Forno elétrico a arco vs alto-forno: emissões de CO2, custos e o futuro da siderurgia

Definição de forno elétrico a arco vs alto-forno
Um alto-forno (BF) utiliza minério de ferro e carvão coqueificável para produzir ferro fundido, que é posteriormente convertido em aço num conversor a oxigénio (BOF). Um forno elétrico a arco (EAF) utiliza arcos elétricos de alta voltagem para fundir sucata de aço em aço líquido. A rota do alto-forno emite aproximadamente 2,33 toneladas de CO2 por tonelada de aço; a rota do forno elétrico emite aproximadamente 0,77 toneladas. A produção global de aço está dividida em cerca de 70% BF-BOF e 30% EAF, mas esse equilíbrio está a mudar à medida que a pressão pela descarbonização aumenta.

---

Índice

1. A Rota do Alto-Forno: Do Minério de Ferro ao Aço
2. A Rota do Forno Elétrico a Arco: Da Sucata ao Aço
3. Comparação de Emissões de CO2
4. Comparação de Custos: Custos de Capital e Operacionais
5. O que o EAF não consegue produzir: Limitações nos Tipos de Aço
6. Quota Global: Por que existe a divisão 70/30
7. DRI com Hidrogénio Verde: A Terceira Rota
8. Implicações para o Comércio de Commodities
9. Perguntas Frequentes
10. Principais Conclusões

---

A Rota do Alto-Forno: Do Minério de Ferro ao Aço

O alto-forno tem sido a tecnologia siderúrgica dominante há mais de 150 anos. É um processo massivo e contínuo que funciona 24 horas por dia, todos os dias, durante até 20 anos entre grandes remodelações.

Minério de ferro — tipicamente pelotas de minério de ferro ou sinterizado (uma aglomeração cozida de minério fino) com um teor de ferro de 62-65% Fe — é carregado no topo do alto-forno juntamente com coque (um material de carbono poroso produzido pelo aquecimento de carvão coqueificável em fornos sem oxigénio) e calcário (um fundente que remove impurezas).

Ar quente (por vezes enriquecido com oxigénio) é injetado na base através de tubagens chamadas ventaneiras. O coque queima e gera temperaturas superiores a 1.500°C. O monóxido de carbono resultante da queima do coque reduz o óxido de ferro no minério a ferro fundido. O calcário reage com as impurezas (sílica, alumina) para formar a escória — um líquido mais leve que flutua sobre o ferro e é retirado separadamente.

O ferro fundido — chamado gusa ou metal quente — é extraído do fundo do forno para carros-torpedo e transportado para o conversor a oxigénio (BOF). No BOF, oxigénio puro é soprado através do metal quente a alta velocidade. Isto queima rapidamente o excesso de carbono e outras impurezas (em cerca de 20 minutos), convertendo o ferro gusa em aço líquido.

O aço é então moldado em placas, biletes ou blocos para posterior laminação e fabrico.

Um único grande alto-forno pode produzir 10.000-12.000 toneladas de metal quente por dia. As grandes siderurgias integradas (alto-forno + BOF) incluem as unidades da ArcelorMittal na Bélgica e na Alemanha, a fábrica da Tata Steel em Port Talbot (Reino Unido) e as enormes instalações da POSCO e da NSSMC na Coreia do Sul e no Japão.

---

A Rota do Forno Elétrico a Arco: Da Sucata ao Aço

Um forno elétrico a arco (EAF) é fundamentalmente mais simples que um alto-forno. É essencialmente um grande recipiente revestido com tijolos refratários, equipado com três grandes elétrodos de grafite. Quando a eletricidade de alta voltagem passa pelos elétrodos, arcos elétricos são formados entre eles e a carga metálica — as temperaturas perto do arco excedem 3.500°C.

O principal material de carga é a sucata de aço — cortada, triturada e classificada por tipo:

• Sucata pesada (HMS 1&2): Aço estrutural de grandes dimensões, equipamentos industriais demolidos
• Sucata triturada: Carros triturados e eletrodomésticos
• Sucata industrial: Nova sucata de operações de estampagem, sobras de construção
• Ferro de redução direta (DRI) / ferro briquetado a quente (HBI): Usado para diluir elementos residuais (ver secção de limitações abaixo)

A sucata é carregada no forno, os elétrodos são baixados e o arco aquece e funde o material em 40-60 minutos. Injeta-se oxigénio para queimar o carbono e as impurezas. Adiciona-se cal para formar a escória. Ligas (manganês, silício, crómio) são adicionadas para atingir a química desejada do aço.

