زغال زیست توده گیاهی (بیوچار)، رقیبی برای هیدروژن سبز در مسیر کربن زدایی از صنعت فولاد

به گزارش می‌متالز، اخیراً مفهوم "فولاد کربن خنثی" به چشم انداز اصلی صنعت فولاد به عنوان یکی از بزرگترین صنعت‌های آلاینده جهان تبدیل شده است. در سال‌های اخیر، ایده استفاده از هیدروژن به عنوان گزینه‌ای امیدوارکننده برای تولیدکنندگان فولاد مطرح شده است. با این حال، محدودیت‌های هیدروژن سبب شد که گزینه‌های دیگری نیز به عنوان رقیب برای کربن زدایی از صنعت فولاد مورد بررسی قرار گیرند.

گزارشات نشان داد که حدود ۷۰% از تولید فولاد جهان به واسطه زغال سنگ انجام میگیرد. از این رو، تