Komoditas

Mengelektrifikasi Besi: Masa Depan Pembuatan Baja Hijau

mm
Diterbitkan
Diperbarui
Tambahkan Securities.io ke sumber pilihan Anda di Google
Pengungkapan: Securities.io dapat menerima kompensasi saat Anda memakai tautan ke produk yang kami ulas. Hal ini tidak memengaruhi penilaian editorial kami. Kami bukan penasihat investasi terdaftar; ini bukan saran investasi. Baca pengungkapan afiliasi kami.

Pentingnya Besi

Besi sering dianggap sebagai logam yang membosankan oleh para investor. Logam ini sebagian besar mengikuti siklus ekonomi global dan tidak mungkin memiliki narasi yang melekat padanya. Tidak ada yang mengharapkan permintaan besi akan tiga kali lipat dalam dekade berikutnya karena permintaan baterai, produksi panel surya, lonjakan industri dirgantara di tengah perlombaan luar angkasa, atau meningkatnya risiko konflik global.

Namun hal ini juga bisa menjadi keunggulan. Sekitar 90% dari semua logam yang diproses saat ini adalah besi.

Besi dan baja (terbuat dari 97% besi) benar‑benar ada di mana‑mana dalam segala hal yang kita gunakan setiap hari di dunia modern:

  • Infrastruktur: jembatan, rel kereta api, pelabuhan.
  • Konstruksi: beton bertulang, balok, atap, paku & sekrup, dll.
  • Transportasi: mobil, kereta api, kapal.
  • Penggunaan industri: pipa & saluran, tangki penyimpanan, mesin berat,
  • Pertahanan: kapal perang, tank, peluru artileri, senjata, peluru, dll.
  • Energi: tungku, turbin, tiang turbin angin, rangka panel surya, dll.
  • Kesehatan: tempat tidur, instrumen bedah, dll.
  • Barang konsumen: peralatan dapur, peralatan rumah, perapian, dll.

Namun, produksi besi sayangnya merupakan proses yang sangat intensif karbon, kebanyakan bergantung pada jenis batu bara khusus: batu bara kokas.

Beberapa upaya telah dilakukan untuk menggantikan batu bara kokas dengan hidrogen hijau, tetapi hanya bijih besi berkualitas sangat tinggi yang dapat digunakan dengan hidrogen. Bijih yang lebih murah dengan kandungan besi lebih rendah diperlukan untuk mengimbangi biaya hidrogen yang lebih tinggi dibandingkan batu bara.

Kami sebelumnya telah membahas bahwa prosedur tanur tiup tradisional dapat digantikan oleh proses baru yang disebut peleburan besi kilat, lebih mirip ledakan daripada pelelehan lambat bijih.

Peneliti dari University of Oregon sedang menyelidiki kemungkinan yang lebih menarik lagi: menghilangkan kebutuhan suhu tinggi, dan memurnikan bijih besi hanya dengan listrik. Ini akan menjadi kemajuan besar bagi dunia, karena listrik hijau dapat digunakan secara langsung, tanpa konversi mahal menjadi hidrogen, dan secara keseluruhan akan mengurangi emisi karbon global secara signifikan.

Mereka mempublikasikan penelitian ini di ACS Energy Letters1, dengan judul “Pathways to Electrochemical Ironmaking at Scale Via the Direct Reduction of Fe2O3”.

Bijih Besi Menjadi Logam Besi

Besi ditemukan di alam dalam bentuk teroksidasi, terutama hematit (Fe2O3). Agar dapat digunakan sebagai logam industri, atom‑atom oksigen harus dihilangkan.

Biasanya, hal ini dilakukan dengan menambahkan batu bara, di mana karbonnya berubah menjadi CO2. Sebagai alternatif, besi hijau menggunakan hidrogen yang berubah menjadi air (H2O).

Pilihan lain adalah memberikan energi yang cukup pada oksida besi sehingga atom oksigen terpisah dan membentuk oksigen gas (O2). Inilah ide di balik pembuatan besi secara elektrokimia. Ini adalah reaksi elektrokimia yang paling efektif dalam kondisi basa (berlawanan dengan asam).

