Electrificando el Hierro: El Futuro de la Producción de Acero Verde

La Importancia del Hierro

El hierro suele ser percibido como un metal aburrido por los inversores. En su mayor parte sigue los ciclos económicos globales y es poco probable que tenga alguna narrativa asociada. Nadie espera que la demanda de hierro se triplique en la próxima década debido a la demanda de baterías, la producción de paneles solares, un auge aeroespacial en medio de una carrera espacial o el aumento de los riesgos de conflicto global.

Pero esto también puede ser una ventaja. Aproximadamente el 90 % de todo el metal que se refina hoy en día es hierro.

El hierro y el acero (compuesto en un 97 % por hierro) están absolutamente omnipresentes en todo lo que usamos a diario en el mundo moderno:

• Infraestructura: puentes, ferrocarriles, puertos.
• Construcción: hormigón armado, vigas, techos, clavos y tornillos, etc.
• Transporte: automóviles, trenes, barcos.
• Usos industriales: tuberías y oleoductos, tanques de almacenamiento, maquinaria pesada,
• Defensa: buques de guerra, tanques, proyectiles de artillería, armas, balas, etc.
• Energía: hornos, turbinas, pilares de turbinas eólicas, marcos de paneles solares, etc.
• Cuidado de la salud: camas, instrumentos quirúrgicos, etc.
• Bienes de consumo: electrodomésticos de cocina, aparatos, chimeneas, etc.

Sin embargo, la producción de hierro es, lamentablemente, un proceso muy intensivo en carbono, que depende mayormente de un tipo especial de carbón: carbón coquizable.

Se han realizado algunos intentos de reemplazar el carbón coquizable con hidrógeno verde, pero solo los minerales de hierro de muy alta calidad pueden usarse con hidrógeno. Sería necesario un mineral más barato y con menor contenido de hierro para compensar los costos más altos del hidrógeno en comparación con el carbón.

Anteriormente discutimos que el procedimiento tradicional de alto horno podría ser reemplazado por un nuevo proceso llamado fundición rápida de hierro, más parecido a una explosión que a una fusión lenta del mineral.

Investigadores de la Universidad de Oregon están investigando una posibilidad aún más intrigante: eliminar las altas temperaturas y refinar los minerales de hierro solo con electricidad. Esto representaría un gran avance para el mundo, ya que la electricidad verde podría usarse directamente, sin la costosa conversión a hidrógeno, y reduciría enormemente las emisiones globales de carbono.

Publicaron esta investigación en ACS Energy Letters¹, bajo el título “Pathways to Electrochemical Ironmaking at Scale Via the Direct Reduction of Fe2O3”.

Mineral de hierro a metal de hierro

El hierro se encuentra en la naturaleza en forma oxidada, notablemente hematita (Fe2O3). Para ser útil como metal industrial, los átomos de oxígeno deben ser eliminados.

Normalmente, esto se hace añadiendo carbón, cuyo carbono se convierte en CO2. Alternativamente, el hierro verde utiliza hidrógeno que se transforma en agua (H2O).

Otra opción es proporcionar a la óxido de hierro suficiente energía para que el átomo de oxígeno se separe y forme oxígeno gaseoso (O2). Esta es la idea detrás de la fabricación electroquímica de hierro. Es una reacción electroquímica que funciona mejor en condiciones alcalinas (lo opuesto a ácido).

Fuente: ACS Energy Letters

Debe señalarse que este proceso también necesita ser muy escalable, ya que la producción mundial anual de hierro está en la escala de millones de toneladas por año.

Electroreducción del Hierro

Para probar cómo hacer este tipo de reacción más eficiente, los investigadores diseñaron un sistema personalizado que funciona un poco como una batería y opera a solo 82 °C (180 °F).

Fuente: ACS Energy Letters

En esta configuración, las partículas de hierro se suspenden en una solución de hidróxido de sodio (NaOH), pero también es posible usar sal fundida (NaCl), lo que puede producir cloro (Cl2) como subproducto.

Los óxidos de hierro densos fueron reducidos, o convertidos en hierro elemental, de manera más selectiva a una densidad de corriente de 50 miliamperios por centímetro cuadrado, similar a la carga rápida de baterías de iones de litio.

Descubrieron que, aunque el proceso funcionó bien con partículas de hierro de prueba al usar mineral natural con partículas densas de tamaño irregular e impurezas, el proceso no era lo suficientemente selectivo y eficiente.

Encontrar las Condiciones Correctas

Un hecho extraño durante las pruebas iniciales fue que algunas partículas se convertían en hierro metálico mejor que otras, sin correlación con su tamaño, contrariamente a lo esperado. Por lo tanto, los investigadores comenzaron a probar si la estructura nanoscópica de las partículas podría ser un factor más importante.

Se probaron partículas de óxido de hierro de tamaño micrométrico con impurezas de carbono y bario y no se redujeron lo suficiente.

Alternativamente, partículas sueltas con mayor porosidad, y por lo tanto mayor área superficial, facilitaron una producción electroquímica de hierro más eficiente, en comparación con aquellas que imitaban la hematita natural, menos porosa.

Fuente: ACS Energy Letters

Esto podría indicar que solo cierta forma de hierro sería adecuada para este proceso.

“Identificar óxidos que pueden convertirse en metal de hierro a bajas temperaturas es un paso importante en el desarrollo de procesos totalmente electrificados para la fabricación de acero.”

