مسابقه ای برای پاکسازی یکی از کثیف ترین صنایع جهان

به گزارش می متالز، همه این ها یک چیز مشترک دارند و آن  فولاد است. این فلز به عنوان یک ماده اولیه کلیدی برای مهندسی و ساخت و ساز، متداول ترین فلز در جهان است که پایه های اقتصاد صنعتی مدرن را شکل داده است. از زمانی که روشی برای تولید انبوه آلیاژ آهن توسط یک مخترع انگلیسی در دهه 1850 ابداع شد، این صنعت رشد گسترده ای داشته است که امروز درآمد خوبی دارد و میلیون ها نفر را مشغول به کار کرده است.

در سالهای اخیر، نقش فولاد در بحران آب و هوا بسیار دقیق تر مورد بررسی قرار گرفته است. در همه جای دنیا روش رایج ذوب فولاد مقدار زیادی دی اکسید کربن تولید می کند که عامل اصلی گرم شدن کره زمین توسط انسان است. به جز بخش تولید برق ، آهن و فولاد بزرگترین تولید کننده این گاز است.

همانطور که تغییرات آب و هوایی در دستور کار سیاست جهانی قرار گرفته و بسیاری از دولت ها به اهداف بلند پروازانه زیست محیطی متعهد شده اند، رقابتی برای تولید سریع تر نسخه های کم کربن از این ماده قوی و همه کاره شکل گرفته است.

فولاد ماده بسیار مهمی برای جامعه مدرن است. این ماده از مدتها قبل با استفاده از زغال سنگ از سنگ آهن ساخته می  شده است. اگر دنیا واقعاً بخواهد در تحقق اهداف آب و هوایی تعیین شده در توافق نامه پاریس سهیم باشد ، یک توافق کلی که فقط بهبود کارایی کوره های بلند را در بر گیرد کافی نیست. فناوری های جدیدی برای دستیابی به موفقیت مورد نیاز است. پس از رونق انرژی های تجدیدپذیر طی دهه گذشته و همچنین تعهدات اخیر بسیاری از خودروسازان جهان برای روی آوردن به موتورهای الکتریکی، صنایع سنگینی مانند فولاد، سیمان و پتروشیمی که به گرمای شدید نیاز دارند یکی از مرزهای بعدی در بدون کربن شدن اقتصاد دنیا هستند.

طبق برنامه های آژانس بین المللی انرژی، برای رسیدن به اهداف جهانی آب و هوایی، انتشار آلاینده های صنایع فولاد باید حداقل تا نیمه قرن اخیر کاهش یابد و پس از آن به صفر برسد. برخی از بزرگترین فولادسازان دنیا، از جمله آرسلورمیتال، تیسن کروپ و بائواستیل چین، در مراحل مختلفی از تبدیل مفاهیم آزمایشگاهی به یک واقعیت صنعتی هستند. تعدادی حتی اهداف خود را برای عدم انتشار گازهای آلاینده اعلام کرده اند.

در یک پروژه آزمایشی در سوئد، شرکت SSAB به زودی آزمایشات خود را با استفاده از گاز هیدروژن برای کاهش مصرف سنگ آهن آغاز می کند. ادعا شده که در این روش هیچ انتشار دی اکسید کربن وجود ندارد. سطح پیشرفت فنی این پروژه بی نظیر است اگر چه هنوز آماده ارائه به بازار نیست.  ظاهرا فعالان این پروژه انتظار دارند تا قبل از سال 2030 اولین سری خطوط تولید فولاد با انتشار کربن نزدیک به صفر را راه اندازی کنند.

 بلند پروازانه ترین برنامه ها شامل دور شدن از اصل تبدیل سنگ به فلز است که کشف عصر آهن بوده است. گاز هیدروژن "پاک" منبع انرژی جایگزین جدید است. با این حال، تعمیرات و تغییر اساسی در یک صنعت دودزا که تولید سالانه 2 میلیارد تن دارد، کار بسیار بزرگی خواهد بود. از جمله موانع ، سطح سرمایه گذاری موردنیاز است که می تواند به صدها میلیارد دلار برسد. در تجارتی که با مازاد عرضه بیش از حد و نوسانات ناپایدار سودآوری روبرو است این کار آسانی نیست. آرسلورمیتال، بزرگترین فولادساز اروپا، تخمین زده است که بدون کربن کردن تاسیسات آن در این قاره طبق اهداف اتحادیه اروپا برای از بین بردن انتشار گازهای گلخانه ای تا سال 2050 بین 15 تا 40 میلیارد یورو هزینه دارد. این فناوری ها باعث افزایش قیمت فولاد  نیز می شوند. ارزان نیستند و هزینه ای تحمیلی برای مشتریان است.

