Di kota dari Woburn, Massachusetts, pinggiran kota di utara Boston, sekelompok insinyur dan ilmuwan berjas putih memeriksa tumpukan batangan baja abu-abu gunmetal seukuran bata di atas meja di dalam ruang laboratorium yang diterangi lampu neon.
Apa yang mereka lihat adalah sekumpulan baja yang dibuat menggunakan metode manufaktur yang inovatif, yang Logam Boston, sebuah perusahaan yang keluar dari MIT satu dekade lalu, berharap akan secara dramatis membentuk kembali cara paduan itu dibuat selama berabad-abad. Dengan menggunakan listrik untuk memisahkan besi dari bijihnya, perusahaan mengklaim dapat membuat baja tanpa melepaskan karbon dioksida, menawarkan jalan untuk membersihkan salah satu industri terburuk di dunia dari emisi gas rumah kaca.
Sebuah masukan penting untuk rekayasa dan konstruksi, baja adalah salah satu bahan industri paling populer di dunia, dengan lebih dari 2 miliar ton diproduksi setiap tahun. Kelimpahan ini, bagaimanapun, datang dengan harga yang mahal untuk lingkungan Hidup. Akun pembuatan baja untuk 7 ke persen 11 emisi gas rumah kaca global, menjadikannya salah satu sumber industri terbesar polusi atmosfer. Dan karena produksi bisa naik sepertiga pada tahun 2050, beban lingkungan ini dapat bertambah.
Itu merupakan tantangan signifikan untuk mengatasi krisis iklim. PBB mengatakan secara signifikan mengurangi emisi karbon industri sangat penting untuk menjaga pemanasan global di bawah tanda 1.5 derajat Celcius yang ditetapkan di bawah perjanjian iklim Paris 2015. Untuk melakukannya, emisi dari baja dan industri berat lainnya harus turun 93 persen pada tahun 2050, menurut perkiraan oleh Badan Energi Internasional.
Menghadapi tekanan yang meningkat dari pemerintah dan investor untuk mengurangi emisi, sejumlah pembuat bajaโtermasuk produsen besar dan perusahaan rintisanโbereksperimen dengan teknologi rendah karbon yang menggunakan hidrogen atau listrik alih-alih manufaktur padat karbon tradisional. Beberapa dari upaya ini mendekati kenyataan komersial.
โApa yang kita bicarakan adalah industri padat modal dan menghindari risiko di mana gangguan sangat jarang terjadi,โ kata Chris Bataille, ekonom energi di IDDRI, sebuah think tank penelitian yang berbasis di Paris. Oleh karena itu, dia menambahkan, โmenyenangkanโ karena ada begitu banyak hal yang terjadi sekaligus.
Namun, para ahli sepakat bahwa mengubah industri global yang berbalik $ 2.5 triliun pada tahun 2017 dan mempekerjakan lebih dari 6 juta orang akan membutuhkan usaha yang sangat besar. Di luar hambatan praktis untuk meningkatkan proses baru pada waktunya untuk mencapai tujuan iklim global, ada kekhawatiran tentang China, di mana lebih dari separuh baja dunia dibuat dan yang rencananya untuk mendekarbonisasi sektor baja tetap tidak jelas.
โIni tentu bukan perbaikan yang mudah untuk mendekarbonisasi industri seperti ini,โ kata Bataille. โTapi tidak ada pilihan. Masa depan sektor iniโdan iklim kitaโbergantung pada hal itu.โ
________
Pembuatan baja modern melibatkan: beberapa tahapan produksi. Paling umum, bijih besi dihancurkan dan diubah menjadi sinter (padatan kasar) atau pelet. Secara terpisah, batu bara dipanggang dan diubah menjadi kokas. Bijih dan kokas kemudian dicampur dengan batu kapur dan dimasukkan ke dalam tanur sembur besar di mana aliran udara yang sangat panas dimasukkan dari bawah. Di bawah suhu tinggi, kokas terbakar dan campurannya menghasilkan besi cair, yang dikenal sebagai besi kasar atau besi tungku ledakan. Bahan cair kemudian masuk ke tungku oksigen, di mana itu meledak dengan oksigen murni melalui tombak berpendingin air, yang memaksa karbon untuk meninggalkan baja mentah sebagai produk akhir.
Metode ini, pertama kali dipatenkan oleh insinyur Inggris Henry Bessemer pada tahun 1850-an, menghasilkan emisi karbon dioksida dengan cara yang berbeda. Pertama, reaksi kimia di tanur sembur menghasilkan emisi, karena karbon yang terperangkap dalam kokas dan batu kapur berikatan dengan oksigen di udara untuk menciptakan karbon dioksida sebagai produk sampingan. Selain itu, bahan bakar fosil biasanya dibakar untuk memanaskan tanur sembur dan untuk menyalakan pabrik sintering dan pelet, serta oven kokas, yang memancarkan karbon dioksida dalam prosesnya.
