Pedro Sérgio Landim de Carvalho Pedro Paulo Dias Mesquita Elizio Damião G. de Araújo*
Resumo
O presente artigo busca analisar a sustentabilidade da siderurgia brasilei-ra, com foco em parâmetros de eficiência de produção e competitividade.
Comparativamente, são apresentados parâmetros de sustentabilidade bra-sileiros e internacionais, bem como um quadro atual da indústria sobre a eficiência energética, abrangendo programas de redução de consumo ener-gético e emissões, além de dados de autoprodução de energia da siderurgia brasileira. São realizadas análises de eficiência e competitividade por rotas e etapas de produção, com destaque para a eficiência e o consumo de energia, principal fonte de emissões das usinas siderúrgicas. As análises contemplam a identificação da posição relativa da indústria brasileira quanto ao consu-mo dos principais insuconsu-mos, buscando identificar os países produtores mais eficientes em cada etapa de produção. Por fim, apresentam-se as principais tecnologias e processos promotores de eficiência energética e redução de emissões, bem como oportunidades e perspectivas de apoio à adoção dessas tecnologias por indústrias menos avançadas.
* Respectivamente, gerente, economista e engenheiro do Departamento de Indústria de Base da Área de Insumos Básicos do BNDES.
Sustentabilidade da siderurgia brasileira: eficiência energética, emissões e competitividade
182 A indústria siderúrgica: principais segmentos e produtos A indústria siderúrgica é importante fornecedora de insumos para pro-dutos de diversas indústrias e para a construção civil. É formada por gran-des empresas, em geral verticalizadas, que operam as diversas fases do processo produtivo, da transformação do minério em ferro primário (gusa ou ferro-esponja) à produção de bobinas laminadas a quente, a frio ou gal-vanizadas, para aplicação em produtos na indústria automotiva, de bens de capital, naval, de linha branca, entre outras. Os laminados longos, também produtos siderúrgicos, cujo principal exemplo é o vergalhão, são muito usa-dos nos setores de habitação e infraestrutura. Cabe destacar outro segmento importante da indústria siderúrgica: a produção de tubos de aço, que podem ser com costura ou sem costura.
Por ser uma indústria intensiva em capital, necessita de investimentos em ativos destinados a projetos de longo prazo de maturação, que implicam elevado aporte de recursos e fortes barreiras à entrada.
A indústria siderúrgica brasileira consegue atender à quase totalidade da demanda do mercado doméstico, produzindo uma ampla gama de produ -tos de aços planos e longos. A maior parte da produção siderúrgica nacional é de aço carbono comum. Vale observar que todos os produtos fabricados em aço carbono também podem ser produzidos em aço especial ou liga-do. No entanto, pela complexidade dos processos de elaboração dos aços especiais e pelo valor intrínseco dos chamados elementos de liga (níquel, cromo, cobalto, nióbio, vanádio, entre outros), geralmente são produzidos em pequenos volumes e têm aplicações específicas.
Rotas tecnológicas e principais processos de produção do aço O aço é uma liga metálica ferro-carbono em que o ferro participa pelo menos com 98% e o carbono com até 2%. Entre outras propriedades, apre-senta resistência mecânica, maleabilidade e ductilidade, principais caracte-rísticas necessárias às suas diversas aplicações na engenharia estrutural.
O processo de produção do aço pode ser dividido em três etapas básicas:
1. redução, em que o minério de ferro é transformado em ferro metálico (gusa ou ferro-esponja);
Siderurgia
2. refi no, em que são retiradas as impurezas da liga metálica e reduzido 183
o teor de carbono, etapa na qual se obtém o aço propriamente dito; e 3. conformação mecânica, na qual o produto semiacabado, resultado da
solidifi cação do aço (lingotamento), é laminado na forma desejada:
chapas, barras, fi os, tubos etc.
A divisão do processo produtivo nessas três etapas permite, ainda, uma classificação da siderurgia em dois segmentos: (i) as usinas integradas, que executam as três etapas citadas, procedendo à redução do minério de ferro através do coque, do carvão vegetal ou do gás natural; e (ii) as semi-integradas, em que o aço é obtido através da fusão/refino da carga metálica, composta de sucata e ferro-gusa ou ferro-esponja.
A seguir, apresentam-se, de forma sumariada, as três etapas básicas de produção do aço.
Redução do minério de ferro
O processo de redução consiste na transformação do minério de fer-ro, geralmente na forma de um óxido de ferfer-ro, em uma liga metálica de ferro-carbono, a partir do uso de um agente redutor – no caso, o elemento carbono. Do processo de redução, obtém-se o chamado ferro primário ou ferro de primeira fusão (liga de ferro e carbono).
