La siderurgia mondiale è responsabile di circa il 7-9% delle emissioni globali di CO₂ (dati IEA), una quota paragonabile a quella del cemento e superiore a quella dell'intero settore dell'aviazione civile. Il motivo è chimico prima che impiantistico: il processo tradizionale per produrre acciaio dal minerale di ferro richiede di rimuovere l'ossigeno dagli ossidi di ferro (Fe₂O₃, Fe₃O₄) attraverso una reazione di riduzione carbotermica, in cui il carbonio del coke si lega all'ossigeno formando CO₂, mentre il ferro metallico si libera. Non c'è modo di evitare quella CO₂ finché il riducente è carbonio fossile: lo impone la termodinamica della reazione, e nessun aumento di efficienza degli impianti può correggerlo.
Altoforno-convertitore: la via dominante, la più emissiva
Il percorso produttivo ancora oggi maggioritario a livello mondiale (BF-BOF, Blast Furnace - Basic Oxygen Furnace) parte da minerale di ferro e coke metallurgico, li porta a fusione nell'altoforno a circa 1.500°C, e affina il ferro grezzo (ghisa) rimuovendo l'eccesso di carbonio in un convertitore ad ossigeno. Il processo emette circa 1,8-2,3 kg di CO₂ per kg di acciaio prodotto, e la sua intensità energetica lo rende difficile da elettrificare direttamente: il coke, oltre che combustibile, è il reagente che riduce il minerale. Per questo non basta passare all'elettricità rinnovabile: serve un riducente diverso dal coke.
Per capire la dimensione del problema basta un confronto. Un grande altoforno produce diversi milioni di tonnellate di ghisa all'anno e funziona senza interruzioni per quindici o vent'anni, fino al rifacimento del suo rivestimento interno. Spegnerlo e ricostruirlo è un'operazione che costa centinaia di milioni e che si decide con decenni di anticipo. Per questo le scelte sulla decarbonizzazione dell'acciaio si concentrano proprio nei momenti in cui un impianto arriva a fine campagna: è lì che un'acciaieria decide se rifare l'altoforno per altri vent'anni o sostituirlo con un forno elettrico o un impianto a riduzione diretta. In Italia il caso più discusso è quello di Taranto, il più grande impianto siderurgico a ciclo integrale d'Europa, da anni al centro di un difficile percorso di risanamento ambientale e di riconversione.
Forno elettrico ad arco: riciclo, non riduzione
La via alternativa già matura industrialmente è il forno elettrico ad arco (EAF), che non riduce minerale di ferro ma fonde rottame d'acciaio già esistente usando un arco elettrico ad alta potenza. Non essendoci reazione di riduzione carbotermica da compiere, le emissioni dirette scendono a circa 0,3-0,5 kg di CO₂ per kg di acciaio, circa un quinto rispetto all'altoforno, e scendono ulteriormente se l'elettricità usata proviene da fonti rinnovabili. Il limite dell'EAF sta nella materia prima: si può produrre solo tanto acciaio quanto rottame è disponibile sul mercato, ed è per questo che l'EAF da solo non può sostituire integralmente la produzione primaria da minerale. Serve comunque nuovo ferro "vergine" per compensare la crescita della domanda globale che il solo riciclo non copre.
Per un progettista europeo c'è un dettaglio pratico di grande importanza. Non tutti i prodotti in acciaio nascono dallo stesso processo. In Europa i prodotti lunghi, cioè le travi a doppio T, i profilati e i tondini per cemento armato, sono in larga parte prodotti in forno elettrico a partire dal rottame, e hanno quindi già oggi un'impronta di carbonio molto inferiore alla media mondiale. I prodotti piani, cioè lamiere, nastri e coils da cui si ricavano lamiere grecate, profili sottili e rivestimenti, vengono invece in gran parte da altoforno, perché richiedono un acciaio con pochissime impurità, difficile da ottenere con il rottame. La stessa quantità di acciaio in un edificio può quindi avere impronte molto diverse a seconda di come è ripartita tra profili e lamiere, e di dove sono stati prodotti.
Il forno elettrico ad arco non è una tecnologia recente. Il primo fu messo a punto dal francese Paul Héroult intorno al 1900, e per decenni venne usato soprattutto per acciai speciali. In Italia ha una storia particolare: nel dopoguerra, nella zona di Brescia, nacquero decine di piccole acciaierie elettriche, i cosiddetti "tondinari", che fondevano rottame per produrre tondini da cemento armato destinati alla ricostruzione e al boom edilizio. Erano impianti piccoli, flessibili e vicini ai mercati, e contribuirono a fare dell'Italia uno dei paesi europei con la quota più alta di acciaio da forno elettrico. È una tradizione che oggi, con la necessità di ridurre le emissioni, si rivela un vantaggio competitivo.
DRI e idrogeno verde: sostituire il coke con l'idrogeno
La tecnologia più promettente per una riduzione radicale è il ferro a riduzione diretta (DRI, Direct Reduced Iron), in cui il minerale di ferro viene ridotto con un gas invece che con il coke: prima il gas naturale (metano), che emette CO₂ ma meno del coke, e nella versione più avanzata l'idrogeno puro. Quando l'idrogeno reagisce con l'ossido di ferro il sottoprodotto è vapore acqueo (H₂O), e se l'idrogeno stesso è prodotto per elettrolisi da elettricità rinnovabile ("idrogeno verde"), l'intero processo si avvicina a emissioni prossime allo zero. Il consorzio svedese HYBRIT (SSAB, LKAB, Vattenfall) ha prodotto le prime tonnellate di acciaio fossil-free con questo processo nel 2021, e la società nata come H2 Green Steel, oggi Stegra, sta costruendo a Boden, nel nord della Svezia, uno dei primi impianti su scala industriale basati su questo processo. Che il processo funzioni è ormai dimostrato; la difficoltà è portarlo su grande scala: servono quantità enormi di idrogeno verde ed elettricità rinnovabile dedicata, e i costi restano oggi significativamente superiori alla via tradizionale.
