Tecnologia e Inovação na Siderurgia

1. Tecnologia e Inovação na Siderurgia José Carlos D’Abreu – PUC-Rio / ABM Rio de Janeiro Julho, 2009

2. Considerações gerais • n CONCEITOS • Capacitação técnico-científica • Conhecimentos científicos como fonte de criação de novas tecnologias (multidisciplinar) • Autonomia tecnológica • Capacidade de selecionar, entre as opções disponíveis, a tecnologia mais adequada, promovendo sua efetiva absorção, modificacao e/ou geracao. • Inovação tecnológica (endógena / exógena) • Concepção sustentável de um novo produto ou processo, bem como a agregação de novas funcionalidades ou características ao produto ou processo já existentes, que implique em efetivos ganhos de qualidade e produtividade, resultando numa maior competitividade do setor • -. Tipos: INCREMENTAIS / RADICAIS • Modelos:a)FECHADOS (Pontuais / Abrangentes / Novos negócios) • b) ABERTOS( Parcerias : 1) setores fronteiras; 2) pré-competitivos

3. FORÇAS MOTRIZES DO DESENVOLVIMENTO TECNOLÓGICO • Custos de capital (alto “CAPEX”) • Demandas do mercado (exigências crescentes de qualidade e desempenho do aço) • Custos operacionais (diminuicao de “OPEX”) • Restrições ambientais (exigências crescentes; Eficiencia de emissao ) • Carência de matérias primas (diferenças regionais) • Disponibilidade de fontes energéticas ( Eficiência energética ) • Vocações nacionais / Política governamental

4. O processo de inovação na Siderurgia • Interações SETORES: Automotivo Embalagens Fundição Transporte Bens de Capital Utilidades Petróleo Construção Civil SETORES: Mineração de Ferro Carvão e Coque Fabricantes de equipamentos Meio-ambiente Cadeia Siderúrgica INSUMOS Siderurgicos PROCESSOS Extrativo/Refino/Transformação PRODUTOS • Brasil (período 1970 – 1984): • Estrutura para Absorção, Adaptação e Geração de tecnologia ... • Pilares: EPs, Universidades / ICTs, EECs • Suporte financeiro (programas oficiais): • nI PBCT (1973–75): Reforço da infra-estrutura Institucional; • n II  PBCT (1975–79): Fortalecimento da capacitação tecnológica nacional; • nIII  PBCT (1980–85): Promoção da autonomia tecnológica setorial do país.

5. O processo de inovação na Siderurgia • Últimos cinqüenta anos (exemplos) ... • n Conversores LD / BOF; • n Lingotamento contínuo; • n Congelamento / dissecação de Altos-fornos; • n Processo direto de fabricação de aço e seus produtos; • n Controle da emissão de dioxinas e furanos; • n Emissão de CO2 : minimização e eliminação; • n Aços ARBL, bifásicos e etc (“Cleansteels”); • n Projeto ULSAB (“Ultra-light steelauto-body”). n Estrutura: Fundos setoriais e Leis de inovação e do Bem; n Ausência de estrutura de P&D nos novos empreendimentos; n Recursos previstos: US$ 68,2 milhões; n Indicador IDTbi... de 2007: 0,43% do período: 0,40% . n Indicador IDTbr... de 1992: 0,200% de 2007: 0,035% (baixa acentuada). valor típico (Fruhan): 0,500% • Brasil (período 2007 – 2012):

6. Questões a considerar • Indicadores complementares (Usinas Integradas): - IDTbf (US$ P&D / t aco): Brasil : 0,33 (média usinas - IBS) Japão: 11,82 (média três usinas) - IDTbp (Mt aco / patentes ): Brasil (média usinas - IBS) 1988 - 99: 0,38 2000 - 06: 1,40 Brasil (mínimo - máximo) 1988 - 99: 0,28 (empresa A) 2000 - 06: 5,18 (empresa B) Valor típico:0,30

