Eficiência Energética na Siderurgia Estudo Prospectivo do Setor Siderúrgico (2025)

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1 Eficiência Energética na Siderurgia Nota Técnica TR09 Centro de Gestão e Estudos Estratégicos Ciência, Tecnologia e Inovação

2 Nota Técnica TR09 Sérgio Valdir Bajay Núcleo Interdisciplinar de Planejamento Energético - NIPE Departamento de Energia/Faculdade de Engenharia Mecânica Universidade Estadual de Campinas - Unicamp Campinas Fevereiro de 2009 Sérgio Valdir Bajay Página 2

3 Centro de Gestão e Estudos Estratégicos - CGEE Presidenta Lucia Carvalho Pinto de Melo Diretor Executivo Marcio de Miranda Santos Diretores Antônio Carlos Filgueira Galvão Fernando Cosme Rizzo Assunção Edição e revisão / Projeto gráfico e diagramação / Gráficos / Capa / Estudo Prospectivo do Setor Siderúrgico (2025): Eficiência Energética na Siderurgia. Brasília: Centro de Gestão e Estudos Estratégicos, 2009 (Nota Técnica). 32 p.; Il.; 21 cm 1. Eficiência energética. 2. Energia. 3. Conservação de energia. 4. CGEE. Centro de Gestão e Estudos Estratégicos SCN Qd 2, Bl. A - Ed. Corporate Financial Center sala , Brasília, DF Telefone: (61) Esta publicação é parte integrante das atividades desenvolvidas no âmbito do Contrato de Gestão CGEE/MCT/2008. Todos os direitos reservados pelo Centro de Gestão e Estudos Estratégicos (CGEE). Os textos contidos nesta publicação poderão ser reproduzidos, armazenados ou transmitidos, desde que citada a fonte. Impressão Sérgio Valdir Bajay Página 3

4 EFICIÊNCIA ENERGÉTICA NA SIDERURGIA Estudo Prospectivo do Setor Siderúrgico (2025) Instituições do Comitê de Coordenação do Estudo ABDI ABM AÇOS VILLARES ARCELORMITTAL BNDES CSN FINEP GERDAU IBRAM IBS MDIC MME SAMARCO USIMINAS VALOUREC-MANNESMANN VILLARES METALS VOTORANTIM Comitê Executivo Fernando Cosme Rizzo Assunção (CGEE, Supervisor) Horacídio Leal Barbosa Filho (ABM) Rudolf Buhler (IBS) Gilberto Luz Pereira (ABM) Lélio Fellows Filho (CGEE) Elyas Ferreira de Medeiros (CGEE) Equipe da Nota Técnica Elyas Ferreira de Medeiros (Coordenador) Sérgio Valdir Bajay (Consultor) Ronaldo Conde Aguiar (Revisor) Bernardo Godoy de Castro (Assistente) Sérgio Valdir Bajay Página 4

5 Sumário Resumo 6 Introdução 7 Produtos e matérias-primas 7 Etapas do processo produtivo 8 Redução de minério de ferro 8 Refino de coque 11 Laminação 13 Uma nova fase de expansão da indústria siderúrgica 13 Participação da indústria siderúrgica na formação do PIB 15 Pressões do ambientalismo sobre a indústria siderúrgica 16 Reciclagem 18 Consumo de energia 19 Consumos de coque e de finos de carvão em altos-fornos 20 Autoprodução de eletricidade 21 Eficiência energética 23 Potenciais de conservação de energia encontrados na literatura técnica 24 Potenciais técnicos de conservação de energia estimados pelo NIPE 26 Conclusões e recomendações 30 Referências bibliográficas Obras gerais 32 Sérgio Valdir Bajay Página 5

6 Resumo A s usinas siderúrgicas constituem um dos grandes pilares da indústria brasileira, com forte presença tanto no mercado interno quanto nas exportações do país. Sua elevada importância econômica e seus significativos impactos ambientais as tornam, com frequência, objeto de debates, nos quais políticas públicas são sugeridas no sentido da sua expansão ao mesmo tempo em que organizações sociais fazem restrições de cunho ambiental às suas atividades. Esta nota técnica procura mostrar que, de um lado, houve grandes progressos na gestão dos principais insumos energéticos, mas, de outro, ainda há elevados limites de conservação de energia, tanto térmica como elétrica, que podem ser atingidos, com substanciais benefícios em termos de competitividade e sustentabilidade ambiental. Bem verdade que tudo isso dependerá da adoção de estratégias empresariais adequadas e da formulação de políticas públicas de fomento apropriadas. O texto indica as etapas do processo produtivo com maiores potenciais de economia de energia, assim como algumas das tecnologias mais promissoras para sua efetivação. Palavras-chave: eficiência energética, energia, conservação de energia, cgee. Eficiência energética: uma necessidade Sérgio Valdir Bajay Página 6

7 Introdução P rogramas de conservação de energia que envolvem não só tecnologias mais eficientes, mas, também, novos arranjos gerenciais e melhores hábitos de consumo têm sido adotados na indústria siderúrgica de inúmeros países. Tais programas visam otimizar o perfil e a qualidade do consumo, de forma a diminuir os gastos e os impactos ambientais associados ao consumo de energia. Nas primeiras seções desta nota técnica são descritas, de uma forma sucinta, os produtos, matérias-primas e etapas do processo produtivo da indústria siderúrgica no Brasil. São apresentadas, também, informações e dados que comprovam o início, nos últimos anos, de uma nova fase de expansão deste importante ramo industrial no país. Pressões de cunho ambientalista têm motivado um aumento na reciclagem de produtos e resíduos da indústria siderúrgica. Da mesma forma, têm exigido reduções nos principais consumos energéticos específicos, conforme será visto. Esta nota técnica desenvolve uma rápida caracterização energética setorial, que inclui um relato da atual situação da autoprodução de eletricidade no setor. Em seguida, apresenta algumas estimativas dos potenciais de conservação de energia térmica e elétrica, segundo etapa do processo produtivo e grupo homogêneo da indústria siderúrgica nacional. Tais estimativas foram elaboradas pelo Núcleo Interdisciplinar de Planejamento Energético (NIPE), da Universidade de Campinas (Unicamp). O texto também contempla outras estimativas semelhantes, desenvolvidas por diversos autores e instituições do Brasil e do exterior. Por fim, na última seção, são apresentadas algumas propostas de novas estratégias empresariais e de políticas públicas essenciais, as quais buscam a materialização dos elevados potenciais de conservação de energia indicados para esta indústria. Produtos e matérias-primas. A indústria siderúrgica brasileira compõe-se de um conjunto de usinas integradas e não-integradas, que produzem produtos laminados (placas, barras, tubos) e produtores independentes, que produzem unicamente ferro-gusa. Sérgio Valdir Bajay Página 7

