Metode Produksi Besi Baru dari China Mengubah Jam Menjadi Detik

Besi Masih Raja Logam

When discussing manufacturing innovation, the attention tends to be concentrated on high tech (robotik, pencetakan 3D) or on rare metals and materials, like tungsten, titanium, rhodium, etc. (follow the links for detailed investment reports for each).

Pada akhirnya, meskipun penting, kemajuan ini tidak mengubah fakta bahwa sebagian besar material yang kita gunakan jauh lebih sederhana—dan tidak ada logam yang sepenting besi bagi kehidupan modern.

Besi dan baja adalah material kunci yang dibutuhkan dalam jumlah besar untuk infrastruktur (jembatan, beton bertulang, dll.), logistik dan transportasi (mobil, rel kereta, kereta api, pelabuhan, kapal), serta berbagai penggunaan industri (pipa, tangki penyimpanan, tungku, dll.).

Oksida besi dapat berasal dari mineral seperti hematit, limonit, magnetit, pirit, goetit, dan lainnya, dan kira‑kira 90% dari semua logam yang diproses saat ini adalah besi.

Sumber: FTM Machinery

Untungnya, besi sangat melimpah di Bumi (5% dari kerak Bumi berdasarkan berat) dan di alam semesta secara keseluruhan. Namun, mengubahnya menjadi bentuk yang dapat digunakan dapat menjadi proses yang sangat intensif energi dan memakan waktu. Jadi, ini berita besar bahwa peneliti China telah mengumumkan bahwa mereka menemukan metode untuk meningkatkan langkah sentral dalam pembuatan besi, dengan produktivitas meningkat 3.600 kali.

Bagaimana Besi Diproduksi?

Besi murni diproduksi dari bijih kaya besi, yang diubah menjadi logam yang lebih murni melalui proses peleburan.

Dari tungku primitif bertemperatur rendah pada zaman Kuno, tungku yang lebih maju dikembangkan pada Abad Pertengahan dan masa modern untuk memproduksi besi lebih efisien pada suhu hingga 1.400° hingga 1.500° C (2.550° hingga 2.700° F). Besi panas yang dimurnikan ini sering langsung dikirim ke pabrik baja untuk produksi baja, mengurangi kehilangan panas.

Bahkan dengan metode modern, peleburan besi dalam tanur tiup merupakan proses yang panjang, memakan waktu 5‑6 jam. Hal ini membuatnya sangat mengonsumsi energi, dengan suhu tinggi yang harus dipertahankan selama seluruh proses, biasanya menggunakan batu bara atau gas alam.

Hal ini juga menjadikan produksi besi dan baja sebagai konsumen besar bahan bakar fosil dan penyumbang besar gas rumah kaca. Produksi besi dan baja bertanggung jawab atas hingga 7% dari total emisi CO2, lebih banyak daripada seluruh emisi Uni Eropa.

Saat ini, sebagian besar produksi baja global berada di China, yang menghasilkan lebih dari 55% total produksi baja dunia, diikuti oleh India (7% dari total produksi baja).

Sumber: GMK Center

Baik China maupun India sebagian besar menggunakan batu bara untuk memproduksi besi dan baja, menjadikan proses produksi mereka penyumbang CO2 yang sangat besar.

Hidrogen Menggantikan Batu Bara?

Untuk menggantikan batu bara, metode produksi baja hijau telah diusulkan, dengan kandidat terbaik adalah menggunakan hidrogen alih‑alih batu bara untuk mencapai suhu tinggi yang diperlukan.

Masalahnya adalah sejauh ini, 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.

Hal ini benar, setidaknya dalam tanur tiup, tetapi proses baru, yang disebut peleburan besi kilat, bisa berbeda.

Besi Kilat

Proses ini dijelaskan oleh peneliti China Profesor Zhang Wenhai dan timnya dalam makalah yang dipublikasikan di jurnal peer‑review Nonferrous Metals. Mereka mengklaim dapat menyelesaikan proses pembuatan besi dalam hanya tiga hingga enam detik, dibandingkan dengan lima hingga enam jam yang diperlukan oleh tanur tiup tradisional.

Gagasan utama adalah alih‑alih menggunakan pelet kecil bijih besi, proses ini menggilingnya menjadi debu berpartikel sangat kecil. Hal ini memungkinkan reaksi mengubah bijih besi menjadi besi murni hampir seketika, lebih mirip ledakan daripada pelelehan lambat bijih.

Ini menghasilkan oksidasi kilat pada partikel dalam beberapa detik.

Sumber: MDPI

Lanse Vorteks Besi

Menghancurkan bijih besi menjadi partikel halus bukan langkah yang sangat sulit atau teknologi yang kompleks. Yang jauh lebih rumit adalah menyuntikkannya ke dalam tungku secara aman dan efisien.

