Dalle fogne alla fornace: come i fanghi delle acque reflue stanno rendendo più ecologica la produzione di acciaio / From sewer to furnace: how wastewater sludge is greening steel production

Dalle fogne alla fornace: come i fanghi delle acque reflue stanno rendendo più ecologica la produzione di acciaio / From sewer to furnace: how wastewater sludge is greening steel production

Segnalato dal Dott. Giuseppe Cotellessa / Reported by Dr. Giuseppe Cotellessa

Trasformando i fanghi delle acque reflue in biocarbone ed idrogeno verde, i ricercatori finanziati dall'UE stanno contribuendo a ridurre l'impatto ambientale dell'industria siderurgica.

Per favorire la produzione di acciaio ecologico, i ricercatori stanno trasformando i fanghi di depurazione in materiali preziosi per le fornaci.

Ciò che esce dai nostri impianti di trattamento delle acque reflue potrebbe non essere molto attraente, ma il vero problema è ciò che rimane dopo il trattamento delle acque. Gli impianti di trattamento delle acque reflue producono fanghi liquidi che vengono solitamente essiccati e poi bruciati o smaltiti in discarica. Questo è costoso, inquinante e da tempo considerato uno spreco.

Un gruppo di ricercatori finanziati dall'UE la vede diversamente. Questi fanghi, sostengono, potrebbero diventare un improbabile alleato nella lotta contro il cambiamento climatico: una materia prima per produrre l'idrogeno ed il carbonio necessari per realizzare un acciaio più ecologico.

"Questi fanghi hanno un valore, non sono solo rifiuti", ha affermato David Chiaramonti, professore di sistemi energetici, economia dell'energia e bioeconomia al Politecnico di Torino. "Con essi possiamo creare cose come carbonio e idrogeno".

Verso l'acciaio verde

Chiaramonti è a capo di un'iniziativa di ricerca finanziata dall'UE chiamata H2STEEL, che riunisce accademici ed esperti del settore siderurgico provenienti da Francia, Italia, Paesi Bassi, Spagna e Regno Unito. Il loro obiettivo è progettare un processo per estrarre i materiali utili dai fanghi di depurazione, in modo che possano essere riutilizzati e contribuire a ridurre le emissioni dell'industria siderurgica.

Prendiamo una risorsa poco utilizzata, i fanghi delle acque reflue, e la rendiamo nuovamente utile.

Davide Chiaramonti, H2STEEL

La produzione di acciaio è essenziale per tutto, dagli aerei alle automobili, dagli edifici alle turbine eoliche. È anche uno dei principali fattori che determinano il cambiamento climatico.

Secondo un rapporto del 2023 dell'Agenzia  Internazionale per l'Energia, il solo settore siderurgico è responsabile dell'8% delle emissioni globali di CO2. A titolo di confronto, l'  industria aeronautica  emette circa il 2,5% delle emissioni globali di CO2 .

Ridurre queste emissioni è particolarmente difficile. La produzione dell'acciaio è complessa e richiede in genere ingredienti ricchi di carbonio, che inevitabilmente rilasciano gas serra. Questo la rende una delle industrie più difficili da decarbonizzare ed una delle più costose da trasformare.

I metodi tradizionali di produzione dell'acciaio sono sottoposti a crescenti pressioni sui prezzi del carbonio in tutta Europa, nell'ambito del sistema di scambio di quote di emissione dell'UE. Secondo le previsioni di mercato, i prezzi del carbonio potrebbero raggiungere i 120-150 euro per tonnellata di CO₂ entro il 2030, con un potenziale aumento significativo dei costi per tonnellata di acciaio prodotta.

Per un mercato mondiale dell'acciaio che vale oltre 2,5 trilioni di euro all'anno, è urgente trovare alternative economiche ed a basse emissioni di carbonio.

Fango caldo

È qui che entra in gioco H2STEEL. "È un buon esempio di economia circolare", ha affermato Chiaramonti. "Prendiamo una risorsa poco utilizzata, i fanghi di depurazione, e la rendiamo nuovamente utile".

Il processo si svolge in due fasi principali. In primo luogo, i fanghi vengono riscaldati in assenza di ossigeno per creare biocarbone, in un processo chiamato "carbonizzazione". Successivamente, il metano proveniente dagli impianti a biogas viene trattato utilizzando questo biocarbone come catalizzatore per produrre idrogeno.

Durante questo processo, il biocarbone diventa ancora più ricco di carbonio, rendendolo prezioso per la produzione di acciaio. Un altro sottoprodotto, il fosforo, viene separato ed utilizzato nei fertilizzanti.

