Fundición sin humo — Hornos limpios para acero y amigos
El carbón hizo los primeros rascacielos; los electrones harán la próxima civilización. En nuestro mundo, los hornos no tosen — zumban. El único “humo” es el calor que cosechamos a propósito.
Por qué fundir sin humo (y por qué es más fácil de lo que parece)
La parte “tóxica” de la metalurgia antigua no era el metal en sí — era la combustión usada para calentarlo y reducirlo: carbón en altos hornos, diésel en camiones mineros, petróleo para calor de proceso. Eliminamos la combustión, mantenemos la física. Arcos eléctricos, bobinas de inducción e hidrógeno hacen los mismos trabajos con menos efectos secundarios.
- Mismos átomos, nuevo fuego: electrones e H₂ reemplazan al coque y al diésel.
- Calor en circuito cerrado: los gases residuales se convierten en vapor y calor de proceso, no en un evento climático.
- Abundancia de energía: la fábrica semilla solar (Parte 3) imprime los megavatios que necesitamos.
Acero sin carbón — las dos rutas limpias
Ruta A — Chatarra → EAF (Horno de arco eléctrico)
Fundimos acero reciclado con un arco eléctrico. Añadimos una pizca de cal y oxígeno, desespumamos, colamos, sonreímos. Esta es la ruta de menor energía cuando hay buena chatarra disponible.
Electricidad: ~0.35–0.60 MWh/t acero O₂ y fundentes: modestos Electrodos: ~1–2 kg/tOpcional: hornos de inducción para tiradas más pequeñas de fundición (electricidad similar por tonelada).
Ruta B — DRI(H₂) → EAF
Cuando necesitamos hierro virgen, reducimos el mineral de hierro con hidrógeno en un horno de eje (DRI), luego fundimos en un EAF. El hidrógeno es solo un portador temporal de electrones. Sin hornos de coque, sin pilas de sinter.
Hidrógeno: ~50–60 kg H₂/t acero Electricidad (incl. H₂): ~3.2–4.2 MWh/t Pellets: alta calidad, bajas impurezasElectrolizadores a ~50–55 kWh/kg H₂. Sobredimensionamos la solar para alimentarlos con calma.
Hoja de referencia por tonelada (acero)
Entradas y energía (por 1 t de acero líquido)
| Ruta | Electricidad | Hidrógeno | Notas |
|---|---|---|---|
| Chatarra → Horno de arco eléctrico (EAF) | ~0.35–0.60 MWh | — | Mejor donde la chatarra limpia es abundante |
| DRI(H₂) → EAF | ~3.2–4.2 MWh* | ~50–60 kg | Electrolizador + compresión + EAF |
*Asume electrolizadores ~50–55 kWh/kg H₂ y electricidad limpia.
Lo que reemplazamos (solo para contexto)
| Ruta antigua | Energía de combustión | Combustible principal |
|---|---|---|
| BF/BOF (alto horno) | ~4–6 MWh/t (como calor) | Coque/carbón |
| Transporte en mina con diésel | — | Reemplazado por furgonetas eléctricas (Parte 1) |
Mantenemos la metalurgia, eliminamos los humos.
Escenarios de planta precalculados (amigables para el taller, sin scripts)
Acero EAF (ruta de chatarra)
Solo electricidad. El rango considera la mezcla de chatarra y la práctica.
| Capacidad | Carga promedio | Mínimo PV | 12 h de almacenamiento | Notas |
|---|---|---|---|---|
| 1 Mt/a | ~57 MW | ~300 MWp | ~0.68 GWh | 0.5 MWh/t diseño |
| 5 Mt/a | ~285 MW | ~1.46 GWp | ~3.42 GWh | Múltiples hornos en bahías |
PV “mín” dimensionado por energía diaria: PVMWp ≈ Promedio(MW) × 5.14 (5.5 PSH, 85% rendimiento).
Acero DRI(H₂) + EAF
Los electrolizadores dominan la carga; el EAF es el velocista.
| Capacidad | Carga promedio | H₂ necesario | Mínimo PV | 12 h de almacenamiento |
|---|---|---|---|---|
| 1 Mt/a | ~400 MW | ~55 kt/a | ~2.05 GWp | ~4.8 GWh |
| 5 Mt/a | ~2.0 GW | ~275 kt/año | ~10.3 GWp | ~24 GWh |
División de potencia del electrólito (1 Mt/año): ~330–360 MW; EAF + balance: ~40–70 MW. Los operamos en una microrred estable, no en una con picos.
Espacio y equipo (campus típicos de 1 Mt/año)
| Bloque | Área | Notas |
|---|---|---|
| Taller de fusión EAF (2–3 hornos) | ~3–6 ha | Cerrado, paneles acústicos |
| Horno DRI + patio de pellets | ~5–8 ha | Si se usa la Ruta B |
| Sala de electrólisis | ~2–4 ha | Pilas en contenedores |
| Preparación de fundición/laminado | ~3–5 ha | Lingotes, losas, palanquillas |
| Campo PV (mín) | ~3.0–3.5 km² | Para 2.05 GWp cercano |
| Patio de almacenamiento | ~0.5–1 km² | Contenedores de 4.8 GWh |
Nos ubicamos junto al lago (Parte 1) para agua de enfriamiento y serenidad.
Amigos del acero (hornos limpios para otros metales)
Aluminio — Hall‑Héroult, electrificado de extremo a extremo
La alúmina (Al₂O₃) se convierte en aluminio fundido en celdas electrolíticas. La combinamos con calcinadores eléctricos y, donde están disponibles, ánodos inertes para eliminar picos de perfluorocarbonos.
- Electricidad: ~14–16 MWh/t aluminio (fundición)
- Refinación y fundición (eléctrica): +2–3 MWh/t
- Planta de 500 kt/año: ~800 MW promedio • PV mínimo ~4.1 GWp • almacenamiento de 12 h ~9.6 GWh
Cobre — piro + electrorefinación, ordenado
Los concentrados de sulfuros se funden exotérmicamente. Capturamos SO₂ para ácido sulfúrico (un producto útil), luego terminamos con electrorefinación.
- Electricidad: ~2.5–4.0 MWh/t cátodo
- Campus de 1 Mt/año: ~340 MW promedio • PV mínimo ~1.76 GWp • almacenamiento de 12 h ~4.1 GWh
- Subproducto: la planta de ácido alimenta circuitos de lixiviación y vecinos
Silicio — electrometalurgia
Cuarzo + carbono → silicio grado metalúrgico en hornos de arco. Con energía limpia y captura de gases, es una tormenta controlada y brillante.
- Electricidad: ~11–14 MWh/t
- Planta de 100 kt/año: ~137 MW promedio • PV mínimo ~0.70 GWp • almacenamiento 12 h ~1.6 GWh
- Desde la fuente solar: rutas hacia fábricas de obleas al lado (Parte 3)
Aire, agua y vecinos (aburridamente limpios por diseño)
Aire
- Sin baterías de coque. Tapas de horno eléctrico cerradas; humos depurados y filtrados.
- Captura de SO₂. Gases de cobre → ácido sulfúrico; sin drama en la chimenea.
- Arco eléctrico, no chimenea. Ruido y luz contenidos por recintos.
Agua
- Circuitos de enfriamiento cerrados con enfriadores secos; el lago maneja las variaciones estacionales.
- Descarga cero sin tratar; preferimos “sin descarga” como estilo de vida.
- La lluvia de los campos fotovoltaicos se convierte en agua de proceso mediante un tratamiento simple.
Preguntas y Respuestas
“¿Es peligroso el hidrógeno?”
Es energético y merece respeto — como la electricidad. Mantenemos los electrolizadores al aire libre, tuberías cortas, sensores por todas partes y diseños aburridos a propósito.
“¿Qué pasa con la calidad del chatarra?”
Preclasificamos agresivamente (Parte 2 energía entrante, energía saliente). Cuando se necesita hierro virgen, el DRI(H₂) cubre la brecha sin importar un siglo de emisiones.
“¿No es esto mucha energía?”
Sí — y ese es el punto. La fábrica solar produce energía a gran escala (Parte 3). Construimos los colectores más rápido que las excusas, luego los conectamos directamente a los hornos.
A continuación: Acero: Huesos de la Civilización — Fundición de losas, palanquillas y vigas (Parte 5). Verteremos luz solar en formas lo suficientemente fuertes para sostener un siglo.