7. Questões a considerar • Outras: • Proposta - montagem de uma estrutura para P,D,E & I. • n Necessidade de redução de custos das atividades de inovação tecnológica • (crédito, subsídio, incentivo fiscal); • nImplementação de mecanismos de redução de riscos tecnológicos (estímulo à aplicação de capital em projetos inovadores); • n Proteção à geração de tecnologia nacional e/ou implementação de medidas que assegurem a efetiva absorção de tecnologias importadas; • n Reativação dos programas de prospecção e pesquisa do carvão mineral brasileiro. • nCriação de programas de estímulo a atualização tecnológica, em paralelo aos esforços das atividades de inovações endógenas (aumento do número de patentes); • nEmprego de mecanismos financeiros ágeis para o fomento de projetos previamente legitimados pelos setores de P,D.E & I (ex.:ESSIDER / ABM); • n Monitoração permanente dos desenvolvimentos tecnológicos globais e dos indicadores da siderurgia nacional versus a internacional (formalização da vigilância tecnológica no setor : ABM); • n Projetos de inovação tecnológica radical (eliminação de etapas operacionais da cadeia siderúrgica que envolvam atividades intensivas em energia, em impacto ambiental e em custos );

8. Questões a considerar • Outras (Cont.): • n Revitalização das Empresas de Engenharia e Consultoria - EEC; • n Redefinição do modelo atual de implantação de novas usinas e de expansões de capacidade instalada, que não contemplem ações de adaptação e absorção de tecnologia; • n Reativação de Centros de Pesquisas Tecnológicas, regionalmente vocacionados (experiências similares: Japão, Coréia, Índia, Israel, etc.); • n Promoção dos segmentos de metrologia industrial, certificação, normalização, propriedade intelectual e industrial, etc.; • n Revitalização dos centros de formação de técnicos / tecnólogos para a siderurgia; • n Incentivos à criação de Entidades / Associações voltadas para a atividade de aproximação dos segmentos que atuam em inovação tecnológica (Universidades / Centros de Pesquisa / Empresas de Engenharia, Consultoria e de Produção) – ex.: Fundo ABM de P&D • (experiências similares: Austrália - CSIRO, Bélgica - CRM, etc.); • n Minimização da vulnerabilidade da siderurgia brasileira ao coque siderúrgico; • n Apoiar as iniciativas e estudos voltados para o uso de biomassas na siderurgia, considerando as atividades de manejo florestal e processos de carbonização inovadores;

9. Inovações Siderúrgicas: tendências. • Aspectos estratégicos / tendências tecnológicas inovadoras / Projeto ESSIDER: • Complexidade da cadeia siderúrgica: • - Automação (garantia do fluxo contínuo de produção) • - RH / Conhecimentos tecnológicos (garantia da sustentabilidade do negócio siderúrgico) • Matérias Primas: • - Minério de ferro: qualidade; • - Carvão mineral: carvão nacional e novas tecnologias de coqueificação; • - Carvão de biomassas: reflorestamento / tecnologia de carbonização. • Alto Forno: • - Reator: eficiente / flexível / estável; • - Inovações: PCI e co-injeções (otimização) / melhorias do revestimento • (refratários; painéis refrigerados); • - Aumento de produtividade: cargas metálicas / alto PCI com sopro enriquecido; • - Reciclagem de gás de topo: injeção no AF; • - Redução do consumo de energia e de emissão de CO2 : SCBF e CCS. • Redução Direta- RD: • - Aumento de produção de DRI / HBI : “virginiron”; • - Processos cativos do desenvolvimento do FEA (aços de qualidade); • - Inovações tecnológicas: alternativas ao uso do GN; sem reator de reforma; • redução direta pelo hidrogênio / CCS ( SCR );