Entrambi i prodotti – idrogeno e biocarbone ricco di carbonio – potrebbero contribuire a rendere l'acciaio più pulito. La produzione di acciaio tradizionale brucia carbone insieme al minerale di ferro, rilasciando CO2. Con l'approccio di H2STEEL, l'idrogeno può sostituire parte di quel carbone. Nel frattempo, il biocarbone sostituisce il carbone normale, trasformando i rifiuti in un utile input industriale.

Il gruppo sta ora costruendo a Torino una macchina di processo alta 4 metri per dimostrare la tecnologia. "Scomponiamo il biometano in carbonio e idrogeno utilizzando i fanghi carbonizzati a 900 °C", ha spiegato Chiaramonti. "È così che lo trasformiamo in biocarbone ed idrogeno circolare".

Carbonio ed idrogeno

Non sono ancora disponibili i risultati ufficiali del progetto, che terminerà a marzo 2026, ma il potenziale è significativo.

La decarbonizzazione dell'acciaio sta attirando intensi sforzi di ricerca, dai forni elettrici ai processi basati sull'idrogeno. L'approccio basato sui fanghi di H2STEEL potrebbe inserirsi in questa più ampia trasformazione.

Grazie a questa tecnologia possiamo già ridurre le emissioni e continuerà a rivelarsi utile anche in futuro.

Jan Wiencke, H2STEEL

"Questa tecnologia è molto flessibile", ha affermato Jan Wiencke, responsabile del gruppo per il carbonio sostenibile presso il centro di ricerca dell'acciaieria ArcelorMittal a Maizières, nel nord della Francia.

Con sede in Lussemburgo, ArcelorMittal è il secondo produttore di acciaio al mondo. 

L'azienda è anche partner del progetto H2STEEL e spera di poter utilizzare la tecnologia sviluppata nei propri impianti siderurgici.

"Che utilizziamo una fornace ad idrogeno od una elettrica, avremo comunque bisogno di ingredienti come carbonio ed idrogeno nei nostri processi", ha affermato Wiencke.

"Con questa tecnologia possiamo già ridurre le emissioni e continuerà ad essere utile anche in futuro".

Altri partner includono l'Università di Leida nei Paesi Bassi e l'Imperial College di Londra.

Prossimi passi

Uno dei maggiori vantaggi di H2STEEL è la velocità. Se i test avranno successo, la tecnologia potrebbe essere implementata entro pochi anni, una velocità insolitamente rapida in un settore in cui i cambiamenti infrastrutturali spesso richiedono decenni.

Tuttavia, le sfide rimangono. "Dobbiamo mettere in sicurezza i fanghi, trasformarli e consegnarli alle acciaierie", ha affermato Chiaramonti. Sarà fondamentale implementare le catene di approvvigionamento e ridurre al minimo i costi.

ArcelorMittal, che punta a raggiungere la neutralità carbonica entro il 2050, sta monitorando attentamente la situazione. "Si tratta di un'ottima tecnologia per l'industria siderurgica, ma deve dimostrare la sua efficacia economica", ha affermato Wiencke.

Il brevetto è già in corso di registrazione ed i partner sono ansiosi di vedere i risultati del dimostratore. "Quello che stiamo facendo sembra molto promettente", ha detto Chiaramonti. "Ora si tratta di compiere gli ultimi passi".

In caso di successo, H2STEEL potrebbe rappresentare molto più di una semplice svolta tecnologica. Trasformando i rifiuti in preziose materie prime, incarna i principi dell'economia circolare, aiutando l'Europa a rimanere competitiva ed ad avvicinarsi ai suoi obiettivi di zero emissioni nette.

ENGLISH

By turning wastewater sludge into biocoal and green hydrogen, EU-funded researchers are helping reduce the steel industry’s environmental impact.

To help green steel production, researchers are turning wastewater sludge into valuable materials for furnaces. 

What comes out of our wastewater treatment plants may not be very appealing, but the real problem is what is left behind after water treatment. Wastewater plants produce a liquid sludge that is usually dried and then burnt or dumped. This is costly, polluting, and has long been considered wasteful.

A group of EU-funded researchers see it differently. This sludge, they argue, could become an unlikely ally in the fight against climate change – a feedstock for producing the hydrogen and carbon needed to make greener steel.

“This sludge has value, it is not just waste,” said David Chiaramonti, professor of energy systems, energy economics and the bioeconomy at the Polytechnic University of Turin in Italy. “With it we can create things like carbon and hydrogen.”