8 As principais matérias-primas são o minério de ferro, sucatas de ferro e aço, materiais fundentes calcário e dolomita, carvão mineral, carvão vegetal e coque. O carvão mineral, além de constituir uma importante fonte de matéria-prima do processo produtivo, é a principal fonte energética consumida nas usinas siderúrgicas. Etapas do processo produtivo. O processo de produção do aço pode ser dividido em três etapas principais: redução do minério de ferro, refino do aço e laminação 1. Esta divisão do processo produtivo permite classificar a indústria siderúrgica em dois segmentos homogêneos: as usinas integradas, que executam as três etapas citadas, e as usinas que não realizam todas estas etapas, que são denominadas usinas não-integradas, ou semiintegradas. Redução do minério de ferro A primeira etapa do processo produtivo do aço é a chamada redução, que consiste na transformação do minério de ferro em metal líquido Existem três rotas tecnológicas alternativas para a realização desta etapa: a) Produção de ferro-gusa a partir de coque de carvão mineral e minério sinterizado, em altos-fornos; b) Produção de ferro-gusa a partir de carvão vegetal e minério pelotizado, ou sinterizado, em altos-fornos; c) Produção de ferro esponja a partir de minério pelotizado, através de redução direta, consumindo carvão não coqueificável, ou gás natural. No Brasil, ocorre uma forte concentração da produção de aço em usinas integradas a coque, seguido das usinas integradas a carvão vegetal e das usinas semi-integradas. A produção de aço por redução direta é pequena e concentrada em uma única unidade do grupo Gerdau, na usina de Pains, localizada na Bahia. 1. Bajay, S. V., Leite, A. A. F., Beismann, A., Simões, A. F., Rocha, C. R., Dorileo, I. L., Modesto, M., Berni, M. D. e Sant Ana, P. H. M. Relatório da etapa II.d: Caracterização técnica dos setores industriais. Projeto: Análise e desenvolvimento de metodologia visando a implementação de projetos de eficiência energética na indústria. Contrato CNI/Funcamp/Unicamp, Núcleo Interdisciplinar de Planejamento Energético NIPE, Universidade Estadual de Campinas, junho de 2008, 139 p. Sérgio Valdir Bajay Página 8

9 Nos altos-fornos se produz gás de alto-forno, que é importante no balanço energético das usinas integradas. A Figura 1 mostra um diagrama simplificado do processo de produção de aço bruto utilizando coque como agente redutor, mediante o processo de redução direta. No caso de usinas integradas a carvão vegetal, o fluxograma da produção se assemelha bastante ao da unidade a coque, com a exclusão da coqueria e a sua substituição por uma unidade de carvoejamento. Figura 1 - Diagrama de produção de aço em uma usina integrada usando coque como agente redutor e com a redução direta A produção de aço na usina integrada a coque se inicia com a coqueificação do carvão mineral e a sinterização ou pelotização do minério de ferro. A coqueificação é um fenômeno que ocorre quando o carvão é aquecido a temperaturas elevadas com ausência de oxigênio, o que provoca a liberação de gases e a formação de um resíduo sólido, poroso, com alta concentração de carbono, chamado coque. O carvão mineral usado na coqueificação deve ter baixos teores de cinzas e de enxofre, além de baixa incidência de materiais voláteis, para não prejudicar a produtividade e o consumo energético nos altos-fornos. O carvão que possui estas características é chamado de metalúrgico. Sérgio Valdir Bajay Página 9

10 O tempo total requerido para a coqueificação da carga varia de 13 a 24 horas, sendo função, essencialmente, da largura do forno, temperatura de operação e densidade do carvão. Após o desenfornamento, o coque é levado para extinção da queima, o que pode ser feito com o uso de água, ou a seco. Coque Do processo de coqueificação tem-se, como subproduto, um gás combustível, o chamado gás de coqueria, usado como insumo energético na planta. É interessante mencionar que o próprio aquecimento da bateria de fornos de coqueificação é normalmente feito com uma mistura de gases de alto-forno e de coqueria. Em muitas jazidas de minérios de ferro, uma parte do minério é constituída por material friável, que se desagrega facilmente, produzindo finos que não podem ser usados diretamente no alto-forno ou na redução direta. Tais finos são aglomerados em processos de sinterização, ou de pelotização, produzindo material de granulometria controlada e excelente rendimento nos altosfornos. A sinterização é um processo de semifusão redutora oxidante a que é submetido o minério de ferro na presença de fundentes, coque e umidade. Além do consumo de coque, na sinterização também ocorre consumo de energia elétrica na movimentação da carga e britagem, e de gás de coqueria, este utilizado no forno de ignição e no próprio processo. A pelotização é uma etapa alternativa à sinterização e visa a aglomeração do minério de ferro na forma de pelotas, que hoje são aceitas como a melhor maneira de alimentação dos altosfornos modernos e das unidades de redução direta. Há várias vantagens quanto ao produto obtido, tais como alto teor de ferro, uniformidade dimensional e da composição química em faixas rígidas preestabelecidas, alta resistência mecânica, maior redutibilidade e melhor aproveitamento metalúrgico dentro do alto-forno. A maior parte da produção brasileira de pelotas é destinada à exportação. Sérgio Valdir Bajay Página 10