10. Aspectos estratégicos / tendências tecnológicas inovadoras / Proj ESSIDER (Cont.): • Aciarias • a) LD/ BOF: • - Sopro combinado; • - Agitação pelo fundo; • - Pós-combustão; • - Projetos de lança; • - Controle dinâmico e monitoração da escória; • - Melhoria dos refratários / “slagsplashing”; • - Aumento no uso de sucata: “forno de energia otimizada - EOF” • (pós-combustão + pré-aquecimento de sucata); • - Tratamento / reciclagem das lamas finas da aciaria. • b) FEA: • - FEA de ultra alta potência associado ao lingotamento contínuo (blooms & billets); • - NUCOR: conceito de mini-mills; • - Aumento da produtividade e da eficiência energética: redução do “tap-to-tap” / aumento da taxa de energia; • - Espumação da escória; • - Energia química suplementar: queimadores “oxy-fuel” / PCI / Injeção de O2 (pós-combustão); • - Controle da escória (quantidade e composição ); • - Pré-aquecimento da sucata (Consteel, NipponSteel, etc); • - Elementos residuais nas sucatas: processos de remoção / redução dos efeitos no aço (nucleação dirigida / processos “near net shape”).

11. Aspectos Estrategicos / Tendencias tecnológicas inovadoras / Proj ESSIDER (cont ): • c) Produção Direta De Aço: • - Produção de Aço ou Ferro de baixo carbono direta e continuamente: reator único; • - Processo AISI: “bath smelter to steel”; • - Processo IRSID: emulsão escória-metal; • - Processo IFCON: “slag-metalbath” em forno de indução. • Lingotamento Continuo • - Amplo uso atual; • - Emblemático exemplo de interação Universidade - Empresa. • - Tecnologias “near-netshape”: alta taxa de transferência de calor; • - Processo BHP (Nucor “jointventure”: escala de demonstração); • - Processo ClausthalTecnicalUniv (escala piloto); • -Tecnologia para aços “limpos”: inovação de filtro químico / mecânico (Univ. Alabama). • Laminação • - Velocidades e precisões mais altas • - Automação: dispositivos microeletrônicos • - Laminados à quente de menor espessura: LTQ(s)

12. n A Siderurgia é um setor tradicionalmente INTENSIVO EM ENERGIA e de ALTO IMPACTO AMBIENTAL (resíduos sólidos, emissões, efluentes, ...) n SETOR INDUSTRIAL (países desenvolvidos) : n consomem 50% energia primária n responsáveis por 53% emissões de CO2 n Sub-setores intensivos em energia: - Alumínio - Siderurgia (incluindo ferro-ligas) - Produtos químicos - Refino de petróleo - Papel e celulose - Cimento n Dos países em desenvolvimento (Brasil, Índia, China e México) o Brasil ocupa a melhor posição com respeito as metas de melhoria em eficiência energética e emissão de CO2, via a adoção das melhores práticas tecnológicas vigentes. n ENERGIA E EMISSÃO DE CO2

13. Fluxograma da cadeia produtiva (GJ/t aço). (a) Integrada 18,6 0,7 0,16 (92%) 5,4 1,8 NNSC: 0,6 (25%) n ENERGIA E EMISSÃO DE CO2 Laminação a quente Laminação a frio Preparação de Matéria Prima Lingotamento contínuo Redução Refino

14. Tecnologias atuais e emergentes

15. Curva de Maturidade (tecnologias de redução) Alto Forno Antes “China” GUSA / NUGGETS Alto Forno Moderno Carvão Coque Descontinuado Mini AF Primus Oxycup HIsmelt Finex SL/RN TECNORED Midrex HyL ITmk3 DRI / HBI / Fe3C Corex Hi-QIP Romelt Ausmelt AISI DIOS CCF Carvão Gás Natural MOE (eletrólise) Matmor Isarna Finmet Descontinuado Iron Carbide Purofer Circored Finesmelt Inativo RHF (Fastmet Redsmelt Inmetco IDI, etc.) Sidcomet Danarex PSH Estágio Conceptual / Bancada Estágio Protótipo / Piloto Estágio Consolidação Técnica / Comercial Estágio Maturidade Declínio / Desenvolvimento de Soluções alternativas Tecno-Logos, adaptado de ACARP

