Fundição Sem Fumaça — Fornos Limpos para Aço & Amigos
O carvão fez os primeiros arranha-céus; os elétrons farão a próxima civilização. No nosso mundo, os fornos não tossêm — eles zumbem. A única “fumaça” é o calor que colhemos de propósito.
Por que fundir sem fumaça (e por que é mais fácil do que parece)
A parte “tóxica” da metalurgia antiga não era o metal em si — era a combustão usada para aquecê-lo e reduzi-lo: carvão nos altos-fornos, diesel nos caminhões de mina, óleo para calor de processo. Removemos a combustão, mantemos a física. Arcos elétricos, bobinas de indução e hidrogênio fazem os mesmos trabalhos com menos efeitos colaterais.
- Mesmos átomos, novo fogo: elétrons e H₂ substituem coque e diesel.
- Calor em circuito fechado: gases residuais viram vapor e calor de processo, não um evento climático.
- Abundância de energia: a fábrica semente solar (Parte 3) gera os megawatts que precisamos.
Aço sem carvão — as duas rotas limpas
Rota A — Sucata → EAF (Forno de Arco Elétrico)
Fundimos aço reciclado com arco elétrico. Adicionamos uma pitada de cal e oxigênio, escumamos, fundimos, sorrimos. Esta é a rota de menor energia quando sucata de boa qualidade está disponível.
Eletricidade: ~0,35–0,60 MWh/t aço O₂ & fluxos: modestos Eletrodos: ~1–2 kg/tOpcional: fornos de indução para pequenos lotes de fundição (eletricidade semelhante por tonelada).
Rota B — DRI(H₂) → EAF
Quando precisamos de ferro virgem, reduzimos o minério de ferro com hidrogênio em um forno de cuba (DRI), depois fundimos em um EAF. O hidrogênio é apenas um transportador temporário de elétrons. Sem fornos de coque, sem pilhas de sinter.
Hidrogênio: ~50–60 kg H₂/t aço Eletricidade (incl. H₂): ~3,2–4,2 MWh/t Pellets: alta qualidade, baixas impurezasEletrólise a ~50–55 kWh/kg H₂. Sobredimensionamos a solar para alimentá-los com calma.
Resumo por tonelada (aço)
Entradas & energia (por 1 t de aço líquido)
| Rota | Eletricidade | Hidrogênio | Notas |
|---|---|---|---|
| Sucata → EAF | ~0,35–0,60 MWh | — | Melhor onde a sucata limpa é abundante |
| DRI(H₂) → EAF | ~3.2–4.2 MWh* | ~50–60 kg | Eletrólise + compressão + EAF |
*Assume eletrólise ~50–55 kWh/kg H₂ e eletricidade limpa.
O que substituímos (apenas para contexto)
| Rota antiga | Energia de combustão | Combustível principal |
|---|---|---|
| BF/BOF (alto-forno) | ~4–6 MWh/t (como calor) | Coque/carvão |
| Transporte de mina a diesel | — | Substituído por vans elétricas (Parte 1) |
Mantemos a metalurgia, eliminamos os fumos.
Cenários pré-calculados de planta (amigáveis para a oficina, sem scripts)
Aço EAF (rota da sucata)
Apenas eletricidade. A faixa considera a mistura de sucata e a prática.
| Capacidade | Carga média | PV mínimo | 12 h de armazenamento | Notas |
|---|---|---|---|---|
| 1 Mt/ano | ~57 MW | ~300 MWp | ~0.68 GWh | 0,5 MWh/t design |
| 5 Mt/ano | ~285 MW | ~1.46 GWp | ~3.42 GWh | Múltiplos fornos em baias |
PV “mín” dimensionado pela energia diária: PVMWp ≈ Média(MW) × 5,14 (5,5 PSH, 85% rendimento).
Aço DRI(H₂) + EAF
Eletrólise domina a carga; EAF é o velocista.
| Capacidade | Carga média | H₂ necessário | PV mínimo | 12 h de armazenamento |
|---|---|---|---|---|
| 1 Mt/ano | ~400 MW | ~55 kt/ano | ~2.05 GWp | ~4.8 GWh |
| 5 Mt/ano | ~2.0 GW | ~275 kt/ano | ~10.3 GWp | ~24 GWh |
Divisão de energia do eletrólito (1 Mt/ano): ~330–360 MW; EAF + equilíbrio: ~40–70 MW. Operamos em uma microrrede calma, não instável.
