Electric Arc Furnace vs Blast Furnace: Emisi CO2, Biaya, dan Masa Depan Industri Baja

Definisi electric arc furnace vs blast furnace
Blast furnace (BF) menggunakan bijih besi dan batu bara kokas untuk menghasilkan besi cair, yang kemudian diubah menjadi baja di basic oxygen furnace (BOF). Electric arc furnace (EAF) menggunakan busur listrik tegangan tinggi untuk melebur skrap baja menjadi baja cair. Jalur blast furnace menghasilkan sekitar 2,33 ton CO2 per ton baja; jalur electric arc menghasilkan sekitar 0,77 ton. Produksi baja global terbagi sekitar 70% BF-BOF dan 30% EAF, namun keseimbangan tersebut bergeser seiring meningkatnya tekanan dekarbonisasi.

---

Daftar Isi

1. Jalur Blast Furnace: Dari Bijih Besi ke Baja
2. Jalur Electric Arc Furnace: Dari Skrap ke Baja
3. Perbandingan Emisi CO2
4. Perbandingan Biaya: Modal dan Operasional
5. Yang Tidak Bisa Dibuat EAF: Keterbatasan Mutu Baja
6. Pangsa Global: Mengapa Terbagi 70/30
7. Green Hydrogen DRI: Jalur Ketiga
8. Implikasi Terhadap Perdagangan Komoditas
9. Pertanyaan yang Sering Diajukan
10. Poin-Poin Penting

---

Jalur Blast Furnace: Dari Bijih Besi ke Baja

Blast furnace telah menjadi teknologi pembuatan baja yang dominan selama lebih dari 150 tahun. Ini adalah proses masif dan berkelanjutan yang berjalan 24 jam sehari, setiap hari, selama hingga 20 tahun di antara perbaikan besar.

Bijih besi — biasanya berupa pelet bijih besi atau sinter (aglomerasi bijih halus yang dipanggang) dengan kandungan besi 62-65% Fe — dimasukkan ke bagian atas blast furnace bersama dengan kokas (material karbon berpori yang diproduksi dengan memanggang batu bara kokas di oven tanpa oksigen) dan batu kapur (fluks untuk menghilangkan kotoran).

Udara panas (terkadang diperkaya dengan oksigen) ditiupkan di bagian bawah melalui nosel yang disebut tuyeres. Kokas terbakar dan menghasilkan suhu melebihi 1.500°C. Karbon monoksida dari pembakaran kokas mereduksi oksida besi dalam bijih menjadi besi cair. Batu kapur bereaksi dengan kotoran (silika, alumina) untuk membentuk terak (slag) — cairan lebih ringan yang mengapung di atas besi dan dikeluarkan secara terpisah.

Besi cair — yang disebut pig iron atau hot metal — dikeluarkan dari bagian bawah furnace ke dalam torpedo car dan diangkut ke basic oxygen furnace (BOF). Di BOF, oksigen murni ditiupkan melalui hot metal dengan kecepatan tinggi. Proses ini dengan cepat membakar kelebihan karbon dan kotoran lainnya (sekitar 20 menit), mengubah pig iron menjadi baja cair.

Baja tersebut kemudian dicetak menjadi slab, billet, atau bloom untuk proses pengerolan dan fabrikasi lebih lanjut.

Satu blast furnace besar dapat menghasilkan 10.000-12.000 ton hot metal per hari. Pabrik baja terintegrasi utama (blast furnace + BOF) meliputi pabrik ArcelorMittal di Belgia dan Jerman, pabrik Tata Steel di Port Talbot (UK), serta fasilitas besar POSCO dan NSSMC di Korea Selatan dan Jepang.

---

Jalur Electric Arc Furnace: Dari Skrap ke Baja

Electric arc furnace (EAF) pada dasarnya lebih sederhana daripada blast furnace. EAF pada dasarnya adalah bejana besar yang dilapisi bata tahan api, dilengkapi dengan tiga elektroda grafit besar. Ketika listrik tegangan tinggi melewati elektroda, busur listrik memercik di antara elektroda dan muatan logam — suhu di dekat busur melebihi 3.500°C.