دلیل اینکه فولاد تا این حد کربن زاست به مسیر اصلی استخراج آهن از سنگ معدن آن بر می گردد. کوره های بلند که با دمای بالاتر از 1000 درجه سانتیگراد گرم می شوند، با مواد معدنی، آهک و کک پر می شوند، سوختی که از زغال سنگ متالورژی حاصل می شود و مولکول های اکسیژن را از اکسید آهن خارج می کند. محصول جانبی این واکنش شیمیایی دی اکسید کربن است. مقدار قابل توجهی انرژی برای گرم کردن سنگ آهن، ذوب آن و جدا کردن اکسیژن از آهن موجود در مولکول اکسید آهن لازم است. کم هزینه ترین حامل انرژی، انرژی بر پایه کربن است. آنچه در ترکیب با دمای بالا باعث می شود کک برای تولید آهن و فولاد بسیار مهم باشد و جایگزینی آن بسیار دشوار است. در حالی که سیاست گذاران محیط زیست رویای "اقتصاد دوار" را در سر می پرورانند که در آن میزان استخراج منابع و اتلاف آن به حداقل می رسد، بازیافت آهن به خودی خود نمی تواند پاسخی برای صنعت فولاد باشد، که در حال حاضر بیشترین ماده بازیافتی روی زمین است.

کوره های قوس الکتریکی که به جای سایر مواد اولیه از قراضه استفاده می کنند، کوچکتر و انعطاف پذیرتر هستند و نسبت به کوره های بلند دی اکسید کربن خیلی کمتری را منتشر می کنند. امروزه این کوره ها تقریباً کمتر از 30 درصد تولید جهانی فولاد را تشکیل می دهند. اما عرضه قراضه محدود است و کوره های قوص الکتریکی همیشه نمی توانند کیفیت لازم برای برخی از برنامه های خاص مانند فولاد مورد نیاز ساخت خودرو را داشته باشند. در نتیجه، کارشناسان می گویند که نیاز به فولاد "بکر" وجود دارد، ولی با استفاده از یک روش با آلایندگی کمتر. رویدادهای ژئوپلیتیک اخیر انگیزه تازه ای را در راستای این تلاش ها ایجاد کرده است. جو بایدن، رئیس جمهور آمریکا، همراه با وعده پیوستن مجدد به توافقنامه آب و هوایی پاریس، که متعهد به محدود کردن درجه حرارت جهانی تا زیر 2 درجه سانتیگراد است، پیشنهاد ایجاد یک آژانس تحقیقاتی اقلیمی با اهداف "بدون کربن کردن حرارت صنعتی مورد نیاز برای ساخت فولاد، بتن و مواد شیمیایی" را داده و  چین هم هدف دستیابی به "خنثی سازی کربن" تا سال 2060 را رونمایی کرده است. این امر نیاز به ارتقا اساسی کارخانه های تولید فولاد دارد که مسوول حدود یک سوم انتشارات گازهای صنعتی این کشور هستند. این ابرقدرت آسیایی به عنوان منبع تولید نیمی از فولاد جهان، نفوذی کلیدی در بازار جهانی دارد. چین امروز برای هر تن فولاد تولید شده حدود 2 تن دی اکسید کربن تولید می کند، در حالی که در اروپا معمولاً این آمار فقط یک تن است. برای چین مهم است که نشان دهد که کالاهای صادراتی آن بیشتر از کشورهای دیگر کربن تولید نمی کند.

