Aumentare la pressione sul problema dell'inquinamento da carbonio dell'acciaio / Turning up the heat on steel’s carbon pollution problem
Aumentare la pressione sul problema dell'inquinamento da carbonio dell'acciaio / Turning up the heat on steel’s carbon pollution problem
Segnalato dal Dott. Giuseppe Cotellessa / Reported by Dr. Giuseppe Cotellessa
I ricercatori finanziati dall'UE stanno testando nuovi bruciatori alimentati ad idrogeno che potrebbero ridurre drasticamente le emissioni di una delle industrie a più alta intensità di carbonio al mondo, senza interrompere la produzione.
I ricercatori stanno testando bruciatori alimentati ad idrogeno, progettati per rendere più pulita la produzione di acciaio, utilizzando simulazioni digitali.
Quando l'anno prossimo i camion carichi di idrogeno arriveranno davanti ad un'acciaieria di Barcellona, la maggior parte dei passanti ne noterà a malapena l'arrivo. Ma per Raquel Torruella Martínez, project manager dell'azienda siderurgica spagnola CELSA, il loro arrivo sarà una benedizione.
È a capo di un'iniziativa di ricerca e sviluppo finanziata dall'UE chiamata TWINGHY, che sta sviluppando bruciatori alimentati ad idrogeno per forni di riscaldo dell'acciaio, per contribuire a decarbonizzare il settore siderurgico.
Il Gruppo CELSA, con sede a Barcellona, è uno dei maggiori produttori europei di acciaio circolare, riciclando quasi tutta la sua materia prima da rottami metallici in forni ad arco elettrico. Questo rende le sue operazioni significativamente più pulite rispetto alla tradizionale produzione di acciaio a carbone.
Attraverso il progetto TWINGHY, CELSA sta affrontando una delle ultime grandi fonti di emissioni nel suo processo: il gas naturale utilizzato per riscaldare l'acciaio prima della laminazione.
Questi forni riscaldano l'acciaio semilavorato prima di sottoporlo ad ulteriore lavorazione nei laminatoi. I ricercatori di TWINGHY vogliono rendere il processo meno inquinante utilizzando l'idrogeno al posto del gas.
"Dobbiamo ridurre l'impatto dell'industria siderurgica e questo è uno dei modi in cui possiamo farlo", ha affermato Torruella Martínez.
Ripulire un'industria pesante
La produzione di acciaio è una delle industrie più inquinanti al mondo. Secondo l' Agenzia Internazionale per l'Energia, è responsabile di circa l'8% delle emissioni globali di CO₂, più del triplo di quelle del settore aeronautico. La maggior parte di queste emissioni proviene dalla combustione di carbone o gas naturale per raggiungere le elevate temperature necessarie per fondere e rimodellare l'acciaio.
L'idrogeno offre un'alternativa più pulita. Quando brucia, rilascia solo vapore acqueo, non CO₂. Tuttavia, la fornitura di idrogeno verde, prodotto utilizzando energie rinnovabili, rimane limitata, soprattutto in regioni come la Catalogna.
"In Catalogna, l'infrastruttura per l'idrogeno non è ancora pronta a fornire una fornitura sufficiente, in particolare di idrogeno verde", ha affermato Torruella Martínez. "Ma ne abbiamo garantite quantità sufficienti per le nostre sperimentazioni".
Previsti per l'inizio del 2026, i test metteranno alla prova bruciatori ibridi in grado di funzionare sia a idrogeno che a gas naturale, oppure con una combinazione di entrambi, a seconda della disponibilità di carburante.
Fiamme del futuro
I bruciatori TWINGHY saranno utilizzati nel riciclaggio dell'acciaio, dove i rottami metallici vengono fusi e rimodellati. Gli attuali bruciatori di riscaldo utilizzano gas naturale, generando fiamme lunghe fino a 7 metri e riscaldando l'acciaio fino a 1.250 °C.
Sostituirli con l'idrogeno è una sfida complessa.
"L'idrogeno brucia più velocemente", ha spiegato Sébastien Caillat, esperto capo della combustione presso l'azienda di ingegneria francese FIVES, che ha progettato e costruito i nuovi bruciatori. "Questo fa sì che la fiamma sia più corta, con un risultato diverso, come una pizza cotta troppo calda, bruciata ai bordi e cruda al centro".
Per risolvere questo problema, il gruppo ha progettato bruciatori ibridi ad idrogeno e gas in grado di mantenere una fiamma uniforme, consentendo al contempo agli operatori di regolare il rapporto di idrogeno in base alla fornitura.
"Anche in futuro, è improbabile che le aziende siderurgiche avranno sempre abbastanza idrogeno", ha affermato Caillat. "La flessibilità è fondamentale".
