Amerika telah membuat baja dari bijih besi dengan cara yang sama selama ratusan tahun. Sayangnya, penghasilannya belum mencukupi. Saat ini Amerika Serikat adalah importir baja terbesar di dunia, dan bergantung pada negara lain untuk memproduksi bahan yang menjadi tulang punggung masyarakat kita.
Hal ini tidak berarti bahwa AS sendirian: Secara global, sebagian besar baja saat ini dibuat di pabrik raksasa bernilai miliaran dolar dengan menggunakan proses berbasis batu bara yang tidak banyak berubah dalam 300 tahun.
Kini Hertha Metals, yang didirikan oleh CEO Laureen Meroueh SM ’18, PhD ’20, sedang meningkatkan sistem produksi baja baru yang didukung oleh gas alam dan listrik. Prosesnya, yang juga dapat dijalankan dengan hidrogen, menggunakan tungku busur listrik berkelanjutan di mana bijih besi dengan kadar dan format apa pun direduksi dan dikarburasi menjadi baja cair dalam satu langkah. Hal ini juga menghilangkan kebutuhan akan pabrik kokas dan sintering, serta komponen sistem tradisional lainnya yang berbahaya dan mahal. Hasilnya, perusahaan mengatakan prosesnya menggunakan energi 30 persen lebih sedikit dan biaya operasional lebih rendah dibandingkan pabrik baja konvensional di Amerika.
“Judul sebenarnya adalah fakta bahwa kita dapat membuat baja dari bijih besi lebih hemat biaya sebesar 25 persen di Amerika Serikat, sekaligus mengurangi emisi.” kata Meroueh. “Amerika Serikat belum kompetitif dalam pembuatan baja selama beberapa dekade. Sekarang kami memungkinkan hal tersebut.”
Sejak akhir tahun 2024, Hertha telah mengoperasikan pabrik percontohan berkapasitas 1 ton per hari di fasilitas produksi pertamanya di luar Houston, Texas. Perusahaan menyebutnya sebagai demonstrasi proses pembuatan baja satu langkah terbesar di dunia. Tahun ini, perseroan akan memulai pembangunan pabrik yang mampu memproduksi 10.000 ton baja setiap tahunnya. Pabrik tersebut, yang diperkirakan Hertha akan mencapai kapasitas produksi penuh pada akhir tahun 2027, juga akan memproduksi besi dengan kemurnian tinggi untuk industri magnet, membantu Amerika mendaratkan material penting lainnya.
“Dengan mengimpor besi dan baja dalam jumlah besar, kita sepenuhnya bergantung pada mekanisme perdagangan global dan geopolitik yang tetap sama seperti saat ini agar kita dapat terus memproduksi bahan-bahan yang penting bagi infrastruktur, sistem pertahanan, dan sistem energi kita,” kata Meroueh. “Baja adalah material yang paling mendasar bagi masyarakat kita dan tidak dapat digantikan.”
Memperlancar pembuatan baja
Meroueh memperoleh gelar masternya di laboratorium Gang Chen, Profesor Teknik Tenaga Carl Richard Soderberg dari MIT. Dia mempelajari penyimpanan energi panas dan fisika dasar perpindahan panas, dan akhirnya merasakan kewirausahaan pertamanya ketika dia mengeksplorasi komersialisasi beberapa penelitian tersebut. Meroueh menerima hibah dari MIT Sandbox Innovation Fund dan menganggap Direktur Eksekutif Jinane Abounadi sebagai mentor dekatnya saat ini.
Pengalaman tersebut mengajarkan Meroueh banyak hal tentang startup, namun dia akhirnya memutuskan untuk tetap di MIT untuk mengejar gelar PhD di bidang metalurgi dan produksi hidrogen di laboratorium Douglas Hart, profesor teknik mesin MIT. Setelah mendapatkan gelar PhD pada tahun 2020, ia direkrut untuk memimpin startup produksi hidrogen selama satu setengah tahun.