در حال حاضر پیشرفته ترین نوآوری های تولید فولاد بدون کربن در اتحادیه اروپا وجود دارد که در نتیجه قوانین سختگیرانه زیست محیطی آن می باشد. یک سیاست برجسته به شرکت ها اجازه می دهد تا گواهینامه هایی را برای پوشش آلودگی کربنی خود خریداری کرده و بفروشند. بر اساس این الگوی تجارت آلاینده ها، قیمت هر تن دی اکسید کربن از سال 2016 تاکنون هشت برابر افزایش یافته و به نزدیک 40 یورو رسیده است. از آنجا که به تدریج دسترسی های رایگان برخی از صنایع باطل می شود، در واقع برای آلوده نمودن هوا با جریمه های مالی روبرو می شوند یا انگیزه ای برای تغییر مسیر فعلی خود خواهند داشت. با توجه به اینکه سایر کشورها در حال اجرا یا برنامه ریزی برای راه اندازی بازارهای کربن خود هستند، اخطارهایی مبنی بر اینکه پول سهامداران ممکن است در معرض خطر عدم موفقیت تولیدکنندگان فولاد در برخورد با میزان انتشار کربن باشد، وجود دارد. کارشناسان معتقدند سرعت صنعت فولاد برای بدون کربن شدن تولید آن کافی نیست و نیاز به سرمایه گذاری بیشتری دارد.

حال پروژه آزمایشی شرکت SSAB  در سوئد قصد دارد با استفاده از گاز هیدروژن برای کاهش مصرف سنگ آهن شیوه سنتی متالورژی که قرن ها وجود داشته را را کنار بگذارد. ظاهرا قرار است هیچ انتشار دی اکسید کربنی وجود نداشته باشد و  بخار آب تنها محصول جانبی است. اگر این پروژه در سطح صنعتی اثبات شود، چیزی کمتر از یک انقلاب نخواهد بود. با این حال، طرح اصلی به دنبال  استفاده متفاوت از سیستم موجود احیای مستقیم آهن است که درصد کمی از تولید فولاد در سراسر جهان را تشکیل می دهد. به کوره های آهن اسفنجی به طور معمول گاز طبیعی تزریق می شوند. در عوض شرکت SSAB از گاز هیدروژن پاک استفاده خواهد کرد، که در تاسیساتی به نام الکترولیزر توسط انرژی تجدید پذیر در سوئد تولید شده است. خروجی یک واسطه جامد خواهد بود که آهن اسفنجی نامیده می شود و در کوره قوس الکتریکی قرار می گیرد و در آنجا با قراضه مخلوط شده و به فولاد تبدیل می شود. شرکت SSAB که در کنار یک نیروگاه برق و معدن سنگ آهن کار می کند، در مقابل رقبایی از جمله وواستالپین اتریش و آرسلورمیتال قرار دارند که در حال کار روی پروژه های مشابهی هستند.

در شرایط آزمایشگاهی، اصولاً هیدروژن در شرایط مناسب قادر به تبدیل سنگ آهن به فولاد است. اما تاکنون هیچ کس این کار را در مقیاس صنعتی انجام نداده است. یکی از مدیران ارشد آرسلورمیتال که هم اکنون تنها مرکز کوره قوس الکتریکی - آهن اسفنجی اروپا را اداره می کند می گوید که نقش احتمالی دیگر هیدروژن جایگزینی زغال سنگ در کوره های بلند است. اما هنوز راه حل کاملی برای تولید پاک  فولاد نیست.

 به گفته برخی از تحلیلگران، برای شروع، آهن اسفنجی بر پایه هیدروژن ممکن است به سنگ معدنهای خلوص بالاتری متکی باشد. سوال بعدی میزان در دسترس بودن است. توانایی تولید الکترولیزر در مقیاس بالا و مقرون به صرفه تر کردن هزینه کلی هیدروژن از طریق برق  برای صنعت فولاد بسیار مهم خواهد بود که تصمیم بگیرد در مقیاس وسیعی به دور از فرآیند کوره های بلند تولید کند. این گروه سوئدی که به دنبال حذف سوخت های فسیلی از هر مرحله از فرآیند تولید فولاد هستند، تخمین زده است که تولید این فلز از مسیر مبتنی بر هیدروژن در ابتدا حداقل 20 تا 30 درصد گران تر خواهد بود ولی معتقدند که به احتمال زیاد هیدروژن راه حلی برای رسیدن به عدم انتشار کربن است. ولی مساله اصلی هزینه است. که به عقیده برخی با قیمت کربن حدود 220 دلار در هر تن از نظر اقتصادی مقرون به صرفه خواهد بود. اما برای اینکه کارخانه ها به طور گسترده به هیدروژن پاک روی آوردند نیاز به توسعه گسترده  زیرساخت های انرژی های تجدیدپذیر است. به عنوان مثال آلمان برای تبدیل تولید فولاد خود به این سیستم  آهن اسفنجی بر پایه هیدروژن سبز به انرژی تجدیدپذیر اضافی معادل حدود 20 درصد از برق مصرفی فعلی خود نیاز دارد.