Material utama yang dimuat adalah skrap baja — dipotong, dicacah, dan disortir berdasarkan jenisnya:

• Heavy melt scrap (HMS 1&2): Baja struktural besar, peralatan industri bekas bongkaran
• Shredded scrap: Mobil dan peralatan rumah tangga yang dicacah
• Prompt industrial scrap: Skrap baru dari operasi penekanan, potongan sisa konstruksi
• Direct reduced iron (DRI) / hot briquetted iron (HBI): Digunakan untuk mengencerkan elemen pengotor (lihat bagian keterbatasan di bawah)

Skrap dimuat ke dalam furnace, elektroda diturunkan, dan busur listrik memanaskan serta melelehkan material dalam 40-60 menit. Oksigen disuntikkan untuk membakar karbon dan kotoran. Kapur ditambahkan untuk membentuk terak. Paduan (mangan, silikon, kromium) ditambahkan untuk mencapai komposisi kimia baja yang ditargetkan.

Hasilnya adalah baja cair yang dituangkan ke dalam ladle dan diproses lebih lanjut di ladle furnace untuk penyesuaian suhu dan kimia sebelum proses pengecoran kontinu (continuous casting).

EAF lebih kecil dan lebih fleksibel daripada blast furnace. EAF tipikal menghasilkan 200-400 ton baja per siklus (heat), dengan beberapa siklus per hari. Pabrik EAF dapat dimatikan selama periode harga listrik tinggi dan dinyalakan kembali — sesuatu yang mustahil dilakukan pada blast furnace yang harus terus berjalan.

---

Perbandingan Emisi CO2

Di sinilah kedua jalur tersebut sangat berbeda.

Jalur	Intensitas CO2	Sumber Emisi
BF-BOF (terintegrasi)	~2,33 t CO2 per ton baja	Pembakaran batu bara kokas, reduksi bijih besi, penggunaan energi
EAF (berbasis skrap)	~0,77 t CO2 per ton baja	Pembangkit listrik (jaringan), konsumsi elektroda, fluks
DRI-EAF (berbasis gas)	~1,0-1,4 t CO2 per ton baja	Gas alam untuk reduksi DRI, listrik
H2-DRI-EAF (hidrogen hijau)	<0,1 t CO2 per ton baja	Listrik terbarukan saja

Jalur BF-BOF mengeluarkan sekitar 2,33 ton CO2 per ton baja mentah, menurut data World Steel Association. Sebagian besar emisi ini berasal dari batu bara kokas — karbon secara kimiawi diperlukan dalam proses blast furnace sebagai bahan bakar sekaligus agen pereduksi. Anda tidak bisa menghilangkan batu bara dari blast furnace dan tetap bisa memproduksi besi.

Jalur EAF mengeluarkan sekitar 0,77 ton CO2 per ton baja, terutama melalui listrik yang digunakan untuk memberi daya pada busur listrik. Angka ini sangat bergantung pada intensitas karbon jaringan listrik. EAF yang menggunakan 100% listrik terbarukan mengeluarkan hampir nol CO2 langsung. EAF yang menggunakan listrik dari batu bara mengeluarkan lebih banyak.

Dalam konteks Uni Eropa: Harga karbon EU ETS (saat ini €50-70/ton CO2) berarti produksi baja BF-BOF terintegrasi kini menanggung biaya karbon bawaan sebesar sekitar €115-165 per ton baja. Ini merupakan kerugian kompetitif yang signifikan dibandingkan produsen EAF atau impor dari negara tanpa penetapan harga karbon — itulah alasan mengapa EU CBAM (Carbon Border Adjustment Mechanism) dirancang.

---

Perbandingan Biaya: Modal dan Operasional

Kedua jalur ini memiliki struktur biaya yang berlawanan.