Espaço e kit (campi típicos de 1 Mt/ano)
| Bloco | Área | Notas |
|---|---|---|
| Oficina de fusão EAF (2–3 fornos) | ~3–6 ha | Fechado, painéis acústicos |
| Eixo DRI + pátio de pelotas | ~5–8 ha | Se usar a Rota B |
| Pavilhão do eletrólito | ~2–4 ha | Pilhas conteinerizadas |
| Preparação de fundição/laminação | ~3–5 ha | Bilhetes, placas, tarugos |
| Campo PV (mín) | ~3,0–3,5 km² | Para 2,05 GWp próximo |
| Pátio de armazenamento | ~0,5–1 km² | Contêineres de 4,8 GWh |
Co-localizamos com o lago (Parte 1) para água de resfriamento & serenidade.
Amigos do aço (fornos limpos para outros metais)
Alumínio — Hall‑Héroult, eletrificado de ponta a ponta
Alumina (Al₂O₃) torna-se alumínio fundido em células eletrolíticas. Combinamos com calcinadores elétricos e, onde disponível, ânodos inertes para eliminar picos de perfluorocarbono.
- Eletricidade: ~14–16 MWh/t alumínio (fundição)
- Refino & fundição (elétrico): +2–3 MWh/t
- Planta de 500 kt/ano: ~800 MW médio • PV mínimo ~4,1 GWp • armazenamento de 12 h ~9,6 GWh
Cobre — piro + eletrorefino, organizado
Concentrados de sulfeto fundem exotermicamente. Capturamos SO₂ para ácido sulfúrico (um produto útil), depois finalizamos com eletrorefino.
- Eletricidade: ~2,5–4,0 MWh/t cátodo
- Campus de 1 Mt/ano: ~340 MW médio • PV mínimo ~1,76 GWp • armazenamento de 12 h ~4,1 GWh
- Subproduto: planta de ácido alimenta circuitos de lixiviação e vizinhos
Silício — eletrometalurgia
Quartzo + carbono → silício grau metalúrgico em fornos de arco. Com energia limpa e captura de gases residuais, é uma tempestade controlada e brilhante.
- Eletricidade: ~11–14 MWh/t
- Planta de 100 kt/ano: ~137 MW médio • PV mínimo ~0,70 GWp • armazenamento 12 h ~1,6 GWh
- Rumo ao solar: rotas para fábricas de wafers ao lado (Parte 3)
Ar, água & vizinhos (chocantemente limpos por design)
Ar
- Sem baterias de coque. Tampas do EAF fechadas; fumos lavados e filtrados.
- Captura de SO₂. Gás residual de cobre → ácido sulfúrico; sem drama na chaminé.
- Arco elétrico, não chaminé. Ruído e luz contidos por invólucros.
Água
- Circuitos fechados de resfriamento com resfriadores secos; o lago lida com variações sazonais.
- Descarga zero não tratada; preferimos “sem descarga” como estilo de vida.
- A chuva dos campos fotovoltaicos torna-se reposição do processo via tratamento simples.
Perguntas e Respostas
“O hidrogênio é perigoso?”
É energética e merece respeito — como a eletricidade. Mantemos os eletrólitos ao ar livre, tubos curtos, sensores por toda parte e designs propositalmente simples.
“E quanto à qualidade do sucata?”
Fazemos uma pré-seleção agressiva (Parte 2 energia entrada, energia saída). Quando ferro virgem é necessário, DRI(H₂) preenche a lacuna sem importar um século de emissões.
“Isso não é muita energia?”
Sim — e esse é o ponto. A fábrica solar gera energia em escala (Parte 3). Construímos os coletores mais rápido que as desculpas, depois os conectamos diretamente aos fornos.
A seguir: Steel: Bones of Civilization — Casting Slabs, Billets & Beams (Parte 5). Vamos moldar a luz do sol em formas fortes o suficiente para durar um século.