اگر حذف دی اکسید کربن به طور کامل در یک انتهای طیف قرار داشته باشد، اقدامات دیگر، جلوگیری از انتشار  گازها یا پیش بینی راه حل های واسطه ای است که می توانند با گذشت زمان میزان انتشار را کاهش دهند. آرسلورمیتال در حال ساخت تاسیساتی است که ضایعات سمی چوب را به "زغال سنگ زیستی" تبدیل می کند، تا انتشار دی اکسید کربن کوره های بلند را کمتر کند. در همین پروژه، این شرکت  165 میلیون یورو برای تجهیزات جذب گازهای زائد هزینه کرده است. سپس این مواد به اتانول تبدیل می شوند که می تواند به محصولات شیمیایی حاوی کربن مانند پلاستیک یا سوخت تبدیل شود. با این حال، فعالان محیط زیست منتقد سیستم های به اصطلاح جذب، استفاده و ذخیره کربن معتقدند که این سیستم ها گران هستند، در مقیاس بالا عمدتاً اثبات نشده اند و از علت اصلی تولید گازهای گلخانه ای دور می شوند.

همچنین شرکت بوستون متالز امریکا، که با حمایت بیل گیتس فعالیت می کند، می گوید که یک فناوری جدید برای ساخت فولاد بدون انتشار کربن با استفاده از برق ابداع کرده است که بی شباهت به فرآیند تولید آلومینیوم نیست. این شرکت کل بودجه خود را سال های اخیر به بیش از 100 میلیون دلار رسانده است و هدف آن تجاری سازی گسترده تا سال 2025 است. اگر هزینه برق  این سیستم همسطح تولیدکنندگان آلومینیوم که امروز 15 تا 35 دلار در هر مگاوات ساعت است باشد، با حذف مالیات انتشار کربن قدرت رقابت  خواهند داشت که این واقعاً جهان را تغییر خواهد داد.

اگر فولاد سبز بخواهد واقعاً در مبارزه با تغییرات آب و هوایی تأثیر بگذارد، صنعت نمی تواند از آن به عنوان یک محصول برتر و عالی استفاده کند. در تجارتی که هزینه آن زیاد است، حمایت مالیات دهندگان در این فرایند انتقال فناوری حیاتی است. اروپا از مالیات های دریافتی برای رشد انرژی های تجدید پذیر بهره می برد. حال چالش اصلی کاهش تولید گازهای گلخانه ای در تولید فولاد، جذب سرمایه گذاران تازه واردی است تا بتوانند تغییری اساسی ایجاد کنند. نیاز به یک مکانیسم و چارچوب سیاسی است تا از پروژه های توسعه برای تجاری سازی این فن آوری ها حمایت نماید. تجارت فولاد هم مساله دیگری است باید توجه داشت که فولاد یکی از کالاهایی است که در سطح بین الملل در حال داد و ستد است و مساله دامپینگ آن با قیمت های پایین نیز وجود دارد. هدف این است که از حضور کالاهای ارزان قیمت خارجی با تأثیرات زیست محیطی منفی که شرکت های داخلی سرمایه گذاری در فناوری های گران قیمت فولاد سبز را تضعیف می کنند جلوگیری شود.

با این حال حتی اگر این هدف یک کف قیمت ضمنی برای کربن را در بازارهای بین المللی تعیین کند، برخی نگرانند که آیا این برای تشویق استفاده گسترده از فناوری های پاک کافی است؟ از منظر هزینه و تحلیل اقتصادی، دنیا هنوز شرایط مناسبی را برای تغییر اساسی در صنعت فولاد ندارد. ولی برخی خوش بینند که به نظر می رسد این حرکت عظیم تر از صنعت سیمان یا مواد شیمیایی باشد و این می تواند یک نمونه آزمایشی برای برررسی چگونگی توسعه و پیشبرد یک صنعت باشد.