O resultado é aço líquido vertido para uma panela e processado adicionalmente num forno-panela para ajuste de temperatura e química antes da fundição contínua.

Os EAFs são menores e mais flexíveis que os altos-fornos. Um EAF típico produz 200-400 toneladas de aço por ciclo de fusão, com vários ciclos por dia. As unidades EAF podem ser desligadas durante períodos de preços de eletricidade elevados e reiniciadas — algo impossível com um alto-forno em funcionamento contínuo.

---

Comparação de Emissões de CO2

É aqui que as duas rotas divergem drasticamente.

Rota	Intensidade de CO2	Fontes de Emissões
BF-BOF (integrado)	~2,33 t CO2 por tonelada de aço	Combustão de carvão coqueificável, redução de minério de ferro, uso de energia
EAF (baseado em sucata)	~0,77 t CO2 por tonelada de aço	Geração de eletricidade (rede), consumo de elétrodos, fundentes
DRI-EAF (baseado em gás)	~1,0-1.4 t CO2 por tonelada de aço	Gás natural para redução DRI, eletricidade
H2-DRI-EAF (hidrogénio verde)	<0,1 t CO2 por tonelada de aço	Apenas eletricidade renovável

A rota BF-BOF emite aproximadamente 2,33 toneladas de CO2 por tonelada de aço bruto, de acordo com dados da World Steel Association. A grande maioria destas emissões provém do carvão coqueificável — o carbono é quimicamente necessário no processo do alto-forno tanto como combustível como agente redutor. Não é possível remover o carvão de um alto-forno e continuar a produzir ferro.

A rota EAF emite aproximadamente 0,77 toneladas de CO2 por tonelada de aço, principalmente através da eletricidade usada para alimentar o arco. Este número depende criticamente da intensidade de carbono da rede elétrica. Um EAF a funcionar com 100% de eletricidade renovável emite perto de zero CO2 direto. Um EAF a funcionar com eletricidade de origem térmica (carvão) emite mais.

No contexto da UE: a precificação do carbono no EU ETS (atualmente entre €50-70/tonelada de CO2) significa que a produção siderúrgica integrada BF-BOF acarreta agora um custo de carbono incorporado de aproximadamente €115-165 por tonelada de aço. Esta é uma desvantagem competitiva significativa face aos produtores de EAF ou importações de países sem precificação de carbono — que é precisamente a razão pela qual o CBAM da UE foi desenhado.

---

Comparação de Custos: Custos de Capital e Operacionais

As duas rotas têm estruturas de custos opostas.

Custos de capital (construção da fábrica):

Rota	Custo de Capital Típico	Notas
BF-BOF Integrado (nova construção, 3-4 Mtpa)	$2-4 mil milhões	Inclui alto-forno, coquerias, BOF, laminadores
Mini-siderurgia EAF (nova construção, 1-2 Mtpa)	$300-600 milhões	Muito mais baixo por tonelada de capacidade

Um alto-forno requer um complexo integrado completo: unidade de coque, unidade de sinterização, alto-forno, laminador a quente e toda a infraestrutura associada. O custo de capital por tonelada de capacidade anual varia entre $600-$1.000 por tonelada.

Uma mini-siderurgia EAF pode ser construída por $300-400 por tonelada de capacidade anual. É por isso que a tecnologia EAF permitiu que as “mini-mills” — empresas como a Nucor, Steel Dynamics e Commercial Metals nos EUA — construíssem fábricas regionais a custos muito inferiores às siderurgias integradas.

Custos operacionais:

As fábricas BF-BOF têm custos elevados de matérias-primas (minério de ferro + carvão coqueificável), mas uma economia unitária relativamente previsível uma vez que o forno está em funcionamento. O carvão coqueificável representa tipicamente 30-40% dos custos operacionais de um BF-BOF. O alto-forno não pode ser desligado e reiniciado a baixo custo — funciona continuamente ou não funciona de todo.

As fábricas EAF têm custos de matérias-primas mais baixos (a sucata é mais barata que unidades de ferro virgem por tonelada de ferro contido), mas são altamente sensíveis aos preços da eletricidade. A eletricidade pode representar 25-35% dos custos operacionais do EAF. Quando os preços da eletricidade disparam — como na Europa em 2022 — as fábricas EAF absorvem o custo ou reduzem a produção. Vários produtores europeus de EAF cortaram a produção em 2022 especificamente porque os preços da eletricidade tornaram a produção de aço antieconómica.

O EAF também oferece flexibilidade operacional: as fábricas podem ser paradas durante períodos de preços elevados de eletricidade e reiniciadas. Esta é uma vantagem significativa em mercados de eletricidade com elevada volatilidade de preços.

---

O que o EAF não consegue produzir: Limitações nos Tipos de Aço

A rota EAF tem uma limitação metalúrgica fundamental: contaminação por elementos residuais da sucata.

A sucata de aço não é ferro puro. Contém elementos de liga residuais da composição original do aço: cobre, estanho, níquel, molibdénio, crómio. Estes elementos sobrevivem ao processo de fusão e não podem ser removidos por oxidação (ao contrário do carbono, silício e enxofre, que podem ser queimados). Eles acumulam-se no metal fundido.

O principal culpado é o cobre. O cobre no aço acima de certos limites (tipicamente 0,1-0,2%) degrada a trabalhabilidade a quente — a superfície do aço racha durante a laminação a quente. Isto chama-se fragilidade a quente. Para tipos de aço comuns (varões, perfis estruturais, fio-máquina), as tolerâncias de cobre são largas e a produção baseada em sucata EAF funciona bem. Para aço plano, como painéis de carroçaria automóvel, aço elétrico e aço para embalagens com revestimento de estanho, o cobre deve ser muito baixo — frequentemente abaixo de 0,04%.

Não existe método economicamente prático para remover o cobre do aço líquido uma vez que está na fusão. A única solução é a diluição — adicionar unidades de ferro virgem (ferro gusa, DRI ou HBI) que não contêm cobre. As fábricas EAF que produzem aço plano de qualidade (como a fábrica de chapas de Crawfordsville da Nucor) fazem exatamente isto, misturando ferro gusa ou DRI com sucata.

A consequência prática: os mercados de aço para automóveis, aço elétrico e aço laminado plano de alta qualidade continuam a ser largamente servidos por produtores integrados BF-BOF porque utilizam minério virgem sem contaminação por elementos residuais. O EAF destaca-se nos produtos longos (varões, perfis, fio-máquina) e em produtos planos de menor qualidade.

Esta limitação tornar-se-á cada vez mais importante à medida que as taxas de reciclagem de sucata aumentam e a qualidade da sucata se degrada ainda mais com elementos residuais acumulados.

---

Quota Global: Por que existe a divisão 70/30

A produção global de aço bruto é de aproximadamente 1.900 milhões de toneladas por ano (dados de 2023). A divisão:

• BF-BOF: aproximadamente 70% (~1.330 milhões de toneladas)
• EAF: aproximadamente 29% (~550 milhões de toneladas)
• Outros (fornos de soleira aberta, fornos de indução): ~1%

A razão para o domínio do BF-BOF é a China. A China produz mais de 50% do aço mundial — aproximadamente 1.000 milhões de toneladas por ano — e cerca de 90% da produção chinesa usa a rota BF-BOF. A China construiu uma enorme base de siderurgias integradas nos últimos 30 anos, e o fornecimento de sucata tem sido limitado pelo stock industrial relativamente jovem da China (a maioria das infraestruturas e edifícios foram construídos recentemente e ainda não chegaram à disponibilidade de sucata de fim de vida).

Fora da China, a quota do EAF é muito maior:
– Estados Unidos: ~70% EAF, 30% BF-BOF. Nucor, Steel Dynamics e Commercial Metals são grandes produtores EAF.
– UE: ~40% EAF (varia por país — Itália perto de 70% EAF; Alemanha ainda com forte predominância de BF devido à procura automóvel)
– Turquia: ~70% EAF (grande importador de sucata usando fluxos de sucata do Mediterrâneo)

À medida que a base industrial da China envelhece e a disponibilidade de sucata cresce, espera-se que a quota de EAF da China aumente de ~10% para 20-25% até 2035, uma mudança significativa na dinâmica do mercado global.

---

DRI com Hidrogénio Verde: A Terceira Rota

O desenvolvimento mais significativo na tecnologia siderúrgica para a próxima década é a redução direta de ferro baseada em hidrogénio (H2-DRI), combinada com a siderurgia EAF.

Ferro de Redução Direta (DRI) é ferro produzido através da redução de pelotas de minério de ferro com um gás redutor (tradicionalmente gás natural — maioritariamente metano) a temperaturas abaixo do ponto de fusão (~800-1.100°C). O minério permanece sólido, mas é quimicamente reduzido de óxido de ferro a ferro metálico. O resultado é um material metálico esponjoso que pode ser alimentado diretamente num EAF como substituto da sucata.