Un doppio digitale
Il progetto include anche un gemello digitale, ovvero una replica virtuale della fornace, per aiutare gli ingegneri a monitorare le prestazioni e simulare il modo in cui diverse miscele di combustibile influiscono sull'efficienza e sulle emissioni.
"Il gemello digitale viene aggiornato in tempo reale con i dati operativi", ha affermato Torruella Martínez. "Questo ci consente di simulare scenari, ottimizzare la combustione e supportare il processo decisionale".
Il Barcelona Supercomputing Center (BSC), uno dei principali istituti europei di calcolo ad alte prestazioni e partner del progetto, sta svolgendo un ruolo fondamentale nello sviluppo di una versione avanzata di questo gemello digitale.
Utilizzando la sua infrastruttura computazionale, BSC sta realizzando modelli dettagliati del flusso di calore e gas all'interno delle fornaci, contribuendo a prevedere il comportamento della combustione dell'idrogeno su scala industriale.
"La potenza di supercalcolo del BSC ci consente di modellare processi fisici altamente complessi che altrimenti sarebbero impossibili da testare in tempo reale", ha spiegato Torruella Martínez. "Questo ci aiuta a perfezionare la progettazione del bruciatore, ridurre le emissioni ed ottimizzare la transizione dal gas all'idrogeno".
Il gruppo BSC sta ora perfezionando il gemello digitale, che dovrebbe essere pienamente operativo nel 2026. Consentirà all'impianto CELSA 3 di simulare il funzionamento della fornace, prevederne il comportamento e migliorare l'efficienza energetica.
Con il supporto dell'iniziativa europea per l'acciaio pulito
I finanziamenti per questo sviluppo provengono dal Fondo di ricerca per il carbone e l'acciaio (RFCS) dell'UE, che reinveste le risorse dell'ex Comunità europea del carbone e dell'acciaio per sostenere una produzione siderurgica più pulita ed efficiente.
In linea con il Green Deal europeo, l'RFCS sta sostenendo la ricerca su larga scala per raggiungere una produzione di acciaio al carbonio prossima allo zero entro il 2030.
L'idrogeno è al centro di questa visione ed offre un percorso realistico per decarbonizzare le caldaie che consumano troppa energia per essere elettrificate.
"Il progetto TWINGHY coniuga la transizione verde e digitale dell'Europa", ha affermato Torruella Martínez. "I bruciatori ibridi aumentano gradualmente l'utilizzo di idrogeno, mentre il gemello digitale ci aiuta a controllare ed ottimizzare il processo".
Fondamentalmente, il sistema può essere adattato ai forni esistenti, prolungandone la durata ed evitando costose sostituzioni: una strada pragmatica per un acciaio più pulito.
Corsa contro l'offerta
Durante l'estate, lo stabilimento CELSA di Barcellona ha installato i bruciatori ibridi durante un normale periodo di manutenzione. Stanno già funzionando a gas naturale, in attesa dei test a idrogeno previsti per il prossimo anno.
Se tutto andrà bene, i bruciatori potrebbero raggiungere il mercato prima della fine del progetto, nel 2027: un progresso rapido per gli standard dell'industria siderurgica. Ma il successo dipenderà dalla disponibilità di quantità sufficienti di idrogeno verde.
"La tecnologia è pronta", ha affermato Torruella Martínez. "La domanda è se la fornitura di idrogeno riuscirà a tenere il passo. Da questo dipendono gli investimenti nell'acciaio pulito".
I nuovi bruciatori sono relativamente costosi e le aziende siderurgiche potrebbero essere riluttanti ad acquistarli prima di essere sicure che ci sia abbastanza idrogeno.
"Ciò potrebbe rallentare le decisioni di investimento", ha avvertito Torruella Martínez.
Tuttavia, rimane ottimista. "Dobbiamo iniziare ora. Ogni passo che facciamo ci avvicina a un'industria siderurgica più verde e pulita".
ENGLISH
EU-funded researchers are testing new hydrogen-powered burners that could slash emissions from one of the world’s most carbon-intensive industries – without shutting down production.
Researchers are testing hydrogen-powered burners, designed to make steel production cleaner, using digital simulations.
When trucks filled with hydrogen arrive outside a Barcelona steel plant next year, most bystanders will barely register their arrival. But for Raquel Torruella Martínez, project manager at the Spanish steel company CELSA, their arrival will be a blessing.
She is leading an EU-funded R&D initiative called TWINGHY that is developing hydrogen-powered burners for steel reheating furnaces to help decarbonise the steel sector.
CELSA Group, headquartered in Barcelona, is one of Europe’s largest producers of circular steel, recycling nearly all its raw material from scrap metal in electric arc furnaces. This makes its operations significantly cleaner than traditional coal-based steelmaking.
