Electric Arc Furnace vs Blast Furnace: Pelepasan CO2, Kos, dan Masa Depan Pembuatan Keluli

Definisi electric arc furnace vs blast furnace
Blast furnace (BF) menggunakan bijih besi dan arang kok untuk menghasilkan besi cair, yang kemudian ditukar kepada keluli dalam basic oxygen furnace (BOF). Electric arc furnace (EAF) menggunakan arka elektrik voltan tinggi untuk mencairkan skrap keluli menjadi keluli cecair. Laluan blast furnace membebaskan kira-kira 2.33 tan CO2 bagi setiap tan keluli; laluan electric arc membebaskan kira-kira 0.77 tan. Pembuatan keluli global dibahagikan secara kasarnya kepada 70% BF-BOF dan 30% EAF, tetapi imbangan itu berubah apabila tekanan penyahkarbonan semakin meningkat.

---

Jadual Kandungan

1. Laluan Blast Furnace: Daripada Bijih Besi kepada Keluli
2. Laluan Electric Arc Furnace: Daripada Skrap kepada Keluli
3. Perbandingan Pelepasan CO2
4. Perbandingan Kos: Kos Modal dan Operasi
5. Apa yang Tidak Boleh Dihasilkan EAF: Had Gred Keluli
6. Syer Global: Mengapa Wujud Pembahagian 70/30
7. Green Hydrogen DRI: Laluan Ketiga
8. Implikasi Terhadap Perdagangan Komoditi
9. Soalan Lazim
10. Rumusan Utama

---

Laluan Blast Furnace: Daripada Bijih Besi kepada Keluli

Blast furnace telah menjadi teknologi pembuatan keluli dominan selama lebih 150 tahun. Ia merupakan proses besar dan berterusan yang beroperasi 24 jam sehari, setiap hari, sehingga 20 tahun antara pembinaan semula utama.

Bijih besi — biasanya pelet bijih besi atau sinter (aglomerasi bijih halus yang dibakar) dengan kandungan besi 62-65% Fe — dimasukkan ke bahagian atas blast furnace bersama-sama dengan kok (bahan karbon berliang yang dihasilkan dengan membakar arang kok dalam ketuhar tanpa oksigen) dan batu kapur (fluks yang menyingkirkan bendasing).

Udara panas (kadangkala diperkaya dengan oksigen) ditiup masuk di bahagian bawah melalui muncung yang dipanggil tuyeres. Kok terbakar dan menjana suhu melebihi 1,500°C. Karbon monoksida daripada pembakaran kok mengurangkan oksida besi dalam bijih menjadi besi cair. Batu kapur bertindak balas dengan bendasing (silika, alumina) untuk membentuk sanga (slag) — cecair lebih ringan yang terapung di atas besi dan dikeluarkan secara berasingan.

Besi cair — yang dipanggil pig iron atau hot metal — dikeluarkan dari bahagian bawah relau ke dalam kereta torpedo dan diangkut ke basic oxygen furnace (BOF). Dalam BOF, oksigen tulen ditiup melalui logam panas pada kelajuan tinggi. Ini membakar lebihan karbon dan bendasing lain dengan cepat (dalam kira-kira 20 minit), menukar pig iron menjadi keluli cair.

Keluli tersebut kemudian dituang menjadi slab, billet, atau bloom untuk proses gulingan dan fabrikasi hiliran.

Satu blast furnace besar mungkin menghasilkan 10,000-12,000 tan logam panas sehari. Kilang keluli bersepadu utama (blast furnace + BOF) termasuk loji ArcelorMittal di Belgium dan Jerman, kerja-kerja Port Tata Steel di Talbot (UK), serta kemudahan besar POSCO dan NSSMC di Korea Selatan dan Jepun.

---

Laluan Electric Arc Furnace: Daripada Skrap kepada Keluli

Electric arc furnace (EAF) pada dasarnya lebih ringkas daripada blast furnace. Ia pada asasnya adalah bekas besar yang dilapisi dengan bata refraktori, dipasang dengan tiga elektrod grafit besar. Apabila elektrik voltan tinggi melalui elektrod, arka elektrik terhasil di antara elektrod dan cas logam — suhu berhampiran arka melebihi 3,500°C.