A obtenção do ferro primário ou ferro reduzido pode ser feita por meio de diversas rotas tecnológicas. As mais comumente utilizadas são:
1. redução do minério (na forma de granulado, de sínter ou de pelota) em altos-fornos, com uso do coque de carvão mineral como agente termorredutor, tendo como produto o ferro-gusa líquido, que é trans-portado à aciaria, unidade na qual é transformado em aço, no caso de uma unidade integrada a coque;
2. redução do minério (na forma de sínter ou pelota) a partir do carvão vegetal como termorredutor, em fornos menores, tendo como produto o ferro-gusa líquido, que pode ou não ser solidifi cado na forma de pão de gusa, para ser usado em etapa posterior, na produção do aço, geralmente em fornos elétricos;
3. produção de ferro-esponja (ferro primário sólido), a partir do minério na forma de pelotas ou granulado, com uso de gás reformado como
Sustentabilidade da siderurgia brasileira: eficiência energética, emissões e competitividade
184 agente redutor (em geral, obtido a partir do gás natural), no processo conhecido como redução direta, cuja tecnologia mais usada é a Midrex;1 4. produção de ferro primário através de fusão redutora, cuja tecnologia
mais usada é a Corex (vide nota 1).
Em unidades integradas a coque – rota mais utilizada mundialmente na produção de aço –, o minério de ferro, o coque e os fundentes são carre gados pelo topo, no alto-forno, enquanto pelas ventaneiras, localizadas na base do forno, é injetado ar quente, dando início ao processo de fusão da carga sólida. A temperatura nos alto-fornos varia de 1.000°C no topo a 1.500°C na base. A combinação do carbono do coque com o oxigênio do minério libera o calor necessário para fundir o metal. Na base do alto-forno, vai se depositando o ferro-gusa, que, depois, é retirado e levado aos conversores para seu refino.
O ferro primário obtido nessa etapa segue para o processo de refino, no qual se obtém o aço propriamente dito.
Cabe observar que, no Brasil, de acordo com a configuração técnica das usinas, a produção de aço apresenta forte concentração em unidades integradas a coque, chegando a representar 80,3% da produção em 2013.
Outro ponto importante é que, no Brasil, a produção de aço através do uso de conversores a oxigênio (LD/BOF – Basic Oxygen Furnace), que será detalhada a seguir, representa boa parcela da produção, chegando a ter par-ticipação de 73,3%, entre os processos de aciaria, em 2013. Nesse mesmo ano, em todo o mundo, a participação dos conversores LD/BOF chegou a 71,7% do total de produção de aço bruto.
Refino (aciaria)
Trata-se da etapa em que o ferro primário é convertido em aço líquido.
Utiliza-se o chamado refino secundário ou metalurgia de panela quando se deseja conferir ao aço características mais nobres, seja pela adição de elementos de liga, seja pela utilização de atmosferas controladas para tra-tamento do aço líquido.
1 A tecnologia Midrex baseiase na redução direta do minério de ferro pela passagem de um gás redu -tor em contracorrente ao fl uxo descendente da carga ferrífera (granulados e pelotas). O processo Corex tem dois estágios básicos: em um primeiro reator, realiza-se a redução quase total do minério de ferro em estado sólido. Nesse reator, o material obtido é carregado para um segundo reator, onde é fundido para completar o processo de redução. A energia empregada nesse processo é fornecida pela queima do carvão mineral do segundo reator.
Siderurgia
Basicamente, existem três processos de produção de aço líquido, caracte- 185
rizados pelo emprego de diferentes fornos de refino: o conversor a oxigênio (LD/BOF), o forno elétrico a arco (EAF – Electric Arc Furnace) e o forno Siemens-Martin (OH – Open Heart).
O processo Siemens-Martin está praticamente em desuso por causa de sua baixa produtividade e ao alto potencial poluidor, razão pela qual não será objeto de detalhamento neste artigo. Atualmente, tal processo é utili-zado apenas na Ucrânia e na Rússia.
Conversor a oxigênio (LD/BOF)
O processo de refino do aço em conversores a oxigênio (processo LD/BOF) tem por objetivo reduzir os teores de carbono do ferro-gusa, na fase líquida, através de injeção de oxigênio com lanças de sopro. Nessa fase, também ocorre redução dos teores de outros elementos, como silício, enxofre e fósforo.
Forno elétrico a arco (EAF – Electric Arc Furnace)
O processo de produção do aço em forno elétrico (EAF) consiste na fusão de sucata de aço e de ferro primário (gusa ou ferro-esponja) a partir do calor gerado por um arco elétrico formado entre eletrodos de grafita ou entre os eletrodos e a carga metálica.