O processo DRI convencional (usando gás natural) produz aproximadamente 1,0-1,4 toneladas de CO2 por tonelada de DRI — melhor que o alto-forno, mas não é carbono zero.

O avanço consiste em substituir o gás natural por hidrogénio verde — hidrogénio produzido por eletrólise da água usando eletricidade renovável. Quando o hidrogénio reduz o minério de ferro, o único subproduto é a água (H₂O), não CO2. Combinado com a siderurgia EAF alimentada por energias renováveis, a rota completa H2-DRI-EAF pode produzir aço com menos de 0,1 toneladas de CO2 por tonelada — uma redução de ~95% em relação ao BF-BOF.

Dois grandes projetos lideram esta tecnologia:

HYBRIT (Hydrogen Breakthrough Ironmaking Technology): Uma joint venture entre a SSAB (Suécia), a LKAB (maior produtor de minério de ferro da Suécia) e a Vattenfall (empresa de energia sueca). A HYBRIT produziu o primeiro aço reduzido a hidrogénio do mundo, entregue a um cliente (Volvo AB) em 2021. A produção à escala comercial está prevista para a fábrica da SSAB em Luleå entre 2026-2030.

H2 Green Steel (agora Stegra): Uma nova fábrica em construção em Boden, Suécia. Com o objetivo de produzir 5 milhões de toneladas de aço verde por ano até 2030, alimentada por energia hídrica e eólica sueca e utilizando tecnologia H2-DRI-EAF.

Outras empresas que seguem rotas semelhantes incluem a ArcelorMittal (fábricas de DRI baseadas em MIDREX com transição para hidrogénio), a thyssenkrupp (projeto tkH2Steel em Duisburg) e a Salzgitter (programa SALCOS).

O desafio comercial: o hidrogénio verde custa atualmente $4-8/kg, face ao gás natural a um equivalente energético de $1-2/kg. O aço verde produzido via H2-DRI acarreta um custo adicional de $100-300/tonelada em comparação com o aço BF-BOF convencional. A questão central da descarbonização da indústria siderúrgica é se esse prémio pode ser transferido para os compradores através de “prémios verdes” ou absorvido através da precificação de carbono.

---

Implicações para o Comércio de Commodities

A divisão EAF/BF-BOF tem implicações diretas nos fluxos de comércio de commodities que suportam cada rota.

Procura de BF-BOF: Minério de ferro (enviado da Austrália, Brasil) e carvão coqueificável (enviado da Austrália, EUA, Canadá, Rússia). Estes são dois dos comércios de carga seca a granel de maior volume no mundo. Uma mudança de rota fora do BF-BOF reduz diretamente a procura de carvão coqueificável e pelotas de minério de ferro de qualidade superior — um entrave a longo prazo para esses mercados de commodities.

Procura de EAF: Eletricidade e sucata de aço. O comércio global de sucata é significativo — a Turquia é o maior importador mundial de sucata de aço, proveniente dos EUA, UE e Reino Unido. O aumento da produção de EAF a nível global significa uma procura crescente de sucata, o que impulsiona os preços da sucata para cima e torna a aquisição de sucata mais competitiva.

Procura de H2-DRI: Pelotas de minério de ferro de alto teor (o DRI requer um teor de ferro mais elevado — 67%+ Fe — do que o minério padrão para altos-fornos). Isto cria um mercado premium para pelotas de minério de ferro de alto teor da LKAB (Suécia), CVRD/Vale (Brasil) e Bahrain Steel. A transição para H2-DRI é favorável para minério de ferro de alto teor e desfavorável para minério de ferro de alto-forno de teor médio.

---

Perguntas Frequentes

Qual é mais barato de operar, um alto-forno ou um EAF?

Depende do custo das matérias-primas em cada local. Onde a sucata é barata e a eletricidade acessível, o EAF é mais barato de operar. Onde a sucata é escassa e a eletricidade cara, o BF-BOF tem a vantagem. As mini-siderurgias EAF nos EUA têm custos consistentemente mais baixos do que os produtores integrados de BF-BOF, porque a sucata dos EUA é abundante e relativamente barata. Os produtores europeus de EAF foram pressionados em 2022 quando os preços da eletricidade dispararam devido à crise do gás.

Um forno elétrico a arco consegue fazer aço para automóveis?