Bahan cas utama ialah skrap keluli — dipotong, dicincang, dan diasingkan mengikut jenis:

• Heavy melt scrap (HMS 1&2): Keluli struktur besar, peralatan industri yang dirobohkan
• Shredded scrap: Kereta dan barangan elektrik yang dicincang
• Prompt industrial scrap: Skrap baharu daripada operasi pengecapan, potongan pembinaan
• Direct reduced iron (DRI) / hot briquetted iron (HBI): Digunakan untuk mencairkan elemen bendasing (lihat bahagian had di bawah)

Skrap dimuatkan ke dalam relau, elektrod diturunkan, dan arka memanaskan serta mencairkan bahan tersebut dalam masa 40-60 minit. Oksigen disuntik untuk membakar karbon dan bendasing. Kapur ditambah untuk membentuk sanga. Aloi (mangan, silikon, kromium) ditambah untuk mencapai kimia keluli sasaran.

Hasilnya ialah keluli cecair yang dikeluarkan ke dalam ladle dan diproses lebih lanjut dalam ladle furnace untuk pelarasan suhu dan kimia sebelum tuangan berterusan.

EAF lebih kecil dan lebih fleksibel berbanding blast furnace. EAF tipikal menghasilkan 200-400 tan keluli bagi setiap kitaran lebur (heat), dengan beberapa kitaran sehari. Loji EAF boleh ditutup semasa tempoh harga elektrik tinggi dan dimulakan semula — sesuatu yang mustahil bagi blast furnace yang beroperasi secara berterusan.

---

Perbandingan Pelepasan CO2

Di sinilah kedua-dua laluan ini sangat berbeza.

Laluan	Keamatan CO2	Sumber Pelepasan
BF-BOF (bersepadu)	~2.33 t CO2 bagi setiap tan keluli	Pembakaran arang kok, penurunan bijih besi, penggunaan tenaga
EAF (berasaskan skrap)	~0.77 t CO2 bagi setiap tan keluli	Penjanaan elektrik (grid), penggunaan elektrod, fluks
DRI-EAF (berasaskan gas)	~1.0-1.4 t CO2 bagi setiap tan keluli	Gas asli untuk penurunan DRI, elektrik
H2-DRI-EAF (hidrogen hijau)	<0.1 t CO2 bagi setiap tan keluli	Elektrik boleh diperbaharui sahaja

Laluan BF-BOF membebaskan kira-kira 2.33 tan CO2 bagi setiap tan keluli mentah, menurut data World Steel Association. Sebahagian besar pelepasan ini datang daripada arang kok — karbon secara kimia diperlukan dalam proses blast furnace sebagai bahan api dan agen penurun. Anda tidak boleh menyingkirkan arang batu daripada blast furnace dan masih menghasilkan besi.

Laluan EAF membebaskan kira-kira 0.77 tan CO2 bagi setiap tan keluli, terutamanya melalui elektrik yang digunakan untuk menjana arka. Angka ini sangat bergantung pada keamatan karbon grid elektrik. EAF yang beroperasi menggunakan 100% elektrik boleh diperbaharui membebaskan hampir sifar CO2 langsung. EAF yang beroperasi dengan elektrik berasaskan arang batu membebaskan lebih banyak.

Dalam konteks EU: Penetapan harga karbon EU ETS (kini €50-70/tan CO2) bermakna pengeluaran keluli BF-BOF bersepadu kini membawa kos karbon terbenam kira-kira €115-165 bagi setiap tan keluli. Ini merupakan kelemahan daya saing yang ketara berbanding pengeluar EAF atau import dari negara tanpa penetapan harga karbon — yang merupakan sebab utama EU CBAM (Carbon Border Adjustment Mechanism) direka.

---

Perbandingan Kos: Kos Modal dan Operasi

Kedua-dua laluan mempunyai struktur kos yang bertentangan.