Depois da fusão da carga, injeta-se oxigênio por meio de uma lança, a fim de promover a reação de oxidação de carbono, silício e fósforo, visando à redução desses elementos.
A transformação de gusa em aço, tanto nos conversores como nos for-nos elétricos, sempre libera monóxido (CO) e dióxido de carbono (CO2).
Após a obtenção do aço líquido, ocorre a solidificação, a partir de pro-cesso de lingotamento, a fim de seguir para a etapa de conformação do ma-terial através da laminação.
Conformação (laminação)
A laminação é o processo metalúrgico de conformação mecânica mais utilizado. Consiste na passagem do material semiacabado (placa ou barra) entre dois cilindros, visando à diminuição da espessura da placa/barra, que
Sustentabilidade da siderurgia brasileira: eficiência energética, emissões e competitividade
186 ocorre por meio das forças de atrito entre o semiacabado e os cilindros de laminação. Antes de passar pelos cilindros, o material é levado ao forno de reaquecimento para que fique ao rubro, ou seja, dúctil o suficiente para que possa ser laminado até se obterem espessuras muito finas.
Por meio da laminação, são obtidos produtos acabados, que tanto po-dem ser planos (chapas grossas, chapas e folhas laminadas a quente e a frio) quanto longos (fio-máquina, vergalhões, perfis, tubos). Em geral, os laminados planos a quente e a frio são apresentados na forma de bobinas.
A seguir, as figuras apresentam, de forma esquemática, os fluxos simpli-ficados das duas rotas mais empregadas na produção de aço:
Figura 1 | Principais rotas de produção de aço
Figura 1a | Rota de produção em unidades integradas a coque (alto-forno e LD/BOF)
Siderurgia 187 Figura 1b | Rota de produção a partir de aciaria elétrica (EAF)
Fonte: Elaboração própria.
Aspectos ambientais
A indústria siderúrgica é grande consumidora de energia e de materiais e, como tal, também responsável por considerável volume de efluentes, dada a grande quantidade de reações físico-químicas envolvidas nas diver-sas etapas do processo de fabricação do aço. Assim, para a transformação do minério de ferro em produto laminado de aço, passando pelas etapas de coqueificação, sinterização, redução e refino, são produzidos grandes vo-lumes de emissões gasosas, efluentes líquidos e resíduos sólidos. A partir da década de 1980, por pressão da sociedade e da legislação pertinente, a indústria tem-se tornado mais eficiente e sustentável, por meio da recicla-gem de produtos e subprodutos, que promoveram a redução do consumo específico de energia.
Em uma planta siderúrgica integrada, as etapas mais emissoras de efluen-tes são a coqueria, a sinterização, a redução no alto-forno e a aciaria. As no-vas tecnologias e mudanças de processos buscam eliminar algumas etapas ou mitigar o impacto ambiental produzido. Nesse aspecto, há uma tendên-cia mundial no sentido de compactar as plantas siderúrgicas, visando a uma maior utilização de sucata reciclável e flexibilização dos processos, o que explica o emprego crescente de aciarias elétricas, plantas semi-integradas conhecidas como minimills.
Sustentabilidade da siderurgia brasileira: eficiência energética, emissões e competitividade
188 A Tabela 1 apresenta os principais insumos energéticos e efluentes ge-rados nas principais etapas/processos siderúrgicos:
Tabela 1 | Principais insumos energéticos e efluentes da siderurgia Principais Laminação Gás de coqueria,
gás de alto-forno Laminação Gás natural e
energia elétrica
Siderurgia
-Fontes: CGEE (2009) e Costa (2002).
Os resíduos sólidos siderúrgicos podem ser classificados em três cate-gorias básicas: (i) recicláveis que contêm ferro – entre os quais, citam-se as poeiras e lamas de alto-forno, de aciaria e de sinterização; as lamas das unidades de tratamento; água de recirculação da laminação; e as carepas;
(ii) resíduos carboquímicos, provenientes, basicamente, das etapas de pro-dução de coque; e (iii) as escórias – geradas, principalmente, na propro-dução de ferro-gusa no alto-forno e nas aciarias a oxigênio e elétricas.
Sustentabilidade da siderurgia
A dinâmica da siderurgia mundial, como de diversos outros setores in-dustriais, tem sido diretamente afetada por fatores econômicos e socioam-bientais, que representam enormes desafios em médio e longo prazos para o setor, entre os quais, estão:
• enorme expansão da capacidade produtiva de produtos siderúrgicos, com aumento da concorrência e da pressão sobre o preço de insumos na última década;
• intensifi cação da pressão exercida para a redução de impactos am-bientais, em um contexto de maior exigência por qualidade de vida; e
• elevação e incerteza sobre preços de energia em âmbito mundial.
