Peut-on réduire les émissions de gaz à effets de serre de la sidérurgie ?

La sidérurgie produit successivement de la fonte et de l’acier à partir des minerais de fer qui sont essentiellement des oxydes qu’il faut purifier et réduire. Ce processus est une source de gaz à effets de serre considérable car chacune des opérations de purification et de réduction du minerai est émettrice de ces gaz. Il faut déshydrater le minerai à 1600° en brulant du charbon dans les fours de grillage ; réduire les oxydes de fer obtenus dans les hauts fourneaux par combustion avec du coke ce qui produit une nouvelle émission de dioxyde de carbone ; faire fondre encore une fois ce fer brut (fonte blanche ou fonte grise) pour en faire de l’acier ou un alliage avec d’autres métaux.

Selon un spécialiste* de ces questions dont nous résumons ici l’essentiel de son article, les gaz émis pèsent le double de fer obtenu. Etant donné que 2 milliards de tonnes d’acier sont produites chaque année dans le monde entier, cela représente environ 7% des émissions annuelles de gaz à effets de serre. Ce modèle industriel qui n’a pas changé depuis 2000 ans nécessite d’être repensé.

Une startup subventionnée nommée Electra tente de « réinventer cette industrie ».

La première idée est de remplacer le carbone réducteur par de l’hydrogène. Cette technique donne de l’eau et non du dioxyde de carbone de plus elle se ferait à température plus basse : 1100°C. Des boulettes de minerai de fer chauffées sont baignées dans de l’hydrogène, l’oxygène se combine à l’hydrogène pour donner de l’eau et libère du fer pur. Cependant cette technique ne fonctionne qu’avec des minerais très riches en fer, de plus l’hydrogène réducteur utilisé est issu d’électrolyse de l’eau avec de l’électricité renouvelable qui est très chère.

Des startups subventionnées (dont Electra) tentent l’électrolyse du minerai de fer comme cela se fait pour le minerai d’aluminium (bauxite). Le minerai est dissout dans un bain d’acide et les ions fer sont attirés aux électrodes où ils forment des lingots de fer pur. L’électrolyse peut traiter des minerais impurs et comme elle peut s’arrêter et repartir vite, elle peut utiliser une électricité renouvelable soumise à des fluctuations. Par ce procédé les émissions de gaz à effets de serre ne pèseraient plus que le tiers du fer obtenu. La demande de fer pauvre en carbone rend le procédé rentable et la société teste des fours qui pourraient produire quelques centaines de kilogrammes par an avant de développer l’usine qui pourrait en produire quelques milliers de tonnes.

Enfin des chercheurs du laboratoire national Argone utilisent des microondes pour chauffer l’hydrogène à 600°C jusqu’à ce qu’il forme un plasma ; à cette température l’hydrogène peu déplacer l’oxygène même dans des minerais bruts.

Cependant toutes ces tentatives sont insignifiantes par rapport aux masses de minerai qui devraient être traitées. Le remplacement des techniques actuelles de la sidérurgie ne sont pas pour demain. La récupération du fer ou de l’acier ayant déjà servi se justifie pleinement.

* W. Cornwall, Science, 3 Mai 2024, N°6695, pp. 498-499.