Perlu dicatat bahwa proses ini juga harus sangat dapat diskalakan, karena produksi besi global tahunan berada pada skala jutaan ton per tahun.

Elektroreduksi Besi

Untuk menguji cara membuat reaksi jenis ini lebih efisien, para peneliti merancang sistem khusus yang bekerja sedikit seperti baterai, dan beroperasi pada suhu hanya 82°C (180°F).

Dalam pengaturan ini, partikel besi ditanggungkan dalam larutan natrium hidroksida (NaOH), namun garam cair (NaCl) juga memungkinkan dan dapat menghasilkan klorin (Cl2) sebagai produk sampingan.

Oksida besi padat direduksi, atau diubah menjadi besi elemental, paling selektif pada kepadatan arus 50 miliampere per sentimeter persegi, mirip dengan pengisian cepat baterai lithium‑ion.

Mereka menemukan bahwa meskipun proses ini bekerja dengan baik pada partikel besi uji ketika menggunakan bijih alami dengan partikel padat berukuran tidak beraturan dan impuritas, proses tersebut tidak cukup selektif dan efisien.

Menemukan Kondisi yang Tepat

Sebuah kejadian aneh selama pengujian awal adalah bahwa beberapa partikel berubah menjadi besi logam lebih baik daripada yang lain, tanpa korelasi dengan ukuran mereka, bertentangan dengan harapan. Jadi para peneliti mulai menguji apakah struktur nanoskoptik partikel dapat menjadi faktor yang lebih penting.

Partikel oksida besi berukuran mikrometer dengan impuritas karbon dan barium diuji dan tidak tereduksi dengan cukup baik.

Sebaliknya, partikel longgar dengan porositas lebih tinggi, dan sehingga area permukaan lebih besar, memfasilitasi produksi besi elektrokimia yang lebih efisien, dibandingkan dengan yang dibuat menyerupai hematit bijih besi alami yang kurang berpori.

“Mengidentifikasi oksida yang dapat diubah menjadi logam besi pada suhu rendah merupakan langkah penting dalam mengembangkan proses pembuatan baja yang sepenuhnya terelektrifikasi.”

Paul Kempler – Peneliti utama di University of Oregon

Membuat Elektroreduksi Besi Kompetitif

Meskipun ada keterbatasan ini, elektroreduksi besi masih dapat berfungsi dari sudut pandang ekonomi. Hal ini karena metode tersebut menggunakan jauh lebih sedikit energi dan suhu lebih rendah, sehingga mengurangi biaya keseluruhan produksi besi.

Dengan prosedur ini, produksi besi akan menelan biaya sekitar $600/ton. Ini relatif ekonomis, namun tidak sebanding dengan biaya rata-rata baja yang diproduksi dalam proses tanur tiup/tanur oksigen dasar, yang baru‑baru ini diperkirakan sekitar $400/ton.

Langkah tambahan untuk meningkatkan profitabilitas dapat berupa menggabungkan reduksi besi dengan produksi kimia. Sel elektrolisis pembuatan besi dapat digabungkan dengan sel produksi klorin untuk membentuk unit produksi kloro‑besi, yang dapat dipasang berurutan untuk membentuk seluruh pabrik produksi.

Ketika memperhitungkan produksi Cl2, bahan kimia yang sangat berguna dan digunakan dalam jumlah besar oleh industri kimia, ekonomi operasinya terlihat lebih baik, kemungkinan mendekatkan biaya ke tingkat tanur tiup.

Peningkatan Lebih Lanjut

Masalah bergantung hanya pada bijih dengan struktur nanoskala yang tepat adalah bahwa hal ini dapat secara signifikan membatasi potensi adopsi luas teknologi ini, meskipun ekonominya menguntungkan. Secara keseluruhan, sangat tidak realistis untuk merancang ulang seluruh industri penambangan besi, yang menghasilkan banyak hematit dengan porositas rendah.

Alternatifnya dapat berupa teknik baru untuk membuat bahan baku oksida besi lebih berpori, berpotensi melalui penggunaan listrik atau kejutan termal.