Biaya modal (membangun pabrik):

Jalur	Biaya Modal Tipikal	Catatan
Terintegrasi BF-BOF (bangunan baru, 3-4 Mtpa)	$2-4 miliar	Termasuk blast furnace, oven kokas, BOF, rolling mill
EAF mini-mill (bangunan baru, 1-2 Mtpa)	$300-600 juta	Jauh lebih rendah per ton kapasitas

Blast furnace membutuhkan kompleks terintegrasi penuh: pabrik kokas, pabrik sinter, blast furnace, hot strip mill atau plate mill, dan semua infrastruktur terkait. Biaya modal per ton kapasitas tahunan berkisar $600-$1.000 per ton.

EAF mini-mill dapat dibangun dengan $300-400 per ton kapasitas tahunan. Inilah sebabnya mengapa teknologi EAF memungkinkan “mini-mill” — perusahaan seperti Nucor, Steel Dynamics, dan Commercial Metals di AS — membangun pabrik baja regional dengan biaya jauh lebih rendah daripada pabrik baja terintegrasi.

Biaya operasional:

Pabrik BF-BOF memiliki biaya bahan baku tinggi (bijih besi + batu bara kokas) tetapi ekonomi unit yang relatif dapat diprediksi setelah furnace berjalan. Batu bara kokas biasanya mewakili 30-40% dari biaya operasional BF-BOF. Blast furnace tidak bisa dimatikan dan dinyalakan kembali dengan murah — furnace tersebut berjalan terus-menerus atau tidak sama sekali.

Pabrik EAF memiliki biaya bahan baku lebih rendah (skrap lebih murah daripada unit besi murni per ton besi yang terkandung) tetapi sangat sensitif terhadap harga listrik. Listrik bisa mewakili 25-35% dari biaya operasional EAF. Saat harga listrik melonjak — seperti di Eropa pada 2022 — pabrik EAF harus menanggung biaya tersebut atau mengurangi produksi. Beberapa pembuat baja EAF Eropa memangkas output pada 2022 secara khusus karena harga listrik membuat pembuatan baja menjadi tidak ekonomis.

EAF juga memberikan fleksibilitas operasional: pabrik dapat dihentikan sementara selama periode harga listrik tinggi dan dinyalakan kembali. Ini adalah keuntungan yang berarti di pasar listrik dengan volatilitas harga yang tinggi.

---

Yang Tidak Bisa Dibuat EAF: Keterbatasan Mutu Baja

Jalur EAF memiliki keterbatasan metalurgi mendasar: kontaminasi elemen pengotor (tramp element) dari skrap.

Skrap baja bukanlah besi murni. Skrap mengandung elemen paduan sisa dari komposisi baja asli: tembaga, timah, nikel, molibdenum, kromium. Elemen-elemen ini bertahan dalam proses peleburan dan tidak dapat dihilangkan melalui oksidasi (tidak seperti karbon, silikon, dan belerang yang dapat terbakar habis). Elemen ini terakumulasi dalam lelehan.

Penyebab utamanya adalah tembaga. Tembaga dalam baja di atas ambang batas tertentu (biasanya 0,1-0,2%) menurunkan kemampuan kerja panas (hot workability) — permukaan baja retak saat pengerolan panas. Ini disebut hot shortness. Untuk jenis baja komoditas (tulangan, bagian struktural, kawat baja), toleransi tembaga longgar dan produksi berbasis skrap EAF bekerja dengan baik. Untuk produk baja datar (flat steel) seperti panel bodi otomotif, baja listrik, dan baja kemasan kaleng, tembaga harus sangat rendah — seringkali di bawah 0,04%.

Tidak ada metode yang ekonomis dan praktis untuk menghilangkan tembaga dari baja cair setelah berada di dalam lelehan. Satu-satunya solusi adalah pengenceran — menambahkan unit besi murni (pig iron, DRI, atau HBI) yang bebas tembaga. Pabrik EAF yang memproduksi baja datar berkualitas (seperti pabrik lembaran Nucor di Crawfordsville) melakukan hal ini, dengan mencampurkan pig iron atau DRI yang dibeli dengan skrap.

Konsekuensi praktisnya: pasar baja otomotif, baja listrik, dan baja canai datar berkualitas tinggi sebagian besar masih dilayani oleh produsen BF-BOF terintegrasi karena mereka menggunakan bijih murni tanpa kontaminasi elemen pengotor. EAF unggul dalam produk panjang (tulangan, profil, kawat) dan produk datar tingkat rendah.