Through the TWINGHY project, CELSA is tackling one of the last major sources of emissions in its process: the natural gas used to reheat steel before rolling.
These furnaces heat semi-finished steel before further shaping it in rolling mills. The TWINGHY researchers want to make the process less polluting by using hydrogen instead of gas.
“We need to reduce the impact of the steel industry, and this is one of the ways we can do that,” said Torruella Martínez.
Cleaning up a heavy industry
Steelmaking is one of the world’s most emissions-heavy industries. According to the International Energy Agency, it accounts for about 8 % of global CO₂ emissions – more than triple those from aviation. Most of these emissions come from burning coal or natural gas to reach the high temperatures needed to melt and reshape steel.
Hydrogen offers a cleaner alternative. When burned, it releases only water vapour, not CO₂. Yet the supply of green hydrogen – produced using renewable energy – remains limited, especially in regions such as Catalonia.
“In Catalonia, hydrogen infrastructure is not yet ready to provide enough supply, particularly of green hydrogen,” said Torruella Martínez. “But we’ve secured sufficient quantities for our trials.”
Planned for early 2026, the trials will test hybrid burners capable of running on either hydrogen or natural gas, or a combination of both, depending on fuel availability.
Flames of the future
TWINGHY’s burners will be used in steel recycling, where scrap metal is melted and reshaped. Current reheating burners use natural gas, blasting flames up to 7 metres long and heating the steel up to 1 250 °C.
Replacing them with hydrogen is a complex challenge.
“Hydrogen burns faster,” explained Sébastien Caillat, combustion chief expert at French engineering firm FIVES, which designed and built the new burners. “That makes the flame shorter, which gives a different result, like a pizza cooked too hot, burnt at the edges and raw in the middle.”
To solve this, the team engineered hybrid hydrogen–gas burners that can maintain an even flame while allowing operators to adjust the hydrogen ratio according to supply.
“Even in the future, it’s unlikely steel companies will always have enough hydrogen,” Caillat said. “Flexibility is key.”
A digital double
The project also includes a digital twin – a virtual replica of the furnace – to help engineers monitor performance and simulate how different fuel mixes affect efficiency and emissions.
“The digital twin is updated in real time with operational data,” said Torruella Martínez. “That allows us to simulate scenarios, optimise combustion and support decision-making.”
The Barcelona Supercomputing Center (BSC), one of Europe’s leading high-performance computing institutions and a partner in the project, is playing a key role in developing an advanced version of this digital twin.
Using its computational infrastructure, BSC is building detailed models of how heat and gases flow inside the furnaces, helping predict how hydrogen combustion will behave at industrial scale.
“The supercomputing power of BSC allows us to model highly complex physical processes that would otherwise be impossible to test in real time,” Torruella Martínez explained. “This helps us refine burner design, reduce emissions and optimise the transition from gas to hydrogen.”
The BSC team is now refining the digital twin, which is expected to be fully operational in 2026. It will enable the CELSA 3 plant to simulate furnace operations, predict its behaviour and improve energy efficiency.
Supported by Europe’s clean steel drive
Funding for this development comes from the EU’s Research Fund for Coal and Steel (RFCS), which reinvests the assets of the former European Coal and Steel Community to support cleaner, more efficient steelmaking.
In line with the European Green Deal, the RFCS is backing large-scale research to achieve near-zero carbon steel production by 2030.
Hydrogen is at the heart of this vision, offering a realistic path to decarbonise furnaces that are too energy-intensive to electrify.
“The TWINGHY project combines Europe’s green and digital transitions,” said Torruella Martínez. “Hybrid burners gradually increase hydrogen use, while the digital twin helps us control and optimise the process.”
Crucially, the system can be retrofitted into existing furnaces, extending their lifespan and avoiding costly replacements – a pragmatic route to cleaner steel.
Race against supply
Over the summer, CELSA’s Barcelona plant installed the hybrid burners during a regular maintenance period. They are already operating on natural gas while awaiting hydrogen trials next year.
If all goes well, the burners could reach the market before the end of the project in 2027 – rapid progress by steel industry standards. But success hinges on the availability of sufficient quantities of green hydrogen.
“The technology is ready,” said Torruella Martínez. “The question is whether hydrogen supply will keep pace. Investment in clean steel depends on that.”
New burners are relatively expensive, and steel companies may be reluctant to buy them before they are sure there is enough hydrogen.
“That could slow down investment decisions,” Torruella Martínez warned.
Still, she remains upbeat. “We have to start now. Every step we take brings us closer to a greener, cleaner steel industry.”
Da:
https://projects.research-and-innovation.ec.europa.eu/en/horizon-magazine/turning-heat-steels-carbon-pollution-problem?pk_source=newsletter&pk_medium=email&pk_campaign=04122025&pk_content=industry-partnerships
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