Paul Kempler – Investigador principal en the University of Oregon

Hacer la Electroreducción del Hierro Competitiva

A pesar de esta limitación, la electroreducción del hierro aún podría ser viable desde el punto de vista económico. Esto se debe a que el método utiliza mucho menos energía y una temperatura más baja, reduciendo el costo total de la producción de hierro.

Con este procedimiento, la producción de hierro costaría alrededor de $600/tonelada. Esto es relativamente económico, pero no perfecto en comparación con el costo nivelado del acero producido en el proceso de alto horno/horno de oxígeno básico, estimado recientemente en aproximadamente $400/tonelada.

Un paso adicional para mayor rentabilidad podría ser combinar la reducción de hierro con la producción química. Las celdas electroquímicas de fabricación de hierro podrían combinarse con celdas de producción de cloro para formar una unidad de producción de cloro‑hierro, que podría instalarse en serie para crear una planta de producción completa.

Fuente: ACS Energy Letters

Al tener en cuenta la producción de Cl2, un químico muy útil utilizado en grandes cantidades por la industria química, la economía de las operaciones mejora, acercándola mucho más a los costos del alto horno.

Mejoras Adicionales

El problema de depender únicamente de mineral con las estructuras nanoscópicas adecuadas es que podría limitar severamente el potencial de adopción generalizada de esta tecnología, incluso si la economía es favorable. En general, es poco probable que rediseñar la totalidad de la industria minera de hierro, que produce mucha hematita con baja porosidad, sea realista.

Una alternativa podrían ser nuevas técnicas para hacer que las materias primas de óxido de hierro sean más porosas, potencialmente mediante el uso de electricidad o choque térmico.

Empresa Minera de Hierro

Una disminución en los costos de fundición de hierro y en las emisiones de carbono podría hacer que el acero sea un material aún más popular de lo que es hoy. En lo que respecta a la minería, la escala y una buena geología lo son todo, ya que los bajos costos de producción permiten mayores ganancias y seguridad durante las recesiones, que son inevitables en los mercados de materias primas.

La empresa brasileña Vale es la mayor productora mundial de hierro y níquel, con un total de 323‑330 millones de toneladas producidas en 2024.

La compañía también produce metales relevantes para la transición energética, como el cobre. Aunque estos metales podrían volverse más importantes en el futuro, por ahora, el hierro es el núcleo de la empresa.

La empresa solía estar más diversificada, pero se ha centrado en el hierro en los últimos años, habiendo desinvertido $2 mil millones en varias otras minas de metales y otras materias primas como el aceite de palma.

Fuente: Vale

Gran Base de Activos

Vale se califica como una empresa de servicios públicos de tamaño medio, operando su propio ferrocarril, trenes, puertos y barcos para transportar el mineral desde la extracción hasta la entrega a los clientes.

También produce gran parte de su propia energía, ya que opera en regiones remotas y no puede depender del gobierno brasileño para que haga su trabajo correctamente, especialmente considerando sus enormes requerimientos energéticos.

Esto se hacía comúnmente con energía hidroeléctrica, ya que el negocio de la minería no es tan diferente de la construcción de hidroeléctricas (obras de tierra, excavación de roca con explosivos, grandes cantidades de hormigón, maquinaria pesada, mega proyectos de construcción, gestión de la lluvia, etc.).

Estas infraestructuras se complementan con el centro de I+D de la empresa, laboratorios, cientos de geólogos, centros de capacitación, etc.

Superando Pasivos Pasados

Un gran riesgo de una empresa minera masiva como Vale es un accidente enorme que cause daños catastróficos.

Esto fue lo que ocurrió en 2015, con un desastre masivo que se produjo después de que se derrumbara una presa construida por Vale. Y luego un incidente similar en 2019.

La inundación provocó el peor desastre ambiental de Brasil hasta la fecha, matando a 19 personas y afectando a 39 municipios en dos estados, sepultándolos bajo residuos mineros.

Desde entonces, muchas presas similares han sido reparadas y/o mejoradas para evitar otra catástrofe durante la temporada de lluvias.

La compañía también ha cambiado su forma de operar, habiendo invertido $2,5 mil millones en cuatro plantas de filtración para crear relaves secos (la roca triturada, polvo y lodo) en lugar de relaves húmedos que requieren presas. Por lo tanto, en el futuro, la actividad minera de hierro ya no generará el tipo de residuos que requieran presas.

La empresa también está reparando activamente su imagen, insistiendo en cómo su actividad minera creó una gran reserva natural financiada por la compañía, que es un importante contribuyente a la preservación de la selva amazónica brasileña, mientras que el resto de la región se ha convertido en pastizales en las últimas décadas.

Fuente: Vale

En general, Vale está superando sus problemas pasados con desastres ecológicos y convirtiéndose en uno de los activos más valiosos de Brasil y en un proveedor central de hierro para el mundo, y China en particular, un país con el que Brasil está forjando lazos más profundos a través de la red comercial de los BRICS y en el contexto de crecientes aranceles y tensiones con EE. UU.

Últimas Noticias sobre Vale

Estudios Referenciados:

^{1. Anastasiia Konovalovaet al. (2025). Pathways to Electrochemical Ironmaking at Scale Via the Direct Reduction of Fe2O3. ACS Energy LettersVol 10/Issue 4. https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsenergylett.5c00166}