Keterbatasan ini akan menjadi semakin penting seiring meningkatnya tingkat daur ulang skrap dan kualitas skrap yang semakin menurun akibat akumulasi elemen pengotor.

---

Pangsa Global: Mengapa Terbagi 70/30

Produksi baja mentah global sekitar 1.900 juta ton per tahun (data 2023). Pembagiannya:

• BF-BOF: sekitar 70% (~1.330 juta ton)
• EAF: sekitar 29% (~550 juta ton)
• Lainnya (open hearth, furnace induksi): ~1%

Alasan dominasi BF-BOF adalah Tiongkok. Tiongkok memproduksi lebih dari 50% baja dunia — sekitar 1.000 juta ton per tahun — dan sekitar 90% produksi Tiongkok menggunakan jalur BF-BOF. Tiongkok telah membangun basis pabrik baja terintegrasi yang sangat besar selama 30 tahun terakhir, dan pasokan skrap terbatas oleh stok industri Tiongkok yang relatif muda (sebagian besar infrastruktur dan bangunan baru dibangun belum lama ini dan belum mencapai ketersediaan skrap akhir masa pakai).

Di luar Tiongkok, pangsa EAF jauh lebih tinggi:
– Amerika Serikat: ~70% EAF, 30% BF-BOF. Nucor, Steel Dynamics, dan Commercial Metals adalah produsen EAF utama.
– UE: ~40% EAF (bervariasi menurut negara — Italia mendekati 70% EAF; Jerman masih banyak menggunakan BF karena permintaan otomotif)
– Turki: ~70% EAF (importir skrap besar yang menggunakan aliran skrap Mediterania)

Seiring bertambahnya usia basis industri Tiongkok dan meningkatnya ketersediaan skrap, pangsa EAF Tiongkok diperkirakan akan naik dari ~10% menuju 20-25% pada tahun 2035, sebuah pergeseran signifikan dalam dinamika pasar global.

---

Green Hydrogen DRI: Jalur Ketiga

Perkembangan paling signifikan dalam teknologi pembuatan baja untuk dekade berikutnya adalah reduksi langsung besi berbasis hidrogen (H2-DRI), yang dikombinasikan dengan pembuatan baja EAF.

Direct Reduced Iron (DRI) adalah besi yang diproduksi dengan mereduksi pelet bijih besi dengan gas pereduksi (secara tradisional gas alam — sebagian besar metana) pada suhu di bawah titik leleh (~800-1.100°C). Bijih tetap padat tetapi secara kimiawi direduksi dari oksida besi menjadi besi logam. Hasilnya adalah material logam berongga yang dapat dimasukkan langsung ke EAF sebagai pengganti skrap.

Proses DRI konvensional (menggunakan gas alam) menghasilkan sekitar 1,0-1,4 ton CO2 per ton DRI — lebih baik daripada blast furnace tetapi bukan nol karbon.

Terobosannya adalah mengganti gas alam dengan hidrogen hijau — hidrogen yang diproduksi dengan elektrolisis air menggunakan listrik terbarukan. Saat hidrogen mereduksi bijih besi, satu-satunya produk sampingan adalah air (H₂O), bukan CO2. Dikombinasikan dengan pembuatan baja EAF bertenaga terbarukan, jalur H2-DRI-EAF penuh dapat memproduksi baja dengan kurang dari 0,1 ton CO2 per ton — pengurangan ~95% dari BF-BOF.

Dua proyek besar memimpin teknologi ini:

HYBRIT (Hydrogen Breakthrough Ironmaking Technology): Usaha patungan antara SSAB (Swedia), LKAB (produsen bijih besi terbesar di Swedia), dan Vattenfall (perusahaan energi Swedia). HYBRIT memproduksi baja tereduksi hidrogen pertama di dunia yang dikirim ke pelanggan (Volvo AB) pada tahun 2021. Produksi skala komersial ditargetkan di pabrik Luleå milik SSAB pada 2026-2030.