Em 2013, a capacidade de produção mundial de aço foi de 2.166 milhões de toneladas, enquanto a produção de aço bruto apurada foi de 1.606 mi -lhões de toneladas, o que revela a enorme capacidade ociosa da indústria, que normalmente opera com o Nível de Utilização da Capacidade Instalada (Nuci) acima de 85%. Esse fato acentua a competição pelos mercados consumi-dores, além de se constituir em enorme pressão sobre o preço dos insumos e do produto final.
(Continuação)
Sustentabilidade da siderurgia brasileira: eficiência energética, emissões e competitividade
190 Os dez maiores países produtores mundiais, cujas eficiência energé-tica e competitividade são analisadas neste estudo, somaram, em 2013, 1.338 milhões de toneladas, representando 83,3% do total produzido de aço bruto no mundo. A Tabela 2 apresenta a produção desses países em 2013 e 2012, bem como a variação percentual ano a ano.
Tabela 2 | Produção de aço dos dez maiores países produtores (em milhões de t)
País Produção
2013
Produção 2012
Variação 2013-2012 (%)
China 779,0 731,0 6,6
Japão 110,6 107,2 3,2
EUA 86,9 88,7 (2,0)
Índia 81,2 77,3 5,0
Rússia 69,5 70,4 (1,3)
Coreia do Sul 66,1 69,1 (4,3)
Alemanha 42,6 42,7 (0,2)
Turquia 34,7 35,6 (2,5)
Brasil 34,2 34,5 (0,9)
Ucrânia 32,8 33,0 (0,6)
Fonte: IABr.
No fim de 2013, o parque produtor de aço brasileiro, composto de 29 usi -nas, tinha capacidade instalada de 48,5 milhões de toneladas anuais de aço bruto, apresentando, a exemplo da indústria mundial, sobrecapacidade de oferta, com uma produção de 34,2 milhões de toneladas no mesmo ano.
No Brasil, o setor siderúrgico, nos próximos anos, além de enfrentar a pressão competitiva atual, deverá deparar com maior elevação nos preços de energia elétrica em relação à média dos principais países produtores.
Além disso, outros importantes fatores com impacto sobre a competição dos produtores brasileiros são a taxa de câmbio, com períodos de aprecia-ção excessiva, e a tributaaprecia-ção elevada.
Esse setor, no país, é o maior emissor industrial de gases de efeito estufa (GEE) e segundo maior consumidor industrial de energia. De acordo com dados do balanço energético nacional de 2014 (ano-base 2013), a produção de ferro primário e aço respondeu por 18,4% do consumo industrial de ener-gia. A indústria siderúrgica emitiu 46% da emissão total do Setor Processos Industriais em 2010 (dados de estimativas anuais de emissões de gases de efeito estufa no Brasil, publicado pelo Ministério da Ciência, Tecnologia e
Siderurgia
Inovação – MCTI em 2013). Considerando as emissões brasileiras totais, o 191
setor respondeu por cerca de 3,7%.
A maior competição enfrentada impõe às indústrias do setor o desafio de reduzir custos e elevar a competitividade, ao mesmo tempo contemplando soluções capazes de promover a redução do consumo energético e do vo-lume de emissões.
Atualmente, existem diversas ações voltadas à promoção da sustenta-bilidade da indústria do aço, a exemplo de monitoramentos realizados pela World Steel Association (WSA)2 e pelo Instituto Aço Brasil (IABr).
Anualmente, a WSA publica um relatório com um conjunto de oito indica-dores selecionados, avaliando a performance ambiental, social e econômica da indústria siderúrgica mundial. No que diz respeito à questão ambiental, o relatório apresenta três indicadores de sustentabilidade: (i) emissão de GEE, em t CO2 eq/t de aço bruto; (ii) intensidade energética, em GJ/t de aço bruto;
e (iii) rendimento dos insumos, em % convertido em produtos, subprodutos ou coprodutos. Também anualmente, o IABr publica um relatório de sus-tentabilidade da siderurgia brasileira, seguindo as orientações da WSA e baseando-se também no Global Report Initiative (GRI). A seguir, a tabela apresenta os três indicadores citados de sustentabilidade da WSA e do IABr, de 2009 a 2011 (último ano de publicação dos dados pelo IABr):
Tabela 3 | Indicadores de sustentabilidade
Sustentabilidade ambiental 2009 2010 2011 2012
Emissão de gases do efeito estufa (t CO2 eq./t de aço bruto)
WSA 1,80 1,8 1,7 1,7
IABr 1,59 1,7 1,7 1,7
Intensidade energética (GJ /t de aço bruto)
WSA 20,10 20,7 19,6 19,6
IABr 18,20 18,7 19,4 n/d
Efi ciência de materiais (% de material convertido em produtos, coprodutos e subprodutos)
WSA 97,90 97,7 94,4 96,4
IABr 98,50 98,1 98,1 n/d
Fontes: IABr e WSA.
2 A World Steel Association (Associação Mundial do Aço, em português) congrega cerca de 170 side-rúrgicas, associações nacionais e regionais da indústria do aço, bem como institutos de pesquisa, repre-sentando cerca de 85% da produção mundial de aço.
Sustentabilidade da siderurgia brasileira: eficiência energética, emissões e competitividade
192 No Brasil, citam-se também: o Programa Brasileiro GHG Protocol, vol-tado ao controle e à gestão de emissões de GEE; e o Protocolo de Sustenta-bilidade do Carvão Vegetal, iniciativa do IABr que contou com a adesão de todas as associadas do Instituto e prevê que, em 2016, 100% da demanda de carvão vegetal da siderurgia seja suprida por meio de plantio próprio ou de terceiros (em 2013, 88,7% da madeira para produção de carvão ve-getal teve origem em floresta plantada própria, 7,7% em floresta plantada de terceiros e 3,6% em resíduos florestais legalizados).
Além dessas iniciativas, há diversos programas no mundo com o desafio de desenvolver novas tecnologias e soluções, bem como de promover re-dução de consumo energético e emissões de GEE, entre os quais, citam-se:
• Estados Unidos da América (EUA) - Better Plants Program (BPP)
O BBP é uma iniciativa voluntária da qual as plantas industriais podem participar, por meio de compromisso voluntário, visando à redução do consumo de energia, em até 25%, no prazo de dez anos. Para tanto, as empresas participantes ganham, além de reconhecimento, suporte técnico do Departamento de Energia dos Estados Unidos (Department of Energy – DOE). O referido programa integra iniciativa governa-mental (Save Energy Now LEADER) e foi criado em 2009 com o objetivo de alcançar um índice de redução de 25% no consumo de energia industrial até 2017.
Além do BBP, os EUA apresentam outras ações, como o Industrial Technologies Program (ITP), no qual se encontra o Advanced Manufacturing Office (AMO) (maior programa do governo dos Es-tados Unidos), com o objetivo de desenvolver a aplicação de novas tecnologias energoeficientes para a indústria em geral.
• União Europeia
- EU Emissions Trading Scheme (EU ETS)
O Esquema Europeu de Comercialização de Emissões é um siste-ma de limitação de emissões e comercialização (cap and trade) de crédi tos de carbono, baseado no Protocolo de Quioto. Para as ati-vidades industriais mais intensivas em emissões de GEE, como é o
Siderurgia
caso da siderurgia, o EU ETS estabelece limites anuais de emissões 193
de CO2 eq, por empresa.
De acordo com as regras do EU ETS, ao fim de cada ano, as empre-sas devem apresentar seus inventários de emissões de GEE. Caso as empresas emitam cotas abaixo do limite estabelecido, terão di-reito a créditos de carbono, que podem ser negociados com outras empresas ou guardados para utilização futura. Caso ultrapasse o limite estabelecido, a empresa paga pesadas multas, proporcionais ao volu me de GEE emitido acima da cota, ou terá de compensar esse volume com créditos de carbono, que podem ser próprios ou adquiridos de outras empresas.
- Ultra-Low CO2 Steelmaking (ULCOS)
O ULCOS tem por objetivo minimizar os volumes de emissão de dióxi do de carbono (CO2) nos processos de produção do aço. Trata-se de um consórcio de 48 empresas europeias e organismos de 15 paí-ses europeus, que lançaram uma iniciativa de cooperação em P,D&I, que visa ao apoio a projetos que possibilitem significativa redução nas emissões de CO2 advindas da produção do aço. O consórcio é formado pelas maiores siderúrgicas europeias, empresas de energia,
O ULCOS tem por objetivo minimizar os volumes de emissão de dióxi do de carbono (CO2) nos processos de produção do aço. Trata-se de um consórcio de 48 empresas europeias e organismos de 15 paí-ses europeus, que lançaram uma iniciativa de cooperação em P,D&I, que visa ao apoio a projetos que possibilitem significativa redução nas emissões de CO2 advindas da produção do aço. O consórcio é formado pelas maiores siderúrgicas europeias, empresas de energia,