Sebanyak 70 persen baja dunia diproduksi dengan cara ini, menghasilkan hampir dua ton karbon dioksida untuk setiap ton baja yang diproduksi. Itu tersisa 30 persen hampir semuanya dibuat melalui tungku busur listrik, yang menggunakan arus listrik untuk melelehkan bajaโsebagian besar bekas daur ulangโdan memiliki emisi CO2 jauh lebih rendah daripada blast furnace.
Tetapi karena pasokan barang bekas yang terbatas, tidak semua permintaan di masa depan dapat dipenuhi dengan cara ini, kata Jeffrey Rissman, direktur program industri dan kepala pemodelan di perusahaan energi dan kebijakan iklim Energy Innovation yang berbasis di San Francisco. Dengan kebijakan yang tepat, daur ulang dapat memasok hingga 45 persen dari permintaan global pada tahun 2050, katanya. โSisanya akan dipenuhi dengan menempa baja berbasis bijih primer, yang merupakan asal sebagian besar emisi.โ
Jadi โjika industri baja seriusโ tentang komitmen iklimnya, ia menambahkan, โitu harus secara mendasar membentuk kembali cara material dibuatโdan melakukannya dengan cukup cepat.โ
________
Salah satu teknologi alternatif yang sedang diuji coba menggantikan kokas dengan hidrogen. Di Swedia, hibridโusaha patungan antara pembuat baja SSAB, pemasok energi Vattenfall, dan LKAB, produsen bijih besiโmelakukan uji coba proses yang bertujuan untuk menggunakan kembali sistem yang ada yang disebut besi tereduksi langsung. Proses ini menggunakan kokas dari bahan bakar fosil untuk mengekstrak oksigen dari pelet bijih besi, meninggalkan pelet besi berpori yang disebut besi spons.
Metode Hybrit malah mengekstraksi oksigen menggunakan gas hidrogen bebas fosil. Gas dibuat melalui elektrolisis, teknik yang menggunakan arus listrikโdalam hal ini, dari sumber energi bebas fosilโuntuk memisahkan air menjadi hidrogen dan oksigen. (Hidrogen paling murni hari ini terbuat dengan metana, yang menghasilkan CO2 saat dibakar.) Besi spons yang dihasilkan kemudian masuk ke tungku busur listrik, di mana akhirnya disuling menjadi baja. Proses ini hanya melepaskan uap air sebagai produk sampingan.
โTeknologi ini sudah lama dikenal, tetapi sejauh ini baru dilakukan di laboratorium,โ kata Mikael Nordlander, kepala dekarbonisasi industri di Vattenfall. โApa yang kami lakukan di sini adalah untuk melihat apakah itu dapat bekerja di tingkat industri.โ
Agustus lalu, Hybrit mencapai pencapaian pertamanya: SSAB, yang memproduksi dan menjual produk akhir, mengirimkan batch pertama baja bebas fosil kepada pembuat mobil Volvo, yang menggunakannya dalam prototipe kendaraan. Perusahaan juga merencanakan pabrik untuk produksi skala komersial, yang ditargetkan selesai pada 2026.
Usaha Swedia lainnya, H2 Green Steel, sedang mengembangkan pabrik baja hidrogen skala komersial serupa dengan bantuan $105 juta yang dikumpulkan dari investor swasta dan perusahaan termasuk Mercedes-Benz, Scania, dan IMAS Foundation, sebuah organisasi yang terkait dengan Ikea. Perusahaan rencana untuk memulai produksi pada tahun 2024 dan memproduksi 5 juta ton baja tanpa emisi setiap tahun pada akhir dekade ini. Perusahaan lain yang menguji pembuatan baja bertenaga hidrogen termasuk: ArcelorMittal, ThyssenKrupp, dan Salzgitter AG di Jerman; Posco di Korea Selatan; dan voestalpine di Austria.
Listrik juga dapat digunakan untuk mereduksi bijih besi. Boston Metal, misalnya, telah mengembangkan proses yang disebut elektrolisis oksida cair, di mana arus bergerak melalui sel yang mengandung bijih besi. Saat listrik mengalir di antara kedua ujung sel dan memanaskan bijih, oksigen menggelembung (dan dapat dikumpulkan), sementara bijih besi direduksi menjadi besi cair yang terkumpul di bagian bawah sel dan disadap secara berkala. Besi yang telah dimurnikan kemudian dicampur dengan karbon dan bahan lainnya.
โApa yang kami lakukan pada dasarnya adalah menukar karbon dengan listrik sebagai agen pereduksi,โ jelas Adam Rauwerdink, wakil presiden senior pengembangan bisnis perusahaan. โIni memungkinkan kami membuat baja berkualitas sangat tinggi dengan menggunakan energi yang jauh lebih sedikit dan langkah yang lebih sedikit daripada pembuatan baja konvensional.โ Selama listrik berasal dari sumber bebas fosil, tambahnya, proses tersebut tidak menghasilkan emisi karbon.