Kos modal (membina loji):

Laluan	Kos Modal Tipikal	Nota
BF-BOF Bersepadu (binaan baharu, 3-4 Mtpa)	$2-4 bilion	Termasuk blast furnace, ketuhar kok, BOF, kilang guling
EAF mini-mill (binaan baharu, 1-2 Mtpa)	$300-600 juta	Jauh lebih rendah bagi setiap tan kapasiti

Blast furnace memerlukan kompleks bersepadu sepenuhnya: loji kok, loji sinter, blast furnace, kilang jalur panas atau kilang plat, dan semua infrastruktur yang berkaitan. Kos modal bagi setiap tan kapasiti tahunan adalah sekitar $600-$1,000 setiap tan.

EAF mini-mill boleh dibina dengan kos $300-400 bagi setiap tan kapasiti tahunan. Inilah sebabnya teknologi EAF telah membolehkan “mini-mill” — syarikat seperti Nucor, Steel Dynamics, dan Commercial Metals di AS — membina loji keluli serantau pada kos yang jauh lebih rendah daripada kilang keluli bersepadu.

Kos operasi:

Loji BF-BOF mempunyai kos bahan mentah yang tinggi (bijih besi + arang kok) tetapi ekonomi unit yang agak boleh diramal sebaik sahaja relau beroperasi. Arang kok biasanya mewakili 30-40% daripada kos operasi BF-BOF. Blast furnace tidak boleh ditutup dan dimulakan semula dengan murah — ia berjalan secara berterusan.

Loji EAF mempunyai kos bahan mentah yang lebih rendah (skrap lebih murah daripada unit besi dara bagi setiap tan besi yang terkandung) tetapi sangat sensitif terhadap harga elektrik. Elektrik boleh mewakili 25-35% daripada kos operasi EAF. Apabila harga elektrik melonjak — seperti di Eropah pada tahun 2022 — loji EAF sama ada menyerap kos tersebut atau mengurangkan pengeluaran. Beberapa pengeluar keluli EAF Eropah mengurangkan pengeluaran pada tahun 2022 kerana harga elektrik menjadikan pembuatan keluli tidak ekonomi.

EAF juga memberikan fleksibiliti operasi: loji boleh diberhentikan semasa tempoh harga elektrik tinggi dan dimulakan semula. Ini merupakan kelebihan yang bermakna dalam pasaran elektrik dengan volatiliti harga yang tinggi.

---

Apa yang Tidak Boleh Dihasilkan EAF: Had Gred Keluli

Laluan EAF mempunyai had metalurgi asas: pencemaran elemen bendasing daripada skrap.

Skrap keluli bukanlah besi tulen. Ia mengandungi elemen aloi sisa daripada komposisi keluli asal: kuprum, timah, nikel, molibdenum, kromium. Elemen ini bertahan dalam proses peleburan dan tidak boleh disingkirkan melalui pengoksidaan (tidak seperti karbon, silikon, dan sulfur, yang boleh dibakar). Ia terkumpul dalam leburan.

Penyebab utama ialah kuprum. Kuprum dalam keluli melebihi tahap ambang tertentu (biasanya 0.1-0.2%) merendahkan kebolehkerjaan panas — permukaan keluli retak semasa gulingan panas. Ini dipanggil hot shortness. Bagi gred keluli komoditi (rebar, bahagian struktur, rod dawai), toleransi kuprum adalah longgar dan pengeluaran berasaskan skrap EAF berfungsi dengan baik. Bagi produk keluli rata seperti panel badan automotif, keluli elektrik, dan keluli pembungkusan bersalut timah, kuprum mestilah sangat rendah — selalunya di bawah 0.04%.

Tiada kaedah praktikal secara ekonomi untuk menyingkirkan kuprum daripada keluli cecair sebaik sahaja ia berada dalam leburan. Satu-satunya penyelesaian ialah pencairan — menambah unit besi dara (pig iron, DRI, atau HBI) yang bebas kuprum. Loji EAF yang menghasilkan keluli rata berkualiti (seperti kilang kepingan Crawfordsville milik Nucor) melakukan perkara ini, mencampurkan pig iron atau DRI yang dibeli dengan skrap.