11 O processo de redução direta, no qual os óxidos metálicos sofrem redução no estado sólido, é uma alternativa ao processo de redução em altos-fornos. O produto desse processo é o ferro esponja, isto é, o minério de ferro do qual foi retirado, em grande parte, o oxigênio combinado; ou seja, o minério é enriquecido em ferro sem a incorporação de elementos estranhos à sua constituição original. Os elementos redutores usuais são o hidrogênio, o monóxido de carbono (derivados, ambos, de um processo de reforma do gás natural ou do carvão), certas misturas desses dois gases e o carbono. Uma das principais vantagens operacionais dos processos de redução direta é viabilizar a instalação de mini-usinas, menores do que as usinas convencionais com altos-fornos. É necessário, entretanto, dispor-se de redutor/combustível em quantidade suficiente e baixo custo no local. Refino do aço A etapa de refino envolve três processos: (i) A produção propriamente dita do aço, na aciaria; (ii) A metalurgia de panela ou refino secundário, que visa melhorar as características estruturais do aço e reduzir o tempo de corrida da aciaria; (iii) O lingotamento, onde ocorre a solidificação do aço. Aciaria Na aciaria existem duas rotas tecnológicas predominantes no mundo: o conversor a oxigênio também chamado LD (Linz-Donawitz) - e o forno elétrico a arco. O primeiro é utilizado em Sérgio Valdir Bajay Página 11

12 usinas integradas a coque, ou a carvão vegetal. O segundo é mais usado em usinas semiintegradas, cujo processo começa na aciaria, ou em usinas integradas que empregam a redução direta. A carga de um conversor LD é composta basicamente de gusa líquido e sucata. O ferrogusa líquido fornece quase a totalidade da energia necessária ao processo, devido ao alto valor de seu calor sensível e à oxidação de seus elementos. Forno elétrico de arco. O forno elétrico de arco é o instrumento mais versátil de produção de aço e, nas últimas décadas, vem se tornando um dos mais eficientes. Suas principais vantagens são: (i) Ele permite produzir praticamente todos os tipos de aços: carbono, baixa-liga, ferramenta, alta-liga, inoxidáveis, entre outros; (ii) É um equipamento extremamente versátil no que se refere à carga, podendo ser operado com 100% de sucata; (iii) Ele permite operação intermitente e mudanças rápidas de produção; (iv) Dos fornos de aciaria, ele é o que permite obter valores mais baixos de fósforo e enxofre no aço produzido; (v) É eficiente em termos energéticos. Escória fundida e gás de aciaria, este último destinado ao sistema de gases da usina, são subprodutos da produção do aço. A partir da obtenção do aço líquido, abrem-se duas possibilidades distintas na etapa de lingotamento. No processo convencional, o aço é vazado em moldes lingotes, onde é solidificado. A seguir, ele precisa ser reaquecido em fornos do tipo poço, cuja finalidade é aquecer uniformemente os lingotes sem provocar superaquecimento. Estes fornos usam gases pobres, ou misturas desses gases, óleo pesado ou gás natural como combustível. Alternativamente, pode-se em- Sérgio Valdir Bajay Página 12

13 pregar um processo chamado de lingotamento contínuo, com ganhos na qualidade do aço produzido, com perdas de aço inferiores e um menor consumo de energia. Em seguida, os lingotes são laminados em laminadores desbastadores e aparados nas extremidades. Cada fração de aço perdida no corte leva, sob uma forma incorporada, todas as parcelas de energia e matéria-prima necessária à produção. Laminação A conformação, ou laminação, dos produtos semi-acabados da indústria siderúrgica pode ser a quente ou a frio. Ambas envolvem consumos significativos de energia elétrica. Energia térmica é utilizada em uma etapa preliminar à laminação: o reaquecimento do aço. Nesta etapa são utilizados fornos de reaquecimento, que podem ser em bateladas, ou contínuos. Os combustíveis normalmente utilizados são óleos pesados, gases de processo e, também, gás natural. Linha de corte transversal para bobinas laminadas a frio Os produtos laminados a frio são geralmente recozidos antes das etapas finais do processamento, ou embarque. Os fornos de recozimento não são equipamentos que respondem por parcelas elevadas do consumo global de uma instalação integrada. Normalmente, eles utilizam gás de coqueria, óleo combustível e gás natural como insumo energético. Uma nova fase de expansão da indústria siderúrgica brasileira. A indústria siderúrgica brasileira iniciou em 2006 um novo ciclo. Os investimentos desta indústria salta- Sérgio Valdir Bajay Página 13

14 ram de US$ 1,894 bilhão, em 2005, para US$ 3,055 bilhões, em Com o objetivo de atingir o mercado externo, as empresas preveem investir US$ 23 bilhões até o final de 2012, com a perspectiva de aumentar a capacidade instalada de 37,1 Mt anuais para 59 Mt. Se o mercado interno responder aos incentivos do Plano de Aceleração do Crescimento (PAC), do governo federal, a projeção de investimentos, segundo projetos em estudos, pode aumentar para US$ 37,6 bilhões, elevando a capacidade instalada para 78 Mt 2. Parte do crescimento da capacidade de produção será resultado de investimentos das companhias existentes, enquanto o restante será propiciado pela criação de duas novas usinas: Companhia Siderúrgica do Atlântico, no Rio de Janeiro, e Ceará Steel, no Ceará 3. No início de 2007, o Grupo Votorantim confirmou seu plano de construção de uma nova unidade no Rio de Janeiro, a Siderúrgica Resende, com valor atualizado de R$ 1,2 bilhão e capacidade de produção de 1,05 milhão de toneladas de aço. A Gerdau pretende investir US$ 277 milhões com o objetivo de ampliar a capacidade de produção da Açominas de 4,5 milhões para cinco milhões de toneladas de aço em Além do foco nas exportações, o atual ciclo se caracteriza, também, por uma busca de verticalização e por uma diversificação dos produtos semiacabados oferecidos ao mercado. E- xemplo disto são as empresas que só produziam aços planos que passaram também a produzir aços longos e vice-versa. Outro exemplo: o Grupo Arcelormittal, maior conglomerado siderúrgico do mundo, que atualmente controla a CST, a Belgo e a Acesita, demonstrou interesse em adquirir minas de ferro no Brasil e, desta forma, diminuir sua dependência da mineradora Vale do Rio Doce. O Grupo pretende transformar o Brasil em um pólo exportador, principalmente para os Estados Unidos, devido à facilidade logística. Para tanto, tem planos de investir cinco bilhões de dólares no país até A Companhia Vale do Rio Doce, por seu turno, procura atrair novos investimentos na indústria siderúrgica brasileira. Sua intenção é participar, temporariamente, desses investimentos como sócio minoritário, de modo a garantir o suprimento de minério de ferro e oferecer sua excelente estrutura logística de transporte do minério no país. Este arranjo está sendo adotado em uma planta siderúrgica com a Thyssenkrupp Steel. Ela deve começar a operar em 2009, no Rio de Janeiro, e produzir cinco milhões de toneladas de aços planos por ano. Está prevista, ainda, uma 2. Instituto Brasileiro de Siderurgia (IBS). Investimentos e expansão da produção. Rio de Janeiro: Paula, G. M. de. Nota técnica sobre Siderurgia: Estudos prospectivos setoriais e temáticos Módulo 4/Estudo da dimensão territorial do PPA. Brasília: Centro de Gestão e Estudos Estratégicos (CGEE), Sérgio Valdir Bajay Página 14