H2 Green Steel (sekarang Stegra): Fasilitas greenfield baru yang sedang dibangun di Boden, Swedia. Menargetkan 5 juta ton baja hijau per tahun pada tahun 2030, ditenagai oleh energi hidroelektrik dan angin Swedia serta menggunakan teknologi H2-DRI-EAF.

Perusahaan lain yang menempuh jalur serupa termasuk ArcelorMittal (pabrik DRI berbasis MIDREX dengan transisi hidrogen), thyssenkrupp (proyek tkH2Steel di Duisburg), dan Salzgitter (program SALCOS).

Tantangan komersial: hidrogen hijau saat ini berharga $4-8/kg, dibandingkan gas alam dengan kesetaraan energi sebesar $1-2/kg. Baja hijau yang diproduksi melalui H2-DRI membawa premi biaya sebesar $100-300/ton dibandingkan baja BF-BOF konvensional. Apakah premi tersebut dapat dibebankan kepada pembeli melalui “premi hijau” atau diserap melalui harga karbon adalah pertanyaan komersial utama dari dekarbonisasi industri baja.

---

Implikasi Terhadap Perdagangan Komoditas

Pemisahan EAF/BF-BOF memiliki implikasi langsung pada aliran perdagangan komoditas yang mendukung setiap jalur.

Permintaan BF-BOF: Bijih besi (dikirim dari Australia, Brasil) dan batu bara kokas (dikirim dari Australia, AS, Kanada, Rusia). Ini adalah dua perdagangan kargo curah kering melalui laut dengan volume tertinggi di dunia. Pergeseran menjauh dari BF-BOF secara langsung mengurangi permintaan batu bara kokas dan pelet bijih besi premium — hambatan jangka panjang bagi pasar komoditas tersebut.

Permintaan EAF: Listrik dan skrap baja. Perdagangan skrap global sangat signifikan — Turki adalah importir skrap baja terbesar di dunia, bersumber dari AS, UE, dan Inggris. Meningkatnya produksi EAF secara global berarti meningkatnya permintaan skrap, yang mendorong harga skrap lebih tinggi dan membuat pengadaan skrap lebih kompetitif.

Permintaan H2-DRI: Pelet bijih besi bermutu tinggi (DRI membutuhkan kandungan besi yang lebih tinggi — 67%+ Fe — daripada bijih blast furnace BF-BOF standar). Ini menciptakan pasar premium untuk pelet bijih besi bermutu tinggi dari LKAB (Swedia), CVRD/Vale (Brasil), dan Bahrain Steel. Transisi H2-DRI menguntungkan bagi bijih besi bermutu tinggi dan merugikan bagi bijih blast furnace bermutu menengah.

---

Pertanyaan yang Sering Diajukan

Manakah yang lebih murah dioperasikan, blast furnace atau EAF?

Itu tergantung pada biaya bahan baku di setiap lokasi. Di mana skrap murah dan listrik terjangkau, EAF lebih murah dioperasikan. Di mana skrap langka dan listrik mahal, BF-BOF memiliki keuntungan. EAF mini-mill di AS secara konsisten memiliki biaya lebih rendah daripada produsen BF-BOF terintegrasi AS karena skrap AS melimpah dan relatif murah. Produsen EAF Eropa tertekan pada 2022 ketika harga listrik melonjak karena krisis gas.

Bisakah electric arc furnace membuat baja otomotif?

Beberapa bisa, dengan peringatan penting. Baja canai datar berkualitas tinggi untuk aplikasi otomotif membutuhkan tingkat tembaga yang sangat rendah (di bawah 0,04%) untuk menghindari hot shortness selama pengerolan. Pabrik EAF yang memproduksi baja kelas otomotif harus mengencerkan skrap dengan unit besi murni bebas tembaga — pig iron, DRI, atau HBI. Pabrik lembaran Gallatin dan Crawfordsville milik Nucor melakukan hal ini. Namun langit-langit kualitas untuk baja datar EAF lebih rendah daripada pabrik BF-BOF terintegrasi tanpa tambahan DRI yang signifikan.

Apa itu baja hijau dan berapa biaya tambahannya?