Untuk mengatasi masalah ini, tim Prof. Zhang telah mengembangkan lanse vorteks yang dapat menyuntikkan 450 ton partikel bijih besi per jam. Sebuah reaktor yang dilengkapi dengan tiga lanse semacam itu menghasilkan 7,11 juta ton besi setiap tahun.

Lebih penting lagi, teknologi ini bukan sekadar percobaan laboratorium tetapi sudah masuk ke produksi komersial.

Ini bukan keberhasilan semalam, melainkan hasil dari upaya jangka panjang yang dimulai pada 2013 ketika tim Zhang memperoleh paten untuk teknologi peleburan kilat yang dapat langsung menghasilkan besi cair. Diperlukan sepuluh tahun untuk menyempurnakan metode ini dan memperbesarnya menjadi pabrik percontohan, menunjukkan bahwa produksi berskala besar yang aman memungkinkan.

Sumber: News.com.au

Perlu juga dicatat bahwa Profesor Zhang memiliki pengalaman dalam mengubah ilmu metalurgi. Ia merevolusi produksi tembaga dengan teknik peleburan kilat serupa yang ia terapkan pada tembaga pada tahun 1970‑an. Ia menerima penghargaan pertama National Science and Technology Progress Award pada tahun 2000 dan terpilih menjadi anggota Chinese Academy of Engineering pada tahun 2003.

Tujuan Strategis China

Emisi Karbon

Karena China adalah pemimpin global dalam pembuatan baja, ketergantungan berlebih proses ini pada batu bara telah menghambat ambisi negara tersebut untuk mengurangi emisi karbon. Hal ini juga membuat industrinya sangat bergantung pada batu bara impor, terutama dari Australia.

Oleh karena itu, China memiliki insentif kuat untuk mengembangkan metode alternatif dan menerapkannya dengan cepat, terutama jika memungkinkan penggunaan hidrogen sebagai gantinya. Dikombinasikan dengan perannya sebagai pemimpin dalam produksi energi hijau, China berada pada posisi yang baik untuk menjadi pemimpin dalam produksi baja hijau.

Menyusun Ulang Pasar Besi Global?

Hal lain yang membuat metode ini unik adalah kemampuannya bekerja sangat baik untuk bijih dengan hasil rendah atau menengah. Hal ini dapat sepenuhnya menyusun ulang pasar besi global.

Saat ini, bijih besi berkualitas tinggi dan kaya besi dari Australia merupakan pasokan utama besi bagi smelter dan pabrik baja China.

Sumber: S&P Global

Jika peleburan besi kilat dengan hidrogen digunakan untuk menggantikan tanur tiup berbasis batu bara, pasokan domestik bijih besi berkualitas lebih rendah dapat digunakan sebagai gantinya.

Hubungan antara China dan Australia telah menurun secara bertahap dalam dekade terakhir, meskipun China sangat bergantung pada besi Australia. Misalnya, dalam perang dagang 2020 dengan Australia, besi dikecualikan dari sanksi karena ketergantungan tinggi negara tersebut padanya. Jadi, mengatasi kerentanan ini dapat dianggap sebagai keharusan strategis bagi China, terlepas dari perhitungan ekonomi.

Perusahaan Pertambangan Besi

Penurunan biaya peleburan besi dan emisi karbon dapat menjadikan baja bahan yang lebih populer daripada saat ini. Dalam pertambangan, skala dan geologi yang baik adalah segalanya, dengan biaya produksi 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 sebesar 323‑330 juta ton pada tahun 2024.

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

Perusahaan ini dulu lebih berdiversifikasi tetapi berfokus kembali 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 syarat sebagai perusahaan utilitas berukuran menengah, mengoperasikan rel kereta api, kereta, pelabuhan, dan kapal miliknya untuk mengangkut bijih dari tambang ke pelanggan.

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

Hal ini biasanya dilakukan dengan tenaga air, karena bisnis pertambangan tidak jauh berbeda dengan konstruksi pembangkit listrik tenaga air (pekerjaan tanah, penggalian batu dengan bahan peledak, jumlah beton yang 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 sebesar Vale adalah kecelakaan besar yang menyebabkan kerusakan masif.

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

Banjir tersebut menyebabkan bencana lingkungan terburuk di Brasil hingga saat ini, menewaskan 19 orang, dan memengaruhi 39 kota 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 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 pertambangan besi tidak lagi menghasilkan limbah yang memerlukan bendungan.

Perusahaan juga secara aktif memperbaiki citranya, menekankan bagaimana aktivitas pertambangannya, bersama dengan cadangan alam besar yang dibiayai perusahaan, menjadi kontributor utama dalam melestarikan hutan hujan Brasil, sementara area lain diubah menjadi lahan padang rumput di wilayah tersebut.

Sumber: Vale

Secara keseluruhan, Vale kini mengatasi masalah masa lalunya dengan bencana ekologi dan menjadi salah satu aset paling berharga Brasil serta pemasok utama besi ke dunia, khususnya China, sebuah negara yang menjalin hubungan lebih dalam dengan Brasil melalui jaringan komersial BRICS.