15 parceria da Vale com a Pecém Steel Dongkuk com o objetivo de instalar uma planta em Pecém, no Ceará, com uma capacidade de produção de 2,5 milhões de toneladas por ano, que deve ser comissionada também em Em agosto de 2008, a Vale anunciou um plano para construir a siderúrgica de Marabá, no Pará, orçada em US$ 3,3 bilhões, com previsão para começar a operar em As vantagens competitivas da indústria siderúrgica brasileira, em termos de custo de produção, vêm do baixo custo da mão de obra e da boa qualidade (V. Tabela 1) e baixo custo do minério de ferro. Por outro lado, existem desvantagens em termos de gastos financeiros, além do custo de importação do carvão 4. Tabela 1 - Conteúdo médio de ferro no minério em diversos países Minério Metal Conteúdo de metal Mt Mt % Austrália Brasil China Índia Rússia Ucrânia EUA Outros Mundo Fonte: (de Paula, 2006) A forte expansão prevista para o setor siderúrgico brasileiro 5 e a competição crescente no mercado brasileiro e no exterior irão pressionar as empresas a buscarem reduções de custos e novos ganhos de produtividade. Como os custos dos insumos energéticos pesam nos custos finais dos produtos siderúrgicos, a implantação de programas de eficiência energética pode contribuir significativamente para se atingir estes objetivos. 4. Paula, G. M. de. Op. cit. 5. Superada, evidentemente, a atual crise financeira e a recessão nos EUA e em diversos outros países. Sérgio Valdir Bajay Página 15

16 Participação da indústria siderúrgica na formação do PIB. A Figura 2, abaixo, ilustra como evoluiu, no período , a participação da indústria siderúrgica na formação do PIB nacional6. Pode-se observar que houve um aumento nesta participação de 0,46%, em 1996, para 0,95%, em 2005, com uma média de 0,63% na década analisada. 1,40 1,20 1,20 1,00 0,95 (VA/PIB)*100 0,80 0,60 0,40 0,46 0,44 0,40 0,46 0,60 0,49 0,62 0,71 0,20 0, Anos Fonte dos dados brutos: IBGE Figura 2 - Participação percentual da indústria siderúrgica na formação do PIB do Brasil, de 1996 a 2005 Pressões do ambientalismo sobre a indústria siderúrgica. Do ponto de vista ambiental, cada operação dentro de uma usina siderúrgica está associada ao consumo de matériasprimas, insumos e energia, gerando, por sua vez, resíduos sólidos, líquidos e gasosos, conforme indicado na Tabela 2. Durante o processo de produção e transformação do aço em usinas siderúrgicas integradas tem-se a geração, em grandes quantidades, de diversos resíduos sólidos. Estes resíduos podem ser classificados em três grupos: 6. Bajay, S. V., Beissmann, A., Simões, A. F., Rocha, C. R., Dorileo, I. L., Modesto, M., Berni, M. D. e Sant Ana, P. H. M. Relatório da etapa II.f: Caracterização econômica dos setores industriais. Projeto: Análise e desenvolvimento de metodologia visando a implementação de projetos de eficiência energética na indústria. Contrato CNI/Funcamp, Núcleo Interdisciplinar de Planejamento Energético NIPE, Universidade Estadual de Campinas, 2008, 51 p. Sérgio Valdir Bajay Página 16

17 Os recicláveis contendo ferro; Os resíduos carboquímicos; As escórias. Tabela 2 - Resíduos gerados na indústria siderúrgica brasileira Planta Coqueria Sinterização Altos-fornos Dessulfuração Aciaria LD Laminação BOF (refino primário) Refino secundário Lingotamento contínuo Resíduos Gases (NO x/vocs) Dioxinas Metano Benzeno Fenóis Compostos alifáticos Material particulado Dioxinas Gases (CO/CO 2/SO 2/NO x/vocs) Fenóis Cianetos Amônia Sulfetos Gases (CO/CO 2/NO x) Refratários Escória Material particulado Material particulado Metais (Zn) Gases (CO/CO 2/VOCs) Metais solúveis Material sedimentado Escória Refratários Gases (CO/CO 2) Material particulado Sucata Escória Refratários Sucata Material particulado Sólidos suspensos Óleos Óleos Ácidos Gases (CO/CO 2/SO 2/NO x/vocs) Material sedimentado Metais solúveis Fonte: (Mourão, 2003) Entre os recicláveis contendo ferro estão as poeiras e lamas de alto-forno, de aciaria e de sinterização, as lamas das unidades de tratamento e recirculação da água de laminação e as carepas. As escórias são basicamente provenientes do alto-forno e da aciaria (refino primário e secundário do aço). Os resíduos carboquímicos são gerados pelas etapas de produção e manuseio do coque. As pressões do movimento ambientalista mundial sobre os segmentos industriais energointensivos, em geral, e sobre a indústria siderúrgica, em particular, tem crescido ano após ano. A indústria siderúrgica é o segundo ramo industrial que mais emite gases que causam o efeito estufa, abaixo apenas da indústria química International Energy Agency (IEA). Tracking industrial energy efficiency and CO² emissions. Paris: Organization for Economic Co-operation and Development, Sérgio Valdir Bajay Página 17