Baja hijau adalah baja yang diproduksi dengan emisi CO2 yang jauh lebih rendah daripada pembuatan baja konvensional — biasanya didefinisikan sebagai di bawah 0,5 ton CO2 per ton baja. Jalur utamanya adalah H2-DRI-EAF menggunakan hidrogen hijau bertenaga terbarukan. Baja hijau saat ini membawa premi biaya $100-300/ton dibandingkan baja konvensional, tergantung pada biaya hidrogen hijau. Seiring turunnya biaya energi terbarukan, premi ini diperkirakan akan menyempit.

Mengapa Tiongkok mendominasi jalur BF-BOF?

Tiongkok membangun sebagian besar kapasitas bajanya selama 30 tahun terakhir menggunakan teknologi BF-BOF karena itu adalah cara termurah untuk meningkatkan produksi dengan cepat, karena batu bara kokas tersedia, dan karena skrap langka di ekonomi yang sedang terindustrialisasi dengan cepat. Tiongkok memproduksi lebih dari 1 miliar ton baja per tahun, ~90% melalui BF-BOF. Seiring bertambahnya usia basis industri Tiongkok dan meningkatnya ketersediaan skrap, pangsa EAF-nya secara bertahap meningkat dari ~10% saat ini.

Apa itu HYBRIT dan mengapa itu penting?

HYBRIT adalah usaha patungan antara SSAB, LKAB, dan Vattenfall yang bertujuan memproduksi baja bebas fosil menggunakan reduksi langsung hidrogen. Pada 2021, perusahaan tersebut mengirimkan baja bebas fosil pertama di dunia — diproduksi tanpa batu bara kokas atau gas alam — kepada Volvo AB. HYBRIT penting karena menunjukkan bahwa jalur H2-DRI-EAF dapat bekerja secara komersial. Jika ditingkatkan skalanya, hal itu dapat menghilangkan sekitar 2,33 ton CO2 per ton baja di seluruh industri BF-BOF.

---

Poin-Poin Penting

• Jalur blast furnace-BOF (BF-BOF) menggunakan bijih besi dan batu bara kokas; electric arc furnace (EAF) menggunakan skrap baja dan listrik. Keduanya merupakan rantai pasokan bahan baku yang sangat berbeda.
• BF-BOF mengeluarkan sekitar 2,33 ton CO2 per ton baja; EAF mengeluarkan sekitar 0,77 ton — pengurangan 67%.
• EAF memiliki biaya modal yang jauh lebih rendah daripada BF-BOF (~$300-400 per ton kapasitas dibandingkan $600-1.000) dan fleksibilitas operasional yang lebih besar, namun sensitif terhadap harga listrik.
• EAF tidak dapat dengan mudah memproduksi baja datar dengan kemurnian tinggi untuk aplikasi otomotif tanpa menambahkan unit besi murni untuk mengencerkan elemen pengotor — terutama tembaga — yang terakumulasi dari skrap.
• Pembuatan baja global sekitar 70% BF-BOF dan 30% EAF; pangsa EAF meningkat seiring meningkatnya ketersediaan skrap dan intensifikasi tekanan dekarbonisasi.
• Harga karbon EU ETS (~€50-70/ton CO2) menambahkan biaya karbon bawaan €115-165/ton pada baja BF-BOF, menciptakan tekanan kompetitif yang tidak dihadapi secara setara oleh EAF dan impor tanpa harga karbon.
• Green hydrogen DRI (H2-DRI-EAF) adalah jalur pembuatan baja rendah karbon, mengurangi CO2 hingga 95% dibandingkan BF-BOF; HYBRIT dan Stegra di Swedia adalah proyek skala komersial terkemuka.
• Pergeseran dari BF-BOF ke EAF/DRI-EAF adalah sentimen jangka panjang yang merugikan bagi batu bara kokas dan bijih besi standar, serta menguntungkan bagi pelet bijih besi bermutu tinggi dan skrap baja.

Related Reading

To deepen your understanding of the topics covered in this article, explore these related guides: the full ferrous chain from iron ore to finished steel, the scrap grades and pricing mechanisms that feed electric furnaces and how carbon pricing policies affect the cost gap between the two routes.