Towards green steel

Chiaramonti is leading an EU-funded research initiative called H2STEEL that brings together academics and steel industry experts from France, Italy, the Netherlands, Spain and the UK. Their goal is to design a process to extract the useful materials from wastewater sludge so that they can be reused and help reduce the steel industry’s emissions.

We take a little-used resource, wastewater sludge, and make it useful again.

David Chiaramonti, H2STEEL

Steel production is essential for everything from aeroplanes and cars to buildings and wind turbines.

It is also a major driver of climate change.

According to a 2023 report by the International Energy Agency, the steel sector alone accounts for 8% of global CO2 emissions. By comparison, the aviation industry emits about 2.5% of global CO2 emissions.

Cutting these emissions is particularly difficult. Steelmaking is complex and typically requires carbon-rich ingredients, which inevitably release greenhouse gases. That makes it one of the hardest industries to decarbonise – and one of the most expensive to transform.

Traditional steel production methods face increasing carbon pricing pressures across Europe under the EU’s Emissions Trading System. According to market forecasts, carbon prices could reach €120-150 per tonne of CO2 by 2030, potentially adding significant costs per tonne of steel produced.

For a global steel market worth more than €2.5 trillion annually, finding affordable low-carbon alternatives is urgent.

Hot sludge

This is where H2STEEL comes in. “It’s a good example of the circular economy,” said Chiaramonti. “We take a little-used resource, wastewater sludge, and make it useful again.”

The process works in two main steps. First, sludge is heated without oxygen to create biocoal, in a process called “carbonisation”. Then methane from biogas plants is processed using this biocoal as a catalyst to produce hydrogen.

During this process, the biocoal becomes even richer in carbon, making it valuable for steelmaking. Another by-product, phosphorus, is separated for use in fertilisers.

Both outputs – hydrogen and carbon-rich biocoal – could help make steel cleaner. Traditional steelmaking burns coal with iron ore, releasing CO2. With H2STEEL’s approach, hydrogen can replace some of that coal. Meanwhile, the biocoal substitutes regular coal, turning waste into a useful industrial input.

The team is now building a 4-metre-tall processing machine in Turin to demonstrate the technology. “We break the biomethane into carbon and hydrogen by using the carbonised sludge at 900°C,” explained Chiaramonti. “That’s how we turn it into biocoal and circular hydrogen.”

Carbon and hydrogen

Official results are not available yet for the project, which will finish in March 2026, but the potential is significant.

Decarbonising steel is attracting intense research efforts, from electrical furnaces to hydrogen-based processes. H2STEEL’s sludge-based approach could slot into this wider transformation.

With this technology we can already reduce emissions now, and it will continue to be useful in the future.

Jan Wiencke, H2STEEL

“This technology is very flexible,” said Jan Wiencke, team leader for sustainable carbon at steelmaker ArcelorMittal’s research centre in Maizières, northern France.

Headquartered in Luxembourg, ArcelorMittal is the second-largest steel producer in the world. 

The company is also a partner in the H2STEEL project and hopes to be able to use the technology being developed at their steel plants.

“Whether we use a hydrogen furnace or an electrical one, we will still need ingredients like carbon and hydrogen in our processes,” said Wiencke.

“With this technology we can already reduce emissions now, and it will continue to be useful in the future.”

Other partners include Leiden University in the Netherlands and Imperial College London.

Next steps

One of H2STEEL’s biggest advantages is speed. If trials succeed, the technology could be rolled out within a few years – unusually fast in an industry where infrastructure changes often take decades.

Still, challenges remain. “We need to secure the sludge, transform it, and deliver it to the steel plants,” said Chiaramonti. Setting up supply chains and minimising costs will be crucial.

ArcelorMittal, which aims to be carbon neutral by 2050, is watching closely. “This is a great technology for the steel industry, but it must prove itself economically,” said Wiencke.

A patent is already pending, and the partners are eager to see results from the demonstrator. “What we’re doing looks very promising,” said Chiaramonti. “Now it’s a question of taking the last steps.”

If successful, H2STEEL could deliver more than a technical breakthrough. By turning waste into valuable raw materials, it embodies the principles of the circular economy, helping Europe stay competitive while moving closer to its net-zero goals.

Da:

https://projects.research-and-innovation.ec.europa.eu/en/horizon-magazine/sewer-furnace-how-wastewater-sludge-greening-steel-production?pk_source=newsletter&pk_medium=email&pk_campaign=20112025&pk_content=environment-agriculture-energy