18 O governo brasileiro começou a acenar com a possibilidade de assumir compromissos internacionais de redução de suas emissões desses gases. Certamente, os representantes dos segmentos industriais energo-intensivos no país serão convocados para contribuir neste provável esforço de redução de emissões. Um maior uso de fontes renováveis de energia e programas de eficiência energética são, em geral, instrumentos bastante eficazes para se diminuir a produção de vários tipos de resíduos, inclusive de gases que causam o efeito estufa. Reciclagem. A reciclagem de sucatas ferrosas, além de ser um negócio que movimenta bilhões de dólares por ano, é uma prática ambientalmente muito desejável, pois minimiza o gasto energético e aumenta a disponibilidade de recursos naturais 8. A facilidade de transformação (ganho energético), atrelada à dinâmica da disponibilidade de sucatas, menor investimento em instalações e aumento da qualidade dos produtos provenientes da transformação do aço em miniusinas e aciarias elétricas têm dado um grande impulso à indústria de reciclagem. Outro fator importante que tem contribuído para o aumento da reciclagem é a diminuição de áreas disponíveis para a deposição de sucatas e o alto custo desta prática. A Figura 3 ilustra a produção, aquisição no mercado interno e consumo de sucatas na indústria siderúrgica brasileira de 1998 a Observe-se a produção declinante e a aquisição crescente no mercado, ao longo do período representado na figura, refletindo um aumento de eficiência na geração e reciclagem das sucatas de ferro e aço no país. 8. Bajay, S. V., Leite, A. A. F., Beissmann, A., Simões, A. F., Rocha, C. R., Dorileo, I. L., Modesto, M., Berni, M. D. e Sant Ana, P. H. M. Relatório da etapa II.e. Caracterização ambiental dos setores industriais. Projeto: Análise e desenvolvimento de metodologia visando a implementação de projetos de eficiência energética na indústria. Contrato CNI/Funcamp/Unicamp, Núcleo Interdisciplinar de Planejamento Energético NIPE, Universidade Estadual de Campinas, 2008, 51 p. Sérgio Valdir Bajay Página 18

19 Geração interna de sucatas Consumo de sucatas Aquisição no mercado interno Sucatas de ferro e aço (1000 t) Anos Fonte dos dados brutos: IBS (2008b) Figura 3 - Produção, aquisição e consumo de sucata, em 1000 t, na indústria siderúrgica brasileira, de 1998 a Consumo de energia. As Figuras 4 e 5 mostram a evolução, ao longo do período , dos consumos absoluto e relativo, respectivamente, dos insumos energéticos da indústria siderúrgica brasileira. Gás natural Gás de coqueria Eletricidade Outros combustíveis Óleo combustível Coque de carvão mineral Carvão vegetal Total Consumo (1000 tep) Anos Fonte dos dados brutos: Balanço Energético Nacional (EPE, 2008) Figura 4 - Energéticos consumidos, em 1000 tep, na indústria siderúrgica brasileira, de 1970 a 2007 Sérgio Valdir Bajay Página 19

20 Os energéticos mais consumidos na indústria siderúrgica brasileira em 2007 foram o coque, carvão vegetal, outras fontes (incluindo carvão, gás de alto-forno, calcário e alcatrão), eletricidade, gás natural e gás de coqueria, nesta sequência (Figura 4 e 5). Coque e carvão vegetal foram responsáveis por 60,8% do total da energia consumida em A maior parte do carvão vegetal foi consumida pelos produtores independentes. A quantidade de carvão mineral empregada nesta indústria vem aumentando desde o início da década de A maior parte é carvão pulverizado injetado nos altos-fornos, em substituição parcial do coque. A participação do gás natural no consumo total do setor vem crescendo lentamente. Por outro lado, o óleo combustível vem sendo substituído por gás natural e por gás de alto-forno. Gás natural Gás de coqueria Eletricidade Outros combustíveis Óleo combustível Coque de carvão mineral Carvão vegetal 100% 80% 60% 40% 20% 0% Anos Fonte dos dados brutos: Balanço Energético Nacional (EPE, 2008) Figura 5 - Evolução da participação, em %, dos energéticos consumidos na indústria siderúrgica no Brasil, de 1970 a 2007 Consumos de coque e de finos de carvão nos altos-fornos. Dois indicadores tradicionais da eficiência energética dos altos-fornos são o consumo específico de coque, em kg/t de ferro gusa, conhecido pela designação inglesa coke rate, e o consumo específico de finos de carvão, também em kg/t gusa, conhecido pelo nome inglês Pulverized Coal Injection, ou simplesmente PCI. Sérgio Valdir Bajay Página 20

21 Pode-se diminuir o coke rate aumentando-se o PCI, com um ganho líquido na energia que se economiza com o carvão que é injetado diretamente nos altos-fornos, sem a necessidade de ser transformado em coque. Há uma designação inglesa para a soma destes dois consumos específicos: fuel rate. A evolução, de 1998 a 2007, dos valores médios destes três indicadores nos altos fornos do país está indicada na Figura Coke rate PCI Fuel rate kg/t gusa Anos Fonte dos dados brutos: IBS (2008) Figura 6 - Consumos específicos médios de coque (coke rate), de finos de carvão (PCI) e a soma dos dois (fuel rate) nos altos fornos do País, de 1998 a 2007 A análise desta figura permite constatar que, durante o período , aumentou o PCI menos do que diminuiu o coke rate, resultando em um fuel rate decrescente, ou seja, aumentou a eficiência média dos altos fornos brasileiros, sobretudo no triênio 2005/2007. Autoprodução de eletricidade. Segundo o Balanço Energético de 2007 (EPE, 2007), havia, em 31 de dezembro de 2006, 146,1 MW de usinas hidrelétricas e 707,1 MW de usinas termelétricas instalados nas usinas siderúrgicas brasileiras, o que perfaz 853,2 MW. A totalidade da capacidade das usinas hidrelétricas e 96,4 % da capacidade das usinas termelétricas localizavam-se na região sudeste, concentrando-se, majoritariamente, em Minas Gerais, Rio de Janeiro e Espírito Santo, nesta ordem. Sérgio Valdir Bajay Página 21

22 A autoprodução de energia elétrica na indústria siderúrgica brasileira em 2007 foi de MWh, o que significa 37,1% do consumo deste energético 9. As unidades de autoprodução de eletricidade existentes no Brasil que consomem gás de alto-forno operam segundo o Ciclo Rankine (algumas de acordo com o Ciclo Rankine Regenerativo), com pressão e temperatura médias em torno de 100 bar e 500ºC, respectivamente. As usinas mais eficientes atingem uma eficiência de conversão em torno de 35%, enquanto que um valor de 30% é uma estimativa razoável para a eficiência média de todos estes autoprodutores. A Tabela 3 mostra a capacidade instalada das usinas geradoras de eletricidade instaladas na indústria siderúrgica brasileira, que consomem gás de alto-forno e outros efluentes gasosos. Tabela 3 - Capacidade instalada, em 09/2008, de usinas de geração de energia elétrica que operam com gases efluentes, em siderúrgicas Empresa Capacidade Usina Localização instalada (kw) Açominas Gerdau Açominas Congonhas, MG Ipatinga Usina Térmica Ipatinga Ipatinga, MG Cosipar Companhia Siderúrgica do Pará Marabá, PA Barreiro Usina Termelétrica Barreiro Belo Horizonte, MG Brasil Verde Brasil Verde Agroindústrias Conceição do Pará, MG Vetorial Vetorial Siderurgia Ribas do Rio Pardo,MS Calsete Calsete Siderurgia Sete Lagoas, MG Valinho Siderúrgica Valinho Divinópolis, MG Siderpa Siderúrgica Paulino Sete Lagoas, MG Cosipa Companhia Siderúrgica Paulista Cubatão, SP Usiminas Usinas Siderúrgicas de Minas Gerais Ipatinga, MG CST Companhia Siderúrgica de Tubarão Serra, ES Sol Companhia Siderúrgica de Tubarão Serra, ES Fontes: ANEEL (2005) e A Companhia Siderúrgica Nacional (CSN) possui uma unidade geradora em sua usina de Volta Redonda, no Rio de Janeiro, com uma capacidade de 235,2 MW, que consome gás natural. 9. Anuário Estatístico. Rio de Janeiro: Instituto Brasileiro de Siderurgia (IBS), Sérgio Valdir Bajay Página 22

23 A Cemig e sua subsidiária, Efficientia, assinaram em 2008 um contrato com a siderúrgica Plantar para instalar uma unidade de cogeração de cinco MW, que irá queimar o gás do processo de produção de ferro gusa da siderúrgica em Sete Lagoas (MG) para gerar energia elétrica. A térmica deverá produzir 41 mil MWh/ano. Este é o quarto contrato da Efficientia com siderúrgicas, totalizando 20 MW em capacidade instalada. Detectou-se uma tendência recente de se aumentar as participações absoluta e relativa da autoprodução de eletricidade na indústria siderúrgica brasileira, por conta dos preços crescentes da energia elétrica nos mercados cativo e livre. Tal tendência utiliza, sobretudo, gases de processo e outros subprodutos, frequentemente desviados da fabricação de produtos carboquímicos. Eficiência energética. As seções anteriores desta nota técnica ilustraram claramente os avanços da indústria siderúrgica brasileira, desde a década de noventa, no consumo de seus insumos energéticos e na produção de alguns deles. Há, no entanto, ganhos substanciais adicionais a serem auferidos (essenciais para se vencer os desafios da competição e das pressões ambientais crescentes), com a adoção de novas tecnologias e novos programas de eficiência energética, conforme demonstrado no restante da nota técnica. Os potenciais de conservação de energia podem ser classificados como potenciais técnicos, econômicos e de mercado. Os primeiros são definidos em relação a uma tecnologia de referência, que é, em geral, a melhor tecnologia disponível no mercado (Best Available Tecnology BAT). Os potenciais econômicos são resultados de avaliações econômicas, além de comparações entre as tecnologias mais utilizadas e as mais eficientes. Finalmente, os potenciais de mercado refletem, além dos fatores já mencionados, a influência de barreiras de vários tipos que limitam a utilização de tecnologias eficientes, do ponto de vista do consumo energético, mesmo quando elas são economicamente atrativas. Consequentemente, o potencial de mercado, em um dado Sérgio Valdir Bajay Página 23

24 setor industrial, é menor do que o potencial econômico e, este, é menor do que o potencial técnico, desde que as metodologias utilizadas em sua determinação sejam compatíveis. A maior parte dos potenciais de conservação de energia apresentados nesta nota técnica são potenciais técnicos. Potenciais de conservação de energia encontrados na literatura técnica A utilização das melhores tecnologias disponíveis no mercado podia propiciar economias de 9 a 18% no consumo de energia primária na indústria siderúrgica no mundo em 2004, de acordo com estimativas da Agência Internacional de Energia 10. Uma estimativa da mesma agência, publicada em 2008, indica um potencial técnico de conservação de energia, nesta indústria, de 21,1% em Um estudo recente, que comparou o desempenho de quatro siderúrgicas integradas e oito fornos elétricos de arco no Canadá com uma planta modelo definida pela International Iron and Steel Institute, concluiu que há um potencial técnico médio de conservação de energia nas siderúrgicas daquele país que varia de 25 a 30%. Bernstein et alii 12 mencionam potenciais em economia de energia de 18% na indústria siderúrgica americana e de 13% nas siderúrgicas européias, essencialmente com medidas de modernização e otimização energética de instalações já existentes. Na indústria siderúrgica chilena identificou-se, em 2008, um potencial de conservação de energia de 0,5% 13. Segundo estimativas da Agência Internacional de Energia, a injeção de carvão nos altosfornos, em substituição ao coque, pode economizar 5% do consumo mundial de energia neste equipamento até 2015, 7% até 2030 e 10% até A injeção de resíduos plásticos nos altos- 10. International Energy Agency (IEA). Op. cit. 11. International Energy Agency (IEA). Worldwide trends in energy use and efficiency. Paris: Organization for Economic Co-operation and Development (OECD), Bernstein, L., J. Roy, K. C. Delhotal, J. Harnisch, R. Matsuhashi, L. Price, K. Tanaka, E. Worrell, F. Yamba, Z. Fengqi Industry. In: Climate Change 2007: Mitigation. Contribution of Working Group III to the Fourth Assessment Report of the Intergovernmental Panel on Climate Change (B. Metz, O. R. Davidson, P. R. Bosch, R. Dave, L. A. Meyer (eds.). Cambridge: Cambridge University Press, Mellado, P. & Cerda, C. Energy efficiency in industry: the Chilean experience. Paper presented in a seminar on International Energy Managment System Standards, promoted by Unido and ABNT in São Paulo, agosto de Maldonato, P. Uso eficiente de la energía em Chile, uma tarea pendiente: industria e minería. Apresentação no workshop Eficiência Energética na Indústria: contribuições de países latinoamericanos para o Global Energy Assessment (GEA). Campinas: agosto de Sérgio Valdir Bajay Página 24

