamanho comercial; alguns anos depois, planeja fabricar milhares de chapas em uma fábrica maior. Com a gigante siderúrgica sueca SSAB com o objetivo de produzir quantidades comerciais de aço sem carbono até 2026 e a Boston Metal prometendo produzir ferro sem emissões até 2026, a corrida está oficialmente iniciada.
Uma planta comercial de tamanho normal da Electra seria muito menor do que as siderúrgicas convencionais, que podem gerar 2 milhões de toneladas métricas de aço por ano, custam mais de US$ 1 bilhão e são tão grandes que cidades inteiras surgem ao redor delas. A Electra procurará construir usinas que produzam apenas 300.000 toneladas de aço por ano, um tamanho que permitiria que a startup se posicionasse perto dos fornos elétricos a arco existentes. Esses fornos pegam a sucata de aço e a reciclam, e também podem usar o ferro que a Electra produz e ajustar o processo para adicionar mais ferro virgem do que sucata.
Outra vantagem poderia ser a localização das usinas da Electra próximas às minas de minério de ferro, que normalmente estão localizadas longe dos centros urbanos e perto de terrenos onde a energia renovável pode ser construída. As plantas da Electra podem então processar minério em ferro no local enquanto se livram de todas as impurezas, reduzindo drasticamente o volume de material que precisa ser transportado para uma planta siderúrgica e reduzindo ainda mais os custos.
Pode até ser a primeira aplicação comercial da Electra. Ao criar um processo para dissolver o minério de ferro, a empresa também conseguiu remover as impurezas com muito mais facilidade do que a siderurgia convencional: em temperaturas mais baixas, as impurezas não reagem quimicamente como em um forno a 1600C. O mundo está sentado em bilhões de toneladas de minério de ferro de baixo teor. Pode ser possível para a Electra construir fábricas próximas a essas minas e tornar as operações existentes economicamente viáveis.
“Fazer ou morrer em uma startup é real”, diz Nijhawan. “Você não tem 10 anos para desenvolver uma nova ciência. Você tem que estar nessa panela de pressão, para ser honesto com você, em vez de ter tempo e recursos infinitos disponíveis para ver o que pode ser feito de uma maneira diferente.”
Fonte: G7 News
Seção: Siderurgia & Mineração
Publicação: 10/10/2022
10-10-2022 Siderurgia & Mineração
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