Perusahaan Penambangan Besi

VALE Grafik Harga

Penurunan biaya peleburan besi dan emisi karbon dapat membuat baja menjadi bahan yang bahkan lebih populer daripada saat ini. Dalam pertambangan, skala dan geologi yang baik adalah segalanya, dengan biaya produksi yang rendah memungkinkan keuntungan lebih tinggi dan keamanan selama penurunan pasar, yang tak terhindarkan dalam pasar komoditas.

Perusahaan Brasil Vale adalah produsen besi dan nikel terbesar di dunia, dengan total produksi 323-330 juta ton pada tahun 2024.

Perusahaan ini juga memproduksi logam yang relevan dengan transisi energi seperti tembaga. Meskipun logam ini mungkin menjadi lebih penting di masa depan, untuk saat ini, besi adalah inti perusahaan.

Perusahaan ini dulu lebih berdiversifikasi tetapi kembali berfokus pada besi dalam beberapa tahun terakhir, setelah menjual aset tambang logam lain senilai $2 miliar serta komoditas lain seperti minyak kelapa sawit.

Sumber: Vale

Basis Aset Besar

Vale memenuhi kriteria sebagai perusahaan utilitas berukuran menengah, mengoperasikan rel kereta api, kereta, pelabuhan, dan kapal miliknya untuk mengangkut bijih dari penambangan hingga pengiriman ke pelanggan.

Selain itu, Vale menghasilkan banyak energi sendiri, karena beroperasi di wilayah terpencil dan tidak dapat bergantung pada pemerintah Brasil untuk menjalankan tugasnya dengan baik, terutama mengingat kebutuhan daya yang sangat besar.

Hal ini biasanya dilakukan dengan tenaga air, karena bisnis pertambangan tidak jauh berbeda dari konstruksi pembangkit listrik tenaga air (pekerjaan tanah, penggalian batu dengan bahan peledak, jumlah beton yang sangat besar, mesin berat, proyek konstruksi mega, mengelola hujan, dll.).

Infrastruktur ini dilengkapi dengan pusat R&D perusahaan, laboratorium, ratusan ahli geologi, pusat pelatihan, dll.

Mengatasi Kewajiban Masa Lalu

Salah satu risiko besar dengan perusahaan tambang raksasa seperti Vale adalah kecelakaan besar yang menyebabkan kerusakan masif.

Inilah yang terjadi pada tahun 2015, dengan bencana besar setelah bendungan yang dibangun Vale runtuh. Dan kemudian insiden serupa pada tahun 2019.

Banjir tersebut menyebabkan bencana lingkungan terburuk di Brasil hingga saat ini, menewaskan 19 orang, dan memengaruhi 39 kabupaten di dua provinsi, menimbun mereka dengan limbah tambang.

Sejak itu, banyak bendungan serupa telah diperbaiki dan/atau ditingkatkan untuk menghindari bencana lain selama musim hujan.

Perusahaan juga telah mengubah cara operasinya, dengan menginvestasikan $2,5 miliar dalam empat pabrik filtrasi untuk menghasilkan tailing kering (batu hancur, debu, dan lumpur) alih‑alih tailing basah yang memerlukan bendungan. Jadi di masa depan, aktivitas penambangan besi tidak lagi menghasilkan limbah yang memerlukan bendungan.

Perusahaan juga secara aktif memperbaiki citranya, menekankan bagaimana aktivitas penambangannya menciptakan cagar alam besar yang dibiayai oleh perusahaan, yang merupakan kontributor utama dalam melestarikan hutan hujan Brasil, sementara sisa wilayah tersebut telah diubah menjadi padang rumput dalam beberapa dekade terakhir.

Sumber: Vale

Secara keseluruhan, Vale kini mengatasi masalah ekologis masa lalunya dan menjadi salah satu aset paling berharga Brasil serta pemasok utama besi ke dunia, khususnya China, sebuah negara yang bersama Brasil memperkuat hubungan melalui jaringan komersial BRICS serta dalam konteks tarif yang meningkat dan ketegangan dengan AS.

Berita Terbaru tentang Vale

Studi yang Dirujuk:

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  

mm

Jonathan adalah mantan peneliti biokimia yang bekerja dalam analisis genetik dan uji klinis. Ia kini menjadi analis saham dan penulis keuangan dengan fokus pada inovasi, siklus pasar, dan geopolitik dalam publikasinya 'The Eurasian Century'.