25 fornos, conforme já é feito atualmente na Alemanha e no Japão, pode propiciar economias bem maiores, segundo a Agência: 50% até 2015, 75% até 2030 e 90% até Processos que integram a coqueificação com a redução do minério de ferro, tais como o processo COREX, que utiliza finos de carvão e minério aglomerado e os processos FINEX e Hismelt, que empregam finos do minério ao invés de seus aglomerados, têm potencial para economizar 5% do consumo de energia na produção de aço no mundo até 2015, 15% até 2030 e 19% até Os gases residuais produzidos nestes processos podem ser usados na redução direta do minério de ferro, como está sendo feito na África do Sul 15. Duas tecnologias, denominadas near-net-shape casting para perfis, e thin-slab casting para produtos planos, foram desenvolvidas, recentemente, no exterior com a finalidade de fundir, em uma única operação, as etapas de lingotamento e laminação a quente. Com isto, são eliminados os fornos de reaquecimento, o que propicia economias de capital na instalação das plantas e economias de energia na sua operação. A Agência Internacional de Energia estima que tais tecnologias podem propiciar economias de energia nestas etapas do processo produtivo de 80% até 2015 e 90% até Estas tecnologias ainda não são utilizadas no Brasil, por conta dos pesados investimentos feitos em lingotamento contínuo nos últimos anos. Bernstein et alii 17 citam que, com as tecnologias atualmente disponíveis no mercado, haveria, em 2010, um potencial técnico de economia de energia de 24% e que, em 2010, mais 5% poderiam ser alcançados empregando-se novas tecnologias, como os processos COREX, FINEX, near-net-shape casting e thin-slab-casting. Além do near-net-shape casting e do thin-slab-casting, Martin et alii 18 também indicam o desenvolvimento de novos fornos elétricos de arco e a combustão com oxigênio (oxy-fuel combustion) em fornos de reaquecimento como tecnologias com elevado potencial de economia de energia e grandes chances de sucesso na indústria siderúrgica mundial. Os processos que integram a coqueificação com a redução do minério de ferro também têm um alto potencial de con- 14. International Energy Agency (IEA). Energy Technology Perspectives 2006 Scenarios and strategies to Paris: Organization for Economic Co-operation and Development (OECD), International Energy Agency (IEA). Op. cit. 16. International Energy Agency (IEA). Op. cit. 17. Bernstein et alii. Op. cit. 18. Martin, N., Worrell, E., Ruth, M., Price, L., Elliott, N., Shipley, A. M., Thorne, J. Emerging energy-efficient industrial technologies. LBNL Report Number 46990, Energy Analysis Department, Environmental Energy Technologies Division. Berkeley: Lawrence Berkeley National Laboratory, Sérgio Valdir Bajay Página 25

26 servação de energia nesta indústria, embora, segundo a avaliação destes autores, têm menores perspectivas de difusão nesta indústria. A Abesco estimou, em 2006, que a indústria siderúrgica brasileira possuía um potencial de conservação de energia que variava de 8 a 30%, conforme o tipo de usina considerado 19. Só a substituição dos equipamentos então utilizados por outros de eficiência mais elevada, disponíveis no mercado, possibilitaria uma economia potencial de energia de 4,8% em 2006, segundo o Balanço de Energia Útil do Ministério de Minas e Energia ,1% desta economia o- correriam no uso final aquecimento direto. Potenciais técnicos de conservação de energia estimados pelo NIPE Nesta seção são apresentados alguns potenciais técnicos de conservação de energia, térmica e elétrica 21. Os consumos, médio e mínimo, de energia térmica e energia elétrica, de cada etapa produtiva e, quando pertinente, de cada grupo homogêneo da indústria siderúrgica foram calculados multiplicando-se a produção física anual do país pelos consumos energéticos específicos, médio e mínimo, de energia térmica e eletricidade. As usinas integradas, as usinas semi-integradas e os produtores independentes constituem grupos homogêneos da indústria siderúrgica brasileira. As etapas do processo produtivo que foram simuladas neste trabalho são: Coqueificação; Sinterização; Produção de ferro gusa, separada em usinas integradas e produtores independentes; Produção de aço, separada em conversores a oxigênio e em fornos elétricos; Laminação a quente; Laminação a frio. 19. Moura, R. C. Resultado de eficiência energética na indústria. Visão da ABESCO Seminário Internacional de Eficiência Energética. Campinas: Balanço de energia útil Brasília: Ministério de Minas e Energia, Gorla, F. D. & Bajay, S. V. Relatório da etapa II.i: Simulação dos potenciais de conservação de energia na indústria. Projeto: Análise e desenvolvimento de metodologia visando a implementação de projetos de eficiência energética na indústria. Contrato CNI/Funcamp/Unicamp, Núcleo Interdisciplinar de Planejamento Energético (NIPE). Campinas: Universidade Estadual de Campinas, 2008, 65 p. Sérgio Valdir Bajay Página 26

27 O consumo específico médio representa a média nacional da energia consumida por unidade física de produto dentro de um processo industrial. Por outro lado, o consumo específico mínimo representa a quantidade de energia que seria consumida pelas empresas industriais se todas elas adotassem tecnologias que correspondem ao estado da arte, em termos de eficiência energética. As diferenças entre os consumos, médio e mínimo, das energias térmica e elétrica fornecem os correspondentes potenciais técnicos de conservação de energia. Tanto os consumos específicos, como os dados de produção física para cada etapa produtiva/grupo homogêneo foram obtidos da literatura técnica, de anuários estatísticos e de visitas técnicas a algumas plantas industriais. Destacaram-se, dentre estas fontes de dados, o anuário estatístico de 2008 do Instituto Brasileiro de Siderurgia (IBS), os anais dos XXVIII e XXIX Seminários de Balanços Energéticos Globais e Utilidades 22, o Anuário Estatístico de 2008 do setor metalúrgico 23 e um trabalho recente do Grupo de Prospecção Tecnológica da Agência Internacional de Energia 24. Usina siderúrgica integrada A Tabela 4 mostra o potencial técnico estimado de conservação de energia nas usinas siderúrgicas brasileiras em 2007, dividido entre as oito etapas produtivas consideradas nas simulações. Os maiores potenciais de conservação estão nas etapas de redução, tanto por usinas integradas como por produtores independentes, usando energia térmica nos fornos. Em seguida vêm os potenciais associados às etapas de laminação a quente, coqueificação e refino com conversores 22. Anais do XXVIII Seminário de Balanços Energéticos Globais e Utilidades. Vitória: Associação Brasileira de Metalurgia e Materiais (ABM), Anais do XXIX Seminário de Balanços Energéticos Globais e Utilidades. Porto Seguro: Associação Brasileira de Metalurgia e Materiais (ABM), Anuário Estatístico do Setor Metalúrgico. Brasília: Ministério de Minas e Energia, International Energy Agency (IEA). Tracking industrial energy efficiency and CO² emissions. Paris: Organization for Economic Co-operation and Development, Sérgio Valdir Bajay Página 27

28 LD, nesta sequência, e com maiores potenciais de conservação de energia térmica do que energia elétrica. Tabela 4 - Potencial de conservação de energia nas usinas siderúrgicas Potencial de conservação de energia (tep) Etapa do processo produtivo Produto Aquecimento direto Energia térmica Calor de processo Força motriz Energia elétrica Eletrotermia Total por etapa Fornos Caldeiras Motores Fornos a arco Coqueificação Coque Sinterização Sínter Redução usinas integradas Ferro-gusa Redução produtores independentes Ferro-gusa Refino conversores LD Aço bruto Refino fornos elétricos Aço bruto Laminação a quente Aço bruto Laminação a frio Aço bruto Fonte: (Gorla e Bajay, 2008) O potencial técnico total de conservação de energia estimado para as usinas siderúrgicas no Brasil em 2007 foi de tep, representando 37,4% do total de energia consumida, naquele ano, por este importante segmento industrial. As Figuras 7 e 8 mostram como este potencial se distribuiu entre conservação de energia térmica e conservação de energia elétrica, respectivamente, nas várias etapas do processo produtivo consideradas neste trabalho. Sérgio Valdir Bajay Página 28

29 Consumo mínimo Potencial técnico de conservação tep Coqueificação Sinterização Redução - usinas integradas Redução - produtores independentes Refino - conversores LD Refino - fornos elétricos Laminação a quente Laminação a frio Fonte: (Gorla e Bajay, 2008) Figura 7 - Consumo e potencial de conservação de energia térmica nas usinas siderúrgicas no Brasil em 2007 Consumo mínimo Potencial técnico de conservação tep Coqueificação Sinterização Redução - usinas integradas Redução - produtores independentes Refino - conversores LD Refino - fornos elétricos Laminação a quente Laminação a frio Fonte: (Gorla e Bajay, 2008) Figura 8 - Consumo e potencial de conservação de energia elétrica nas usinas siderúrgicas no Brasil em 2007 Sérgio Valdir Bajay Página 29

30 Conclusões e recomendações O s resultados apresentados e as discussões das seções anteriores ilustram claramente que, apesar dos significativos avanços verificados nos últimos anos, ainda existem elevados potenciais de conservação de energia na indústria siderúrgica brasileira. Tais potenciais podem ser, em grande parte, constituídos com grandes benefícios para a competitividade e sustentabilidade ambiental desta indústria, desde que adequadas estratégias empresariais e novas políticas públicas sejam adotadas. Comentam-se, brevemente, a seguir, algumas destas estratégias e políticas que têm tido êxito no exterior e pouca ou nenhuma aplicação no Brasil 25. Normas de gestão aprimoradas de energia na indústria, compatíveis com a ISO 9000 e a ISO 14000, têm sido aplicadas com sucesso na atual década tanto em países desenvolvidos, como os EUA, Suécia e Dinamarca, como em países em desenvolvimento, como a China. Elas poderiam ser utilizadas na indústria siderúrgica no Brasil, num processo capitaneado por associações setoriais representativas, como a Associação Brasileira de Metalurgia e Materiais (ABM), Instituto Brasileiro de Siderurgia (IBS), Confederação Nacional da Indústria (CNI) ou por parcerias entre elas. Uma estratégia essencial, pouco utilizada no Brasil, para se alcançar ganhos de eficiência energética no longo prazo e se obter saltos sustentáveis de competitividade na indústria siderúr- 25. Sant Ana, P. H. M., Fernandes, R. M. e Bajay, S. V. Relatório da etapa I.a: Programas de eficiência energética industrial em países selecionados. Projeto: Análise e Desenvolvimento de Metodologia visando a Implementação de Projetos de Eficiência Energética na Indústria. Contrato CNI/Funcamp/Unicamp, Núcleo Interdisciplinar de Planejamento Energético NIPE. Campinas: Universidade Estadual de Campinas, 2008, 40 p. Sérgio Valdir Bajay Página 30

31 gica, é através de projetos de pesquisa e desenvolvimento com equipamentos e processos industriais eficientes. Parcerias público-privadas têm sido montadas em vários países para se diminuir os riscos e incertezas associadas a estas atividades. Os EUA têm apostado nesta estratégia, sobretudo através do Department of Energy (DOE), já há bastante tempo. A Austrália é outro país que tem seguido esta mesma trilha. Acordos voluntários entre governo e indústria têm sido comuns na constituição de programas de eficiência energética na indústria siderúrgica em diversos países. Em geral, estes acordos propiciam benefícios fiscais e/ou creditícios para as empresas participantes. Sérgio Valdir Bajay Página 31

32 Referências bibliográficas Obras gerais ANEEL, Atlas de Energia Elétrica do Brasil 2ª edição, Agência Nacional de Energia Elétrica (ANE- EL), Brasília, DF, 2005 EPE, Balanço Energético Nacional 2007, Empresa de Pesquisas Energéticas, Ministério de Minas e Energia, Rio de Janeiro, RJ, EPE, Balanço Energético Nacional 2008, Empresa de Pesquisas Energéticas, Ministério de Minas e Energia, Rio de Janeiro, RJ, acessado em setembro de CGEE Fevereiro de 2009 Sérgio Valdir Bajay Página 32

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