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Des usines pilotes pour fabriquer de l’acier avec de l’hydrogène

Des usines pilotes pour fabriquer de l’acier avec de l’hydrogène

La sidérurgie va connaître dans les prochaines années la plus grande transformation technique de son histoire. L’acier est indispensable aux économies, mais sa fabrication émet beaucoup de gaz à effet de serre. Contraints de limiter leurs émissions de CO2, les sidérurgistes n’ont qu’une seule solution aujourd’hui, se tourner vers l’hydrogène vert. Les projets expérimentaux se multiplient en Espagne, en Suède et en Allemagne. Mais cette technologie est loin d’être maîtrisée et d’être économiquement viable.

Parmi les principaux défis de la transition énergétique la conversion de l’industrie lourde figure en bonne place. Mais les technologies permettant de se passer d’énergies fossiles sont balbutiantes, notamment dans la sidérurgie. Et s’il y a un métal dont nos économies et nos sociétés ne peuvent se passer, c’est bien l’acier, indispensable dans la construction, les machines, les infrastructures, les moyens de transport… L’acier est utilisé à plus de 50% dans les infrastructures, 14% dans les équipements mécaniques et 12% dans l’automobile. Pas moins de six millions de personnes travaillent dans le monde dans l’industrie sidérurgique.

Entre 7 et 9% des émissions issues des carburants fossiles

Elles produisent et façonnent chaque année plus de 1,8 milliard de tonnes d’acier. Près de deux fois ce poids est répandu dans l’atmosphère sous forme de CO2 à la suite de la fabrication et de l’usinage de l’acier. Selon la World Steel Association (Association mondiale de l’acier), pour chaque tonne d’acier produite, une moyenne de 1,83 tonne de CO2 est émise. Il faut 770 kilos de charbon pour produire une tonne d’acier. La majeure partie des hauts fourneaux dans le monde fabrique l’acier avec du coke qui est presque du carbone pur issu de la pyrolyse du charbon. La sidérurgie est ainsi à l’origine, toujours selon la World Steel Association, «d‘entre 7 et 9% des émissions directes issues de la consommation mondiale de carburants fossiles». La Chine produit à elle seule plus de la moitié de l’acier mondial.

Outre une plus grande efficacité énergétique, la meilleure piste pour limiter l’empreinte carbone de la fabrication d’acier passe par l’utilisation d’hydrogène et d’hydrogène dit «vert», c’est-à-dire fabriqué par électrolyse et avec de l’électricité émettant peu de CO2 (éolienne, solaire, nucléaire, hydraulique…).

ArcelorMittal, le premier sidérurgiste mondial, qui représente environ 5% de la production, a signé il y a quelques semaines un accord d’investissement avec le gouvernement espagnol sur un projet d’un milliard d’euros. Il s’agit de construire ce que le sidérurgiste présente comme «la première usine au monde de production à grande échelle d’acier sans la moindre émission de carbone». Elle devrait fabriquer 1,6 million de tonnes d’ici 2025 à Sestao à 250 kilomètres de Gijón.

L’usine doit décarboner la production d’acier en deux étapes. D’abord, dans une unité de réduction de fer directe (la transformation du minerai de fer en fer). De l’hydrogène vert sera utilisé pour réduire le fer dans une unité géante produisant 2,3 millions de tonnes (par an). Ensuite, un haut fourneau à arc électrique de 1,1 million de tonnes sera construit pour fabriquer l’acier à partir du fer et fonctionnera uniquement avec de l’électricité renouvelable.

Le projet le plus ambitieux est mené en Suède

Mais ArcelorMittal n’est pas exactement un mécène et le projet sera financé en majeure partie par de l’argent public, plus de 500 millions d’euros. Il bénéficiera aussi d’autres aides indirectes du gouvernement qui soutient un consortium d’entreprises pour construire plusieurs grands parcs solaires pour produire de l’hydrogène vert et des canalisations pour l’amener à l’usine sidérurgique. Mais ArcelorMittal a déjà prévenu que si «l’hydrogène n’est pas fourni à des prix compétitifs d’ici la fin de l’année 2025, du gaz naturel sera utilisé pour alimenter le haut fourneau».

ArcelorMittal n’est pas le seul à développer de nouvelles technologies pour produire de l’acier. Les initiatives se multiplient en Europe. L’Union Européenne finance depuis plusieurs années le projet baptisé H2Future. Il a commencé à se concrétiser l’an dernier avec le lancement d’une usine pilote à Linz en Autriche. Son électrolyseur a une capacité de production supérieure à 6 MW et peut générer 1.200 m3 d’hydrogène vert. Le projet qui allie, entre autres, le maître d’oeuvre VERBUND, Voestalpine et Siemens, bénéficie d’une subvention de 18 millions d’euros de l’UE.

Toujours en Allemagne, ThyssenKrupp a testé en 2019 l’injection d’hydrogène dans un haut-fourneau de son site de Duisbourg. ArcelorMittal a aussi conclu, toujours en 2019, un partenariat avec l’américain Midrex Technologies afin de tester à Hambourg la production d’acier par réduction directe du minerai de fer à l’hydrogène. Une technologie qui sera utilisée à plus grande échelle en Espagne.

Mais le projet le plus avancé et le plus ambitieux est mené en Suède. H2 Green Steel, une société suédoise financée par de nombreux investisseurs dont le fondateur de Spotify, Daniel Ek, a lancé la construction d’une usine de fabrication d’acier dans le nord du pays dans la région de Norrboten qui sera alimentée en énergie par «le plus grand complexe de production d’hydrogène vert au monde».

H2 Green Steel, qui a été créé en 2020, est dirigé par Henrik Henriksson, le Directeur général du constructeur de camions Scania. La société garantit un processus de fabrication sans énergie fossile et entend fournir de l’acier à des clients européens à partir de 2024. D’ici 2030, son ambition est d’avoir une capacité de production annuelle de 5 millions de tonnes.

Le projet d’ArcelorMittal devrait produire 1.6 million de tonnes par an. Celui de H2 Green Steel, 5 millions de tonnes. Des quantités importantes mais qui représentent moins de 0,4% de la production mondiale actuelle d’acier. Cela donne une idée du défi auquel doit faire face cette industrie essentielle dans les trente prochaines années. D’autant qu’il est très improbable que la consommation d’acier dans le monde baisse ou même se stabilise dans les prochaines décennies.

La rédaction

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