“Setelah pengalaman itu, saya mengamati semua sektor ekonomi yang sulit untuk diredakan dan mempunyai emisi tinggi untuk menemukan sektor mana yang paling sedikit mendapat perhatian,” kata Meroueh. “Saya tersandung pada baja dan jatuh cinta.”
Meroueh menjadi Innovators Fellow di perusahaan investasi startup iklim dan energi Breakthrough Energy dan secara resmi mendirikan Hertha Metals pada tahun 2022.
Nama perusahaan ini diambil dari nama Hertha Ayrton, seorang fisikawan dan penemu abad ke-19 yang memperluas pemahaman kita tentang busur listrik, yang digunakan perusahaan dalam tungkunya.
Secara global, sebagian besar baja saat ini dibuat dengan menggabungkan bijih besi dengan kokas (dari batu bara) dan batu kapur dalam tanur tinggi untuk menghasilkan besi cair. “Pig iron” tersebut kemudian dikirim ke tungku lain untuk membakar kelebihan karbon dan kotoran. Elemen paduan kemudian ditambahkan, dan baja dikirim untuk pengecoran dan penyelesaian akhir, yang memerlukan mesin tambahan.
AS membuat sebagian besar bajanya dari besi tua yang didaur ulang, namun masih harus mengimpor besi yang dibuat dari tanur tinggi untuk mencapai kualitas baja yang berguna.
“Amerika Serikat memiliki kebutuhan yang sangat besar untuk membuat baja dari bijih besi, bukan hanya besi tua, sehingga kita tidak lagi terlalu bergantung pada impor,” jelas Meroueh. “Kami hanya memiliki sekitar 11 tanur sembur yang beroperasi di AS, jadi kami akhirnya mengimpor sekitar 90 persen pig iron yang dibutuhkan untuk dimasukkan ke dalam tanur baja bekas dalam negeri.”
Untuk mengatasi masalah ini, Meroueh memanfaatkan bahan bakar yang melimpah di Amerika: gas alam. Sistem Hertha menggunakan gas alam (prosesnya juga bekerja dengan hidrogen) untuk mereduksi bijih besi dan menggunakan listrik untuk melelehkannya dalam satu langkah. Dia mengatakan teknologi pesaing terdekat memerlukan pelet yang langka dan mahal, bijih besi bermutu tinggi, dan banyak tungku untuk memproduksi baja cair. Proses Meroueh menggunakan bijih besi dalam format atau kadar apa pun, menghasilkan baja cair olahan dalam satu tungku, sehingga menghemat biaya dan emisi.
“Banyak reaksi yang sebelumnya dijalankan secara berurutan melalui proses pembuatan baja konvensional kini terjadi secara bersamaan, dalam satu tungku,” jelas Meroueh. “Kami melebur, kami mereduksi, dan kami melakukan karburasi baja sesuai jumlah yang kami butuhkan. Yang keluar dari tungku kami adalah baja cair yang dimurnikan. Kami dapat memproses bijih besi dengan kualitas dan format apa pun karena semuanya terjadi dalam fase cair. Tidak masalah apakah bijih tersebut berbentuk pelet atau gumpalan dan halus dari dalam tanah.”
Meroueh mengatakan inovasi terbesar perusahaannya adalah melakukan reduksi gas ketika oksida besi berbentuk cairan cair menggunakan teknologi gas yang dipatenkan.
“Semua teknologi pembuatan baja konvensional melakukan reduksi saat bijih besi berada dalam bentuk padat, dan mereka menggunakan gas – baik itu kokas atau gas alam – untuk melakukan reduksi tersebut,” kata Meroueh. “Kami melihat ketidakefisienan dalam melakukan hal tersebut dan bagaimana hal tersebut membatasi kualitas dan bentuk bijih besi yang dapat digunakan, karena pada akhirnya Anda harus mencairkan bijih tersebut.”