Akibat praktikalnya: pasaran keluli automotif, keluli elektrik, dan keluli berguling rata berkualiti tinggi kekal sebahagian besarnya diservis oleh pengeluar BF-BOF bersepadu kerana mereka menggunakan bijih dara tanpa pencemaran elemen bendasing. EAF cemerlang dalam produk panjang (rebar, bahagian, rod dawai) dan produk rata gred rendah.

Had ini akan menjadi semakin penting apabila kadar kitar semula skrap meningkat dan kualiti skrap merosot lebih jauh dengan pengumpulan elemen bendasing.

---

Syer Global: Mengapa Wujud Pembahagian 70/30

Pengeluaran keluli mentah global adalah kira-kira 1,900 juta tan setahun (data 2023). Pembahagiannya:

• BF-BOF: kira-kira 70% (~1,330 juta tan)
• EAF: kira-kira 29% (~550 juta tan)
• Lain-lain (open hearth, induction furnaces): ~1%

Sebab bagi dominasi BF-BOF ialah China. China menghasilkan lebih 50% keluli dunia — kira-kira 1,000 juta tan setahun — dan kira-kira 90% pengeluaran China menggunakan laluan BF-BOF. China telah membina pangkalan besar kilang keluli bersepadu sejak 30 tahun yang lalu, dan bekalan skrap terhad oleh stok industri China yang agak muda (kebanyakan infrastruktur dan bangunan dibina baru-baru ini dan belum mencapai ketersediaan skrap akhir hayat).

Di luar China, syer EAF adalah jauh lebih tinggi:
– Amerika Syarikat: ~70% EAF, 30% BF-BOF. Nucor, Steel Dynamics, dan Commercial Metals adalah pengeluar EAF utama.
– EU: ~40% EAF (berbeza mengikut negara — Itali hampir 70% EAF; Jerman masih berat BF disebabkan permintaan automotif)
– Turki: ~70% EAF (pengimport skrap besar menggunakan aliran skrap Mediterranean)

Apabila pangkalan perindustrian China semakin tua dan ketersediaan skrap meningkat, syer EAF China dijangka meningkat daripada ~10% ke arah 20-25% menjelang 2035, satu peralihan ketara dalam dinamik pasaran global.

---

Green Hydrogen DRI: Laluan Ketiga

Perkembangan paling ketara dalam teknologi pembuatan keluli untuk dekad akan datang ialah penurunan langsung besi berasaskan hidrogen (H2-DRI), digabungkan dengan pembuatan keluli EAF.

Direct Reduced Iron (DRI) ialah besi yang dihasilkan dengan mengurangkan pelet bijih besi dengan gas penurun (secara tradisinya gas asli — kebanyakannya metana) pada suhu di bawah takat lebur (~800-1,100°C). Bijih kekal pepejal tetapi diturunkan secara kimia daripada oksida besi kepada besi metalik. Hasilnya ialah bahan metalik seperti span yang boleh dimasukkan terus ke dalam EAF sebagai pengganti skrap.

Proses DRI konvensional (menggunakan gas asli) menghasilkan kira-kira 1.0-1.4 tan CO2 bagi setiap tan DRI — lebih baik daripada blast furnace tetapi bukan karbon sifar.

Pencapaian besar ialah menggantikan gas asli dengan hidrogen hijau — hidrogen yang dihasilkan melalui elektrolisis air menggunakan elektrik boleh diperbaharui. Apabila hidrogen mengurangkan bijih besi, satu-satunya hasil sampingan ialah air (H₂O), bukan CO2. Digabungkan dengan pembuatan keluli EAF berkuasa boleh diperbaharui, laluan H2-DRI-EAF penuh boleh menghasilkan keluli dengan kurang daripada 0.1 tan CO2 bagi setiap tan — pengurangan ~95% daripada BF-BOF.

Dua projek utama memimpin teknologi ini:

HYBRIT (Hydrogen Breakthrough Ironmaking Technology): Usaha sama antara SSAB (Sweden), LKAB (pengeluar bijih besi terbesar Sweden), dan Vattenfall (syarikat tenaga Sweden). HYBRIT menghasilkan keluli penurunan hidrogen pertama di dunia yang dihantar kepada pelanggan (Volvo AB) pada tahun 2021. Pengeluaran skala komersial disasarkan di loji Luleå milik SSAB menjelang 2026-2030.

H2 Green Steel (kini Stegra): Kemudahan greenfield baharu yang sedang dibina di Boden, Sweden. Menyasarkan 5 juta tan keluli hijau setahun menjelang 2030, dikuasakan oleh tenaga hidroelektrik dan angin Sweden serta menggunakan teknologi H2-DRI-EAF.

Syarikat lain yang mengejar laluan serupa termasuk ArcelorMittal (loji DRI berasaskan MIDREX dengan peralihan hidrogen), thyssenkrupp (projek tkH2Steel di Duisburg), dan Salzgitter (program SALCOS).

Cabaran komersial: hidrogen hijau kini berharga $4-8/kg, berbanding gas asli pada tenaga setara $1-2/kg. Keluli hijau yang dihasilkan melalui H2-DRI membawa premium kos sebanyak $100-300/tan berbanding keluli BF-BOF konvensional. Sama ada premium itu boleh diserahkan kepada pembeli melalui “premium hijau” atau diserap melalui penetapan harga karbon adalah persoalan komersial utama penyahkarbonan industri keluli.

---

Implikasi Terhadap Perdagangan Komoditi

Pembahagian EAF/BF-BOF mempunyai implikasi langsung terhadap aliran perdagangan komoditi yang menyokong setiap laluan.

Permintaan BF-BOF: Bijih besi (dihantar dari Australia, Brazil) dan arang kok (dihantar dari Australia, AS, Kanada, Rusia). Ini adalah dua perdagangan pukal kering marin dengan volum tertinggi di dunia. Peralihan daripada BF-BOF secara langsung mengurangkan permintaan untuk arang kok dan pelet bijih besi premium — tekanan jangka panjang bagi pasaran komoditi tersebut.

Permintaan EAF: Elektrik dan skrap keluli. Perdagangan skrap global adalah ketara — Turki adalah pengimport skrap keluli terbesar dunia, memperoleh bekalan dari AS, EU, dan UK. Peningkatan pengeluaran EAF secara global bermakna permintaan skrap yang meningkat, yang menolak harga skrap lebih tinggi dan menjadikan perolehan skrap lebih kompetitif.

Permintaan H2-DRI: Pelet bijih besi gred tinggi (DRI memerlukan kandungan besi lebih tinggi — 67%+ Fe — berbanding bijih blast furnace BF-BOF standard). Ini mewujudkan pasaran premium untuk pelet bijih besi gred tinggi daripada LKAB (Sweden), CVRD/Vale (Brazil), dan Bahrain Steel. Peralihan H2-DRI adalah kenaikan (bullish) untuk bijih besi gred tinggi dan penurunan (bearish) untuk bijih blast furnace gred sederhana.

---

Soalan Lazim

Mana yang lebih murah untuk dikendalikan, blast furnace atau EAF?

Ia bergantung kepada kos bahan mentah di setiap lokasi. Di tempat yang skrap murah dan elektrik berpatutan, EAF lebih murah untuk dikendalikan. Di tempat yang skrap terhad dan elektrik mahal, BF-BOF mempunyai kelebihan. EAF mini-mill di AS mempunyai kos yang lebih rendah secara konsisten berbanding pengeluar BF-BOF bersepadu AS kerana skrap AS banyak dan agak murah. Pengeluar EAF Eropah tertekan pada tahun 2022 apabila harga elektrik melonjak disebabkan krisis gas.

Bolehkah electric arc furnace menghasilkan keluli automotif?

Sesetengahnya boleh, dengan syarat penting. Keluli berguling rata berkualiti tinggi untuk aplikasi automotif memerlukan tahap kuprum yang sangat rendah (di bawah 0.04%) untuk mengelakkan hot shortness semasa gulingan. Loji EAF yang menghasilkan keluli gred auto mesti mencairkan skrap dengan unit besi dara bebas kuprum — pig iron, DRI, atau HBI. Kilang kepingan Gallatin dan Crawfordsville milik Nucor melakukan ini. Tetapi siling kualiti untuk keluli rata EAF adalah lebih rendah daripada loji BF-BOF bersepadu tanpa penambahan DRI yang ketara.