16. Fluxograma da cadeia (GJ/t aço). (a) Semi-integrada 5,5 0,16 (92%) 5,4 1,8 NNSC: 0,6 (52,7%) n ENERGIA E EMISSÃO DE CO2 Laminação a quente Laminação a frio Preparação de Matéria Prima Lingotamento contínuo Refino

17. INDICADORES de EFICIENCIA (referência à benchmarks). (1) ENERGIA n Relação Integrada / Semi-integrada (“share”- %) - Brasil: 80 / 20 - China: 75 / 20 (5) - Índia: 75 / 20 (10) n “Índice de Eficiência Energética”- IEE IEE = (Consumo real)  (Consumo de referência) - Brasil: 1,13 - China: 1,73 - Índia: 1,56 n Potencial de economia energética - Brasil: 2,4 GJ / t aço ==== 80 milhoes de GJ/ano - China: 14,8 GJ / t aço - Brasil: 11,5 GJ / t aço n ENERGIA E EMISSÃO DE CO2

18. INDICADORES de EFICIENCIA ( cont ). (2) EMISSÃO DE CO2 ”Indice de Eficiencia de Emissao de CO2 – IEEC” IEEC = (Emissão real)  (Emissão de referência) - Brasil: 1,32 - China: 2,00 - Índia: 1,85 n Potencial de redução da emissão de CO2 - Brasil: 0,33 t CO2 / t aço 11 Mt CO2 / ano - China: 1,76 t CO2 / t aço - Brasil: 1,65 t CO2 / t aço n ENERGIA E EMISSÃO DE CO2

19. (1)Comunidade Européia (CE). - Projeto ULCOS – “Ultra Low CO2 Steelmaking” - Redução de 50% na emissão de CO2 - 15 países - 48 Entidades (Empresas, Institutos de Pesquisa, Universidades, Associações técnicas, Comitê de Pesquisa do Carvão da CE) - Comitê executivo: 8 membros + CCE - Fundos 60 M Euros (56% parceiros , 44% CCE) - Etapas. • PROJETOS NACIONAIS ( ENERGIA & CO2 ) • (inovações de natureza radical) 2024 - 2029 Implementação Demonstração Piloto 2010 2015 2005 Pesquisa 2004

20. (1)Comunidade Européia (CE). - Projeto ULCOS – “Ultra Low CO2 Steelmaking” - Projetos básicos -Reciclagem de gas de topo em AFs e “CCS technology” - Redução direta avançada com ”CCS” - Tecnologia ISARNA  HISARNA com “CCS” - Eletrólise (“Carbon free technology”) - Projeto transversal - Biomassas ( CIRAD ) • PROJETOS NACIONAIS • (inovações de natureza radical)

21. (2) Japão. - Projeto “Redução de 50% de Energia – 50% de CO2” (2000) - 16 participantes (5 Empresas e 11 Universidades e Institutos de Pesquisa) - Meta: “Low Temperature Compact Blast Furnace” - LTCBF (3) Austrália. - Produção sustentável de carvão vegetal. - Condução: CSIRO Minerals (Commonwealth Scientific and Industrial Research Organization) - Meta: 10 M t / ano (4) Brasil (?). - Biomassas - Auto-redução - Projeto “Vigilancia Tecnológica” - etc n PROJETOS NACIONAIS

22. A siderurgia brasileira é considerada competitiva, eficiente e financeiramente atrativa, quando comparada a outros países, com uma produção de aço proveniente, em média, 80% de usinas integradas e 20% de não-integradas, com uma capacidade instalada capaz de direcionar 25 ‑ 30% de sua produção para o mercado externo. Não se observa, nos atuais projetos de aumento de capacidade instalada, a explicitacao de infra-estruturas e estratégias especificamente voltadas para a geração e/ou absorção das tecnologias transferidas. Os programas oficiais vigentes de fomento à inovação tecnológica deixaram de explicitar a siderurgia, no seu ambito fundamental, como um setor estratégico e vocacionado do país, não havendo, p.ex, um Fundo Setorial especifico. Assim, as empresas siderúrgicas passaram a ser elegíveis somente nas áreas de energia, software e meio-ambiente, principalmente. n CONCLUSÕES