Alguns conseguem, com ressalvas importantes. O aço plano de alta qualidade para aplicações automóveis exige níveis muito baixos de cobre (abaixo de 0,04%) para evitar a fragilidade a quente durante a laminação. As fábricas EAF que produzem aço de grau automóvel devem diluir a sucata com unidades de ferro virgem sem cobre — ferro gusa, DRI ou HBI. As fábricas de chapas da Nucor em Gallatin e Crawfordsville fazem exatamente isto. Mas o teto de qualidade para o aço plano EAF é inferior ao das fábricas integradas BF-BOF sem uma adição significativa de DRI.

O que é aço verde e quanto custa mais?

Aço verde é o aço produzido com emissões de CO2 significativamente inferiores à produção siderúrgica convencional — tipicamente definido como abaixo de 0,5 toneladas de CO2 por tonelada de aço. A via principal é o H2-DRI-EAF usando hidrogénio verde alimentado por energia renovável. O aço verde atual acarreta um custo adicional de $100-300/tonelada comparado ao aço convencional, dependendo do custo do hidrogénio verde. À medida que os custos da energia renovável caem, espera-se que este prémio diminua.

Por que a China domina a rota BF-BOF?

A China construiu a maior parte da sua capacidade siderúrgica nos últimos 30 anos usando a tecnologia BF-BOF porque era a forma mais barata de escalar rapidamente a produção, porque o carvão coqueificável estava disponível e porque a sucata era escassa numa economia em rápida industrialização. A China produz mais de 1 mil milhões de toneladas de aço por ano, ~90% via BF-BOF. À medida que a base industrial da China envelhece e a disponibilidade de sucata aumenta, a sua quota de EAF está a subir gradualmente dos atuais ~10%.

O que é o HYBRIT e por que é importante?

O HYBRIT é uma joint venture entre a SSAB, LKAB e Vattenfall destinada a produzir aço livre de combustíveis fósseis usando redução direta de hidrogénio. Em 2021, entregou o primeiro aço livre de combustíveis fósseis do mundo — produzido sem carvão coqueificável ou gás natural — à Volvo AB. O HYBRIT é importante porque demonstra que a rota H2-DRI-EAF pode funcionar comercialmente. Se escalado, poderia eliminar aproximadamente 2,33 toneladas de CO2 por tonelada de aço em toda a indústria BF-BOF.

---

Principais Conclusões

• A rota alto-forno-BOF (BF-BOF) usa minério de ferro e carvão coqueificável; o forno elétrico a arco (EAF) usa sucata de aço e eletricidade. Estas são cadeias de fornecimento de matérias-primas fundamentalmente diferentes.
• O BF-BOF emite aproximadamente 2,33 toneladas de CO2 por tonelada de aço; o EAF emite aproximadamente 0,77 toneladas — uma redução de 67%.
• O EAF tem custos de capital muito mais baixos que o BF-BOF (~$300-400 por tonelada de capacidade contra $600-1.000) e maior flexibilidade operacional, mas é sensível aos preços da eletricidade.
• O EAF não consegue produzir facilmente tipos de aço plano de alta pureza para aplicações automóveis sem adicionar unidades de ferro virgem para diluir elementos residuais — particularmente o cobre — que se acumulam da sucata.
• A produção global de aço é de aproximadamente 70% BF-BOF e 30% EAF; a quota do EAF está a subir à medida que a disponibilidade de sucata cresce e a pressão pela descarbonização se intensifica.
• O preço do carbono do EU ETS (~€50-70/tonelada de CO2) adiciona €115-165/tonelada de carbono incorporado ao aço BF-BOF, criando uma pressão competitiva que o EAF e as importações sem precificação de carbono não enfrentam da mesma forma.
• O DRI com hidrogénio verde (H2-DRI-EAF) é a rota siderúrgica com menor teor de carbono, reduzindo o CO2 em até 95% em relação ao BF-BOF; o HYBRIT e a Stegra, na Suécia, são os projetos principais à escala comercial.
• A mudança do BF-BOF para o EAF/DRI-EAF é desfavorável a longo prazo para o carvão coqueificável e minério de ferro padrão, e favorável para pelotas de minério de ferro de alto teor e sucata de aço.

Leitura Relacionada

Para aprofundar os temas abordados neste artigo, explore estes guias relacionados: the full ferrous chain from iron ore to finished steel, the scrap grades and pricing mechanisms that feed electric furnaces y how carbon pricing policies affect the cost gap between the two routes.