A Descarbonização na Siderurgia: o impacto da qualidade das matérias primas

A descarbonização da siderurgia é frequentemente tratada como uma agenda de grandes investimentos e mudanças estruturais no processo produtivo. Nos últimos anos, essa visão ganhou força com projetos voltados a Fornos de Arco Elétrico e rotas de Redução Direta, impulsionados pela necessidade de reduzir emissões de CO₂.

 

Ao mesmo tempo, muitos desses projetos foram adiados ou cancelados. Não por falta de urgência na redução de emissões, mas pelo aumento das restrições econômicas, operacionais e de competitividade.

 

Esse contexto evidencia um ponto crítico: a descarbonização da siderurgia não começa, necessariamente, com a mudança do processo produtivo. Ela começa pela forma como as decisões são tomadas dentro do processo existente.

 

Reduzir Emissões Sempre Foi uma Questão de Eficiência Operacional

 

A siderurgia convive com metas de eficiência há décadas. Muito antes da discussão atual sobre carbono, o setor já trabalhava continuamente para:

 

• reduzir consumo específico de energia,
• melhorar taxas de combustível,
• adaptar-se a matérias-primas de qualidades variáveis,
• e controlar custos operacionais.

 

Essas melhorias sempre tiveram um efeito direto na redução da intensidade de emissões por tonelada produzida. Isso significa que eficiência operacional e sustentabilidade nunca foram temas separados. Operar de forma mais eficiente sempre significou emitir menos.

 

Hoje, o que mudou não foi o princípio, mas o nível de exigência. As emissões passaram a ser medidas, monitoradas e comparadas de forma explícita.

 

O Contexto Atual da Siderurgia

Atualmente, o setor siderúrgico opera sob múltiplas restrições simultâneas:

 

•  metas claras de redução de emissões de CO₂,
•  necessidade de manter ou aumentar volumes de produção,
•  forte competição global baseada em custos,
•  matérias-primas com qualidade cada vez mais heterogênea,
•  e limitações reais para investimentos de grande porte.

 

Nesse cenário, projetos estruturais de descarbonização enfrentam dificuldades de viabilidade econômica no curto e médio prazo. Isso não elimina a necessidade de reduzir emissões, mas direciona o foco para soluções que tragam resultado imediato, risco controlado e retorno mensurável.

 

Dentro do contexto atual de descarbonização da siderurgia, diversas iniciativas tecnológicas têm sido discutidas como caminhos potenciais para reduzir emissões de CO₂, especialmente em rotas baseadas em altos-fornos e aciarias integradas. Essas iniciativas reforçam a tendência de buscar soluções no nível do processo, muitas vezes associadas a maior complexidade operacional e necessidade de investimentos relevantes.

 

Exemplos disso são iniciativas como o uso de hidrogênio como agente redutor, ferro-esponja em alto-fornos ou até o uso de sucata pré-aquecida na carga de conversores.

 

Entendendo os Escopos de Emissões na Siderurgia

 

Para identificar onde estão as reais oportunidades de redução, é fundamental compreender os diferentes escopos de emissões de carbono.

 

Escopo 1 — Emissões diretas

Refere-se às emissões geradas pela própria operação. Na siderurgia, incluem principalmente a queima de combustíveis em altos-fornos e fornos de processo, o uso de redutores como coque e carvão e as reações químicas inerentes à produção de ferro e aço.

São emissões diretamente influenciadas por decisões operacionais, especialmente pela escolha e combinação de matérias-primas.

 

Escopo 2 — Emissões indiretas de energia

Corresponde às emissões associadas à geração da energia elétrica consumida pela planta. Quanto maior o consumo e mais intensiva em carbono for a matriz energética, maior o impacto.

Eficiência operacional, produtividade e consumo específico são alavancas diretas sobre esse escopo.

 

Escopo 3 — Emissões da cadeia de valor

Inclui as emissões indiretas ao longo da cadeia, como produção e transporte de matérias-primas, logística e, em alguns casos, o uso do produto final.

Embora dependam de fatores externos, decisões sobre fornecedores, insumos e rotas logísticas têm influência relevante nesse escopo.