La riduzione diretta con idrogeno ha però due vincoli che si discutono meno. Il primo è energetico: per produrre per elettrolisi l'idrogeno necessario a una tonnellata di acciaio, e poi fondere il ferro ridotto in forno elettrico, servono nell'ordine di alcuni megawattora di elettricità. Un'acciaieria di qualche milione di tonnellate all'anno richiede quindi una quantità di energia rinnovabile paragonabile al consumo di una grande città, e per questo i primi progetti sorgono nel nord della Svezia, dove abbondano idroelettrico ed eolico. Il secondo vincolo riguarda il minerale: i processi di riduzione diretta funzionano bene con pellet di minerale di ferro molto puro, con un contenuto di ferro elevato e poche impurità, e i giacimenti di questa qualità sono una piccola parte di quelli sfruttati nel mondo.
Per questo si studiano anche altre strade. Una è la cattura e lo stoccaggio dell'anidride carbonica negli impianti esistenti, che permetterebbe di continuare a usare gli altoforni riducendone le emissioni, ma è costosa e finora applicata solo in casi limitati. Un'altra è l'elettrolisi diretta del minerale di ferro, in cui la corrente elettrica separa il ferro dall'ossigeno senza bisogno di un riducente chimico: alcune aziende la stanno sviluppando, ma è ancora lontana dalla produzione industriale. Nessuna di queste soluzioni, da sola, risolverà il problema. La combinazione realistica per i prossimi decenni prevede più forni elettrici alimentati a rottame, impianti a riduzione diretta dove energia e minerale lo permettono, e un uso più attento dell'acciaio in tutti i settori, edilizia compresa.
Dal punto di vista chimico, la riduzione diretta avviene allo stato solido. Il minerale, sotto forma di piccole sfere compatte chiamate pellet, viene portato a temperature di circa 800–1.000 °C in un reattore a torre, attraversato dal gas riducente, che sottrae l'ossigeno agli ossidi di ferro senza fonderli. Il prodotto è il cosiddetto ferro spugna, poroso e ricco di ferro metallico, che poi viene fuso in un forno elettrico insieme al rottame per ottenere acciaio. Con l'idrogeno la reazione assorbe calore invece di produrlo, e il gas deve essere preriscaldato: anche per questo il fabbisogno di elettricità è così elevato.
Il ruolo delle politiche: il CBAM europeo
Nessuna di queste tecnologie si diffonderà su scala industriale per sola convenienza di mercato nel breve periodo, perché l'acciaio "verde" costa oggi di più dell'acciaio tradizionale. Per questo l'Unione Europea ha introdotto il Meccanismo di Adeguamento del Carbonio alle Frontiere (CBAM), che, dopo una fase transitoria di sola rendicontazione avviata alla fine del 2023, dal 2026 impone agli importatori di acciaio da paesi extra-UE di acquistare certificati proporzionali al carbonio incorporato nella sua produzione. È un incentivo indiretto ma forte per rendere l'acciaio decarbonizzato europeo competitivo rispetto a quello prodotto con processi più emissivi altrove. È il tipo di intervento regolatorio che, più della sola innovazione tecnologica, determinerà la velocità reale della transizione nel prossimo decennio.
Attenzione all'etichetta "acciaio verde"
Con la crescita della domanda di materiali a basse emissioni, sul mercato sono comparse molte offerte di "acciaio verde", e non tutte significano la stessa cosa. In alcuni casi si tratta di acciaio effettivamente prodotto con un processo a basse emissioni, come il forno elettrico alimentato da rottame ed energia rinnovabile. In altri casi il produttore riduce le emissioni in una parte dei propri impianti e le attribuisce, con un metodo chiamato bilancio di massa, a una quota delle vendite, certificando come "verde" un acciaio che fisicamente è prodotto nello stesso modo di quello ordinario. Il metodo è legittimo come strumento contabile, ma non equivale a comprare acciaio prodotto diversamente. Per chi specifica un materiale, la cosa più affidabile resta la dichiarazione ambientale di prodotto dello specifico stabilimento, con i valori dei moduli di produzione. Stanno nascendo anche standard di settore che classificano l'acciaio in base alle emissioni effettive, tenendo conto del contenuto di rottame: conviene chiedere al fornitore a quale standard fa riferimento la sua dichiarazione. Stanno nascendo anche standard di settore che classificano l'acciaio in base alle emissioni effettive, tenendo conto del contenuto di rottame: conviene chiedere al fornitore a quale standard fa riferimento la sua dichiarazione.
Resta, infine, la leva più semplice e spesso dimenticata: usare meno acciaio. Una struttura progettata con luci ragionevoli, sezioni ottimizzate e, dove conviene, acciai ad alta resistenza che permettono di ridurre il peso (le norme europee sugli acciai strutturali prevedono gradi come l'S460, con una resistenza di quasi il doppio rispetto al comune S235), può abbassare l'impronta di un edificio più di qualsiasi scelta di fornitore. A questo si aggiungono il riuso degli elementi esistenti e la progettazione per lo smontaggio, discussi nell'approfondimento sull'economia circolare dell'acciaio. La decarbonizzazione dell'industria siderurgica richiederà decenni e investimenti enormi; ridurre la quantità di acciaio necessaria è una scelta che si può fare oggi, sul tavolo da disegno.