Apakah keluli hijau dan berapa lebih kosnya?

Keluli hijau ialah keluli yang dihasilkan dengan pelepasan CO2 yang jauh lebih rendah daripada pembuatan keluli konvensional — biasanya ditakrifkan sebagai di bawah 0.5 tan CO2 bagi setiap tan keluli. Laluan utama ialah H2-DRI-EAF menggunakan hidrogen hijau berkuasa boleh diperbaharui. Keluli hijau semasa membawa premium kos $100-300/tan berbanding keluli konvensional, bergantung kepada kos hidrogen hijau. Apabila kos tenaga boleh diperbaharui jatuh, premium ini dijangka mengecil.

Mengapa China mendominasi laluan BF-BOF?

China membina kebanyakan kapasiti kelulinya sejak 30 tahun lalu menggunakan teknologi BF-BOF kerana ia adalah cara termurah untuk meningkatkan pengeluaran dengan cepat, kerana arang kok tersedia, dan kerana skrap terhad dalam ekonomi yang sedang pesat membangun. China menghasilkan lebih 1 bilion tan keluli setahun, ~90% melalui BF-BOF. Apabila pangkalan perindustrian China semakin tua dan ketersediaan skrap meningkat, syer EAF-nya secara beransur-ansur meningkat daripada ~10% semasa.

Apakah HYBRIT dan mengapa ia penting?

HYBRIT ialah usaha sama antara SSAB, LKAB, dan Vattenfall yang bertujuan menghasilkan keluli bebas fosil menggunakan penurunan langsung hidrogen. Pada tahun 2021, ia menghantar keluli bebas fosil pertama dunia — dihasilkan tanpa arang kok atau gas asli — kepada Volvo AB. HYBRIT penting kerana ia menunjukkan bahawa laluan H2-DRI-EAF boleh berfungsi secara komersial. Jika diskalakan, ia boleh menghapuskan kira-kira 2.33 tan CO2 bagi setiap tan keluli di seluruh industri BF-BOF.

---

Rumusan Utama

• Laluan blast furnace-BOF (BF-BOF) menggunakan bijih besi dan arang kok; electric arc furnace (EAF) menggunakan skrap keluli dan elektrik. Ini adalah rantaian bekalan bahan mentah yang berbeza secara asas.
• BF-BOF membebaskan kira-kira 2.33 tan CO2 bagi setiap tan keluli; EAF membebaskan kira-kira 0.77 tan — pengurangan 67%.
• EAF mempunyai kos modal yang jauh lebih rendah berbanding BF-BOF (~$300-400 bagi setiap tan kapasiti berbanding $600-1,000) dan fleksibiliti operasi yang lebih besar, tetapi sensitif terhadap harga elektrik.
• EAF tidak boleh menghasilkan gred keluli rata ketulenan tinggi untuk aplikasi automotif dengan mudah tanpa menambah unit besi dara untuk mencairkan elemen bendasing — terutamanya kuprum — yang terkumpul daripada skrap.
• Pembuatan keluli global adalah kira-kira 70% BF-BOF dan 30% EAF; syer EAF meningkat apabila ketersediaan skrap bertambah dan tekanan penyahkarbonan semakin hebat.
• Harga karbon EU ETS (~€50-70/tan CO2) menambah kos karbon terbenam €115-165/tan kepada keluli BF-BOF, mewujudkan tekanan daya saing yang tidak dihadapi secara sama rata oleh EAF dan import tanpa penetapan harga karbon.
• Green hydrogen DRI (H2-DRI-EAF) adalah laluan pembuatan keluli rendah karbon, mengurangkan CO2 sehingga 95% berbanding BF-BOF; HYBRIT dan Stegra di Sweden adalah projek skala komersial yang utama.
• Peralihan daripada BF-BOF kepada EAF/DRI-EAF adalah bearish jangka panjang untuk arang kok dan bijih besi standard, serta bullish untuk pelet bijih besi gred tinggi dan skrap keluli.

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.