Industri baja ini berkontribusi menyumbang CO2 sebanyak 8% secara global, setiap ton produksi baja menghasilkan emisi CO2 rata-rata sebanyak 1,85 ton dan dibanding pertambangan bijih besinya, produksi besi dan baja berkontribusi jauh lebih besar pada emisi CO2. Upaya dekarbonisasi industri baja dimulai dengan penggunaan energi terbarukan untuk peleburan / smelter-nya. Bahan bakar berbasis biomasa berupa arang yang memiliki nilai karbon tinggi bisa menggantikan penggunaan kokas yang berasal dari batubara. Dan penggunaan hidrogen dari sumber energi terbarukan menjadi target puncak dekarbonisasi pada industri baja tersebut.
Saat ini industri baja sebagian besar menggunakan batubara sebagai sumber energi atau reduktornya. Batubara tersebut diolah menjadi kokas dan digunakan pada tungku peleburan atau blast furnace. Diperkirakan sekitar 70% produksi baja dunia menggunakan blast furnace atau proses BF-BO, bahkan di China lebih dari 90% produksi baja menggunakan proses BF-BOF tersebut. Untuk mengurangi intensitas karbon maka digunakan bahan bakar gas atau gas alam sebagai bahan bakarnya. Penggunaan bahan bakar gas (BBG) berupa gas alam tersebut juga sebagai media transisi dan pada dasarnya karena berasal dari bahan bakar fossil maka juga merupakan bahan bakar karbon positif.
Hampir semua emisi CO2 pada sektor produksi baja berasal dari blast furnace (BF) untuk pemunrnian bijih besi (iron ore) menjadi crude iron atau pig iron. Tantangannya sangat besar yakni ada sekitar 1.850 pabrik baja di dunia dengan sekitar 1.000 pabrik tersebut menggunakan blast furnace, dengan produksi pig iron mencapai sekitar 1,5 milyar ton per tahun.
Penggunaan arang pada blast furnace selain menurunkan emisi karbondioksida (CO2), juga emisi sulfurdioksida (SO2) karena kandungan sulfur dari arang sangat rendah (sekitar 100 kali lebih rendah) dibandingkan kokas (coke). Begitu juga penggunaan batu kapur (limestone) akan berkurang sehingga produksi slag otomatis juga berkurang. Demikian juga membuat operasi blast furnace bersifat asam.
Penggunaan bahan bakar karbon berbasis biomasa (biocarbon) berupa arang memiliki efek lebih baik bagi iklim karena merupakan bahan bakar karbon netral. Selain itu secara teknis karena merupakan bahan bakar padat sama seperti kokas yang berasal dari batubara maka praktis tidak banyak bahkan tidak perlu perubahan atau modifikasi pada tungku peleburannya. Tetapi faktor ketersediaan arang berkualitas tinggi, volume besar dan suplai yang kontinyu masih menjadi kendala utamanya.
Hal ini sehingga penggunaan arang atau charcoal untuk menggantikan kokas dari batubara di blast furnace menjadi penting. Arang yang berasal dari biomasa adalah material terbarukan yang berkelanjutan sebagai reduktor atau bahan bakar di blast furnace sehingga dari reaksi kimia akan memisahkan atom oksigen dari atom besi dan ini akan mengemisikan CO2. Hal ini akan mengubah bijih besi (iron ore) (Fe2O3) menjadi crude (pig) iron.
Tetapi bedanya karena sumber karbon sebagai reduktor atau bahan bakar. blast furnace berasal dari sumber terbarukan dan berkelanjutan maka hal tersebut menjadi proses yang carbon neutral. Sedangkan apabila menggunakan kokas dari batubara karena berasal dari sumber fossil maka hal tersebut menjadi proses carbon positive. Demikian juga apabila menggunakan gas alam sebagai sumber karbon untuk reduktor atau bahan bakar di blast furnace tersebut, walaupun dikatakan less carbon intensity.
Penggunaan arang atau material biocarbon untuk metalurgi atau pembuatan baja sebenarnya sudah pernah menjadi hal biasa pada beberapa waktu lalu. Pada era awal tahun 1900an produksi arang dunia mengalami masa kejayaannya dengan produksi lebih dari 500 ribu ton. Pada tahun 1940an produksi arang mengalami penurunan menjadi hampir ½ dari era awal 1900an yang diakibatkan material karbon lainnya yakni penggunaan kokas yang berasal dari batubara yang menggantikan arang atau material biocarbon pada pembuatan baja dan logam-logam lainnya.
Arang adalah bahan bakar dan reduktor yang berasal dari biomasa yang sangat potensial digunakan pada fase transisi tersebut. Cangkang sawit atau palm kernel shell (PKS) adalah bahan baku biomasa potensial untuk produksi arang tersebut. Kuantitas cangkang sawit juga mencapai jutaan ton sehingga pasokannya bisa diandalkan. Arang sebagai produk karbonisasi atau pirolisis biomasa memiliki nilai kalori tinggi, fixed carbon tinggi dan stabil. Tetapi selain itu ada faktor lain yakni ash chemistry yang mempengaruhi kualitas baja yang dihasilkan. Hal ini sedikit mirip dengan ash chemistry pada wood pellet dari kebun energi kaliandra ataupun gliricidia.
Pada penggunaan untuk reduktor di blast furnace arang tersebut harus memiliki kandungan phospor rendah, sedangkan pada wood pellet dari kebun energi kaliandra ataupun gliricidia harus memiliki kandungan kalium/potassium yang rendah, demikian juga natrium/sodium dan klorin-nya. Pada wood pellet tersebut kandungan kalium/potasium, natrium/sodium dan klorin mempengaruhi kualitas wood pellet dan juga penggunaannya untuk pembangkit listrik. Pembangkit listrik berteknologi pulverized combustion yang banyak digunakan di dunia akan menolak apabila menggunakan wood pellet dengan kualitas tersebut. Demikian juga pada blast furnace juga akan menolak arang yang memiliki kandungan phospor tinggi.
Untuk mendapatkan kualitas dengan kandungan phospor rendah tersebut maka cangkang sawit atau PKS harus dicuci dulu. Setelah pencucian kandungan phospor akan turun selanjutnya dikeringkan dan dipirolisis atau karbonisasi untuk menjadi arang cangkang sawit (PKSC = palm kernel shell charcoal). Demikian juga untuk wood pellet tersebut. Hanya bedanya pada produksi wood pellet tidak ada pirolisis atau karbonisasi tetapi setelah kekeringan dan ukuran partikel sesuai lalu pemadatan (biomass densification) dalam pelletiser.
Untuk produksi baja per ton dibutuhkan energi rata-rata 6.000 MJ (setara 50 kg hidrogen) atau setara 200 kg arang dan memerlukan bahan baku biomasa kayu sekitar 600-800 kg. Dengan nilai kalor yang hampir sama dengan biomasa kayu-kayuan maka hal tersebut juga setara dengan penggunaan PKS, yang merupakan limbah perkebunan atau agro industri.
Sementara permintaan untuk low-carbon steel meningkat dengan pesat karena industri-industri baja dan pemerintah seluruh dunia berkomitmen mengurangi emisi karbon dari bahan bakar fossil. Penggunaan arang atau biocarbon ini pada blast furnace merupakan produksi low carbon steel tersebut, karena belum 100% produksi baja tersebut menggunakan energi terbarukan.