 

Onde as Decisões Operacionais Têm Maior Impacto

 

Uma parcela significativa das emissões da siderurgia, especialmente dos Escopos 1 e 2, está diretamente ligada a decisões operacionais rotineiras, como:

 

• escolha dos fornecedores de matérias-primas utilizadas,
• proporções entre minério, sínter, pelota, sucata e ferro-esponja,
• qualidade química média dos insumos,
• busca de redução do consumo de combustíveis fósseis,
• e equilíbrio entre produtividade, custo e consumo específico.

 

Essas decisões não são independentes. Alterar uma matéria-prima afeta consumo energético, estabilidade do processo, custo e emissões ao mesmo tempo.

Por isso, decisões isoladas raramente produzem bons resultados globais.

 

O Experimento com modelo matemático

 

Para avaliar de forma objetiva o impacto dessas decisões, a Cassotis conduziu análises criteriosas de cenários utilizando sua solução integrada de otimização de custo que também estima as emissões com base no uso dos materiais e nível deprodução. O modelo matemático representa toda a cadeia de produção e contempla os diversos balanços mássicos, químicos e térmicos em cada equipamento. Ele também enxerga o impacto da qualidade (que seja das matérias-primas, como dos produtos intermediários) nos indicadores de eficiência do processo e necessidade de combustíveis.

 

Foram simuladas duas cargas na versão do nosso modelo aplicado a uma usina integrada composta por coqueria, sinterização, altos fornos e convertedores. A primeira simulação privilegiou os materiais de menor eficiência operacional e com baixa qualidade. A segunda, os materiais de maior eficiência e de alta qualidade.

 

Sem grande surpresa, o primeiro cenário resultou em maiores emissões de CO₂ nos escopos um e dois. Essas emissões totalizaram 2,45 toneladas por tonelada de aço.

 

Já no outro cenário, o uso de matérias primas de maior qualidade e eficiência resultou em menores emissões. Caindo para 2,11 toneladas de CO₂ por tonelada de aço. O resultado foi então uma redução das emissões totais de 14%, proporcionado apenas pelo uso de materiais de melhor qualidade.

 

O Papel Central das Matérias-Primas

 

O principal aprendizado do experimento foi claro. As matérias-primas têm peso determinante na intensidade de emissões da siderurgia.

Mudanças no mix de insumos e na qualidade média utilizada impactam diretamente:

 

• a quantidade de combustível necessária,
• a eficiência das reações químicas,
• o consumo elétrico,
• e, como consequência, as emissões dos Escopos 1 e 2.

 

Esses resultados mostram um potencial de redução das emissões pela matéria prima com visão integrada do sistema.

 

Por Que a Otimização É Necessária

As cargas simuladas apresentam custos bem diferentes! Isso é um fato. A escolha de matérias primas de maior qualidade para a redução das emissões pode impactar muito o custo dos blends de materiais.

 

Entretanto, essa maior qualidade proporciona redução de custo indireto (como fundentes e energia) e melhora as condições operacionais possibilitando melhores rendimentos e níveis de produção.

 

Também, em algumas regiões do mundo, as penalidades econômicas por emissões de CO₂ devem ser consideradas no momento da decisão, podendo favorecer uma elevação da qualidade das matérias primas sendo compradas, uma vez que o aumento de custo pode ser balanceado com uma redução das penalidades.

 

Tudo isso demonstra a complexidade das decisões relativas às matérias-primas, assunto que deve ser tratado pela otimização integrada que contempla todos estes aspectos.

 

Conclusão

 

Este estudo serve para mostrar o quanto as emissões de CO₂ são impactadas pela escolha da matéria prima, independente das rotas produtivas.

 

Ele mostra também que essa decisão deve incluir as considerações ambientais, principalmente para as usinas que tem metas desafiadoras de redução de emissão assim como para as que sofrem penalidades relativas às estas emissões.

 

Isso abre um caminho de otimização com alavancas importantes de custo e de emissão. A Cassotis atua exatamente nesse ponto, transformando complexidade operacional em decisões econômicas superiores, com impacto real em custo e carbono.