Dia mengatakan perusahaan, yang saat ini menjalankan tiga jalur percontohan di fasilitas Woburn, bekerja untuk membawa konsep laboratoriumnya ke pasar, menggunakan $50 juta terkumpul tahun lalu dari grup investor termasuk Breakthrough Energy Ventures, yang didukung oleh Bill Gates, dan pembuat mobil Jerman BMW. Sebuah pabrik percontohan skala komersial diharapkan akan berdiri dan berjalan pada tahun 2025.
โSaya merasa semua solusi ini memiliki tempatnya masing-masing, tergantung pada lokasi, ketersediaan sumber daya, dan produk yang ditargetkan,โ kata Sridhar Seetharaman, profesor ilmu material dan teknik di Arizona State University. "Namun saya tidak berpikir untuk saat ini siapa pun akan memberi Anda peluru perak untuk memenuhi permintaan."
โHidrogen memiliki sedikit permulaan yang didasarkan pada sistem yang mapan dan juga di depan dalam komersialisasi,โ kata Bataille, ekonom energi IDDRI. โTetapi mencapai industri baja nol bersih akan membutuhkan lebih banyak jalur bebas karbon, jadi saya pikir akan ada cukup ruang di pasar untuk semuanya pada akhirnya.โ
________
Meskipun proses pembuatan baja yang lebih ramah lingkungan tampaknya mendapatkan momentum, masih ada sejumlah tantangan serius yang harus dihadapi. Yang paling utama di antaranya adalah ekspansi besar-besaran dalam infrastruktur energi terbarukan yang akan memerlukan perubahan di seluruh industri ke metode baru ini, kata Thomas Koch Blank, prinsipal senior di lembaga nirlaba yang berbasis di Colorado. Rocky Mountain Institute. Dia memperkirakan bahwa dunia akan membutuhkan hingga tiga kali lipat sumber energi matahari dan angin yang terpasang saat ini untuk menggemparkan produksi baja primer yang ada.
Kendala lain adalah biaya. Beralih ke listrik atau hidrogen akan membutuhkan sejumlah besar belanja modal untuk mendirikan pabrik baru dan retrofit yang lama. Dalam kasus metode hidrogen bersih, harga baja akan meningkat sebagian besar karena produsen baja berlokasi dekat dengan batu bara kokas berbiaya rendah daripada hidrogen berbiaya rendah, kata Koch Blank. โBiaya dimuka ini kemungkinan akan menaikkan harga baja dan produk akhir, setidaknya di awal.โ
Menurut Rissman, analis di San Francisco, undang-undang di sisi penawaran dan permintaan dapat membantu mengimbangi biaya yang lebih tinggi tersebut dan mendorong lebih banyak investasi dalam teknologi yang lebih hijau. Pemerintah, katanya, dapat mendorong penggunaan baja karbon rendah untuk bangunan dan infrastruktur dengan mewajibkan proyek-proyek yang didanai negara untuk menggunakan versi rendah karbon dari bahan konstruksi yang ditunjuk. Mereka juga dapat menerapkan kebijakan yang membuatnya lebih mahal untuk membeli dari negara-negara di mana peraturan tentang emisi tidak terlalu ketat. Itu akan membantu produsen dalam negeri "tetap kompetitif" karena pasar baja bersih "tumbuh dan proses produksi baru mencapai skala ekonomi," kata Rissman.
Mungkin penghalang jalan terbesar adalah Cina, di mana tentang 90 persen produksi baja dicapai dengan menggunakan tanur sembur. Pada bulan September 2020, Presiden Xi Jinping mengumumkan bahwa negara tersebut bertujuan untuk menjadi netral karbon pada tahun 2060. Dalam upaya untuk mengurangi polusi dari pabrik baja domestik, yang menyumbang sekitar 15 persen emisi karbon negara secara keseluruhan, Beijing juga telah berjanji untuk mencapai emisi baja puncak pada tahun 2030. Meski begitu, 18 proyek blast-furnace baru diumumkan di China hanya dalam enam bulan pertama tahun 2021, menurut kepada kelompok penelitian yang berbasis di Helsinki, Pusat Penelitian Energi dan Udara Bersih.
Baja adalah salah satu industri yang paling penting dan menantang untuk dekarbonisasi, kata Rissman, sehingga koordinasi global akan sangat membantu.
Kembali di Boston, Rauwerdink, yang mengamati lini pabrik Boston Metal, setuju. โIni adalah tantangan fantastis yang kami hadapi,โ katanya. Namun, dia menambahkan, โKami menunjukkan bahwa solusi itu adaโdan berhasil.โ
Artikel ini awalnya diterbitkan pada Undark. Membaca Artikel asli.
Gambar Kredit: Tลineckรฉ elezรกrny / Wikimedia Commons