23. A contrapartida em P&D anunciada pelas empresas, para o período 2007 ‑ 2012, continuou a totalizar um valor considerado baixo, em média de 11,5 milhões de dólares/ano, quando comparado a investimentos de PDE&I nas empresas estrangeiras. As tendências tecnológicas mundiais dos vários setores que compõe a cadeia produtiva da siderurgia estão, pelo momento, bem estabelecidas, com algumas propostas inovadoras de natureza radical. Isso justifica plenamente um programa de vigilância tecnológica contínua pelo setor nacional, tendo em vista constituírem ameaças às tecnologias vigentes. n CONCLUSÕES

24. Ficou nítida a diminuicao das atividades de PDE&I a partir de 1985, quando se utilizam os indicadores IDTbr, IDTbf e IDTbp. Em relação a eles: IDTbr : valor típico 0,5% (usinas integradas) Brasil: 0,29% (1992); 0,035% (2007) Exterior: Japão 1,8%; Coréia do Sul 1,2%; Alemanha 1,0% IDTbf : Brasil: 0,33 U$/t (2007) Exterior: 9,51 U$ / t (NSC);14,47 U$ / t (Kawasaki); 11,48 U$ / t (Kobe) IDTbp : valor típico: 0,3 M t aço / patentes Brasil: 0,38 Mt / país (1988-1999); 1,40 Mt / país (2000-2006) Valores extremos: Usina A : 0,28 Mt / patentes (1988-1999) Usina B : 5,18 Mt / patentes (2000-2006) O índice de percentagem dos recursos aplicados em PDE&I, relativamente ao investimento total, se situou no Brasil conforme abaixo: 0,35% (1994-2006) 0,45% (2007) Para os próximos 6 anos (2007-2012), está prevista a aplicação de cerca de 0,40% do total dos investimentos programados, o que equivale a um total de 78 milhões de dólares a serem aplicados nesta área. n CONCLUSÕES

25. Ficou igualmente nítido que, devido às fusões e às novas composições acionárias, estas contemplando “players” multinacionais, importantes empresas nacionais diminuíram seus estímulos à geração de inovações no país, se limitando a atividades de PDE&I voltadas para melhorias incrementais de processos e produtos. De uma maneira geral, alianças / parcerias estratégicas do setor siderúrgico com empresas fornecedoras de insumos (mineradoras) e de equipamentos (bens de capital) são ações imprescindíveis à geração de inovações na área de processos. Por outro lado, programas cooperativos com clientes (setores automotivo, de embalagens, etc.) constituem fatores centrais para o sucesso das atividades de inovação na área de produtos. n CONCLUSÕES

26. Faltam, ao setor siderúrgico brasileiro e à área governamental, ações coordenadas no sentido de estimular e concretizar projetos nacionais, multi-institucionais, envolvendo não só as empresas siderúrgicas e a academia, mas também as empresas pertencentes aos três setores fronteiras da siderurgia, nos mesmos moldes do que vem ocorrendo na CE (projeto ULCOS) e na Ásia (Japão, Coréia, Índia e China). No momento, mais importante que a definição de um portfólio de projetos para a siderurgia brasileira, seria a criação de uma estrutura capacitada a viabilizar de forma efetiva as atividades de transferência, absorção, adaptação e geração de tecnologias, em bases semelhantes, porém aperfeiçoadas, ao que já foi estruturado com sucesso no passado. Em tempos de crise: - Priorizacao de projetos de curto prazo; - Parcerias ( reducao de riscos / aceleracao do retorno ); - Abertura, na empresa, às sugestoes de novas idéias; - Criacao de novos negócios. n CONCLUSÕES