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[Dossier CO2] L'hydrogène à la rescousse des sidérurgistes

Xavier Boivinet
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[Dossier CO2] L'hydrogène à la rescousse des sidérurgistes

Confronté à l'impératif de réduction de leurs émissions de CO2, les sidérurgistes se tournent vers l'hydrogène. Celui-ci peut être injecté dans les hauts-fourneaux en remplacement partiel du charbon. A l'avenir, la solution pourrait venir du déploiement du procédé de réduction directe du minerai de fer à l’hydrogène.

Si l’utilisation de l’hydrogène pour décarboner la production d’acier est considérée comme une solution à long terme [lire entretien page 26], les sidérurgistes sont déjà à pied d’œuvre. Le 11 novembre 2019, ThyssenKrupp a inauguré l’injection d’hydrogène dans un haut-fourneau de son site de Duisbourg, en Allemagne. Deux mois plus tôt, ArcelorMittal annonçait un partenariat avec l’américain Midrex Technologies afin de tester à l’échelle d’un démonstrateur, à Hambourg, en Allemagne, la production d’acier par réduction directe du minerai de fer à l’hydrogène. En Suède, le sidérurgiste SSAB s’était déjà tourné vers cette technologie en 2016 dans le cadre du projet Hybrit. Une usine pilote devrait voir le jour cette année en vue d’une mise sur le marché d’un acier « zéro fossile » à partir de 2026.

Dans la solution choisie par ThyssenKrupp, l’hydrogène remplace une partie du charbon utilisé en tant qu’agent réducteur dans le haut-fourneau pour diminuer le minerai de fer et produire de l’acier. « C’est le procédé le plus rapide à mettre en place dans un premier temps, indique Philippe Blostein, le directeur marketing métaux chez Air liquide, qui fournit l’hydrogène au sidérurgiste allemand. Mais dans le haut-fourneau, nous n’arriverons jamais à remplacer entièrement le charbon par de l’hydrogène. » La réduction théorique maximale des émissions de CO2 dans ce cas-là est de l’ordre de 20 %.

De leur côté, ArcelorMittal et SSAB privilégient la réduction directe du minerai de fer à l’hydrogène. ThyssenKrupp l’envisage pour le milieu de la décennie 2020. « Le gros avantage de cette approche est qu’elle permet de faire de l’acier en réduisant considérablement les émissions de CO2 », affirme Philippe Blostein. Certains parlent d’une réduction de 80 % par rapport à un haut-fourneau traditionnel, d’autres imaginent aller jusqu’à 90 %, voire 100 %. « Le bilan peut même être négatif en carbone grâce à l’utilisation de biomasse ou de CO2 recyclé issu d’autres industries pour produire le gaz réducteur », avance Vincent Chevrier, le responsable du développement des nouveaux marchés et ancien directeur de la R & D chez Midrex Technologies.

Se passer de gaz naturel

Cette entreprise américaine est spécialiste de la réduction directe du minerai de fer, un procédé minoritaire mais déjà employé pour fabriquer l’acier : sur les près de 2 milliards de tonnes d’acier produites dans le monde en 2019, environ 100 millions de tonnes l’ont été grâce à ce procédé. Le principe consiste à préréduire du minerai de fer, contenant des oxydes de fer, dans un réacteur grâce à un gaz de réduction obtenu à partir de gaz naturel ou de charbon. Cela donne un minerai préréduit solide, ensuite fondu dans un four à arcs électriques – alors qu’un haut-fourneau produit de la fonte liquide.

Sur le site d’ArcelorMittal à Hambourg, Midrex Technologies compte adapter son procédé historique de réduction directe au gaz naturel en passant au tout-hydrogène. Depuis des décennies, l’américain déploie son[…]

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