Sistem Hertha bersifat modular dan menggunakan peralatan penanganan gas standar, turbin uap, dan penukar panas. Pabrik ini juga mendaur ulang gas alam untuk menghasilkan listrik dari sisa gas panas yang keluar dari tungku.
“Pabrik baja kami memiliki pembangkit listrik kecil yang mampu menghasilkan pemulihan energi sebesar 35 persen dan meminimalkan permintaan listrik jaringan di era di mana kita bersaing dengan pusat data,” kata Meroueh.
Menempatkan material penting di darat
Pabrik baja saat ini merupakan hasil investasi yang sangat besar dan dirancang untuk beroperasi setidaknya selama 50 tahun. Hertha Metals tidak berencana mengganti seluruhnya — setidaknya tidak dalam waktu dekat.
“Anda tidak akan menutup pabrik baja begitu saja di tengah masa pakainya,” kata Meroueh. “Tentu, Anda dapat membangun pabrik baja baru, namun kami benar-benar ingin dapat menggantikan tanur sembur dan tanur oksigen dasar sambil tetap memanfaatkan seluruh peralatan hilir pabrik.”
Pabrik perusahaan di Houston mulai memproduksi satu ton baja per hari hanya dua tahun setelah pendirian Hertha dan kurang dari satu tahun setelah Meroueh membuka kantor pusat Hertha. Dia menyebutnya sebagai langkah pertama yang penting.
“Ini adalah demonstrasi skala terbesar dari perusahaan pembuat baja yang berdiri sendiri,” kata Meroueh. “Ini merupakan terobosan nyata dalam hal skalabilitas, laju kemajuan, dan efisiensi modal.”
Pabrik perusahaan berikutnya, yang akan mampu memproduksi 10.000 ton baja setiap tahun, juga akan memproduksi besi dengan kemurnian tinggi untuk magnet permanen, yang digunakan dalam motor listrik, robotika, elektronik konsumen, ruang angkasa, dan perangkat keras militer.
“Sungguh gila jika kita tidak membuat magnet tanah jarang di dalam negeri,” kata Meroueh. “Sungguh gila jika negara mana pun tidak membuat magnet tanah jarang sendiri. Sebagian besar magnet tanah jarang adalah magnet permanen, jadi magnet neodymium. Yang menarik adalah berdasarkan beratnya, 70 persen dari magnet tersebut bukanlah tanah jarang, melainkan besi dengan kemurnian tinggi. Amerika saat ini tidak membuat besi dengan kemurnian tinggi, namun Hertha telah membuatnya di pabrik percontohan kami.”
Hertha berencana untuk segera meningkatkan produksi besi dengan kemurnian tinggi sehingga, pada tahun 2030, perusahaan tersebut mampu memenuhi sekitar seperempat dari total proyeksi permintaan magnet di AS.
Setelah itu, perseroan berencana menjalankan pabrik baja komersial skala penuh bekerja sama dengan produsen baja di Amerika. Meroueh mengatakan pabrik tersebut, yang mampu memproduksi sekitar setengah juta ton baja setiap tahun, harus beroperasi pada tahun 2030.
“Kami sangat ingin bermitra dengan produsen baja saat ini sehingga kami dapat secara kolektif memanfaatkan infrastruktur yang ada seiring dengan inovasi Hertha,” kata Meroueh. “Itu termasuk modal sebesar $1,5 miliar di hilir pabrik peleburan yang dapat diintegrasikan dengan proses Hertha. Pabrik peleburan adalah bagian baja dari bijih menjadi cair dari pabrik baja. Itu baru permulaan. Ini adalah skala yang lebih kecil dibandingkan pabrik konvensional di mana kami masih kalah bersaing secara ekonomi dengan proses produksi tradisional. Lalu kami akan meningkatkan produksi menjadi 2 juta ton per tahun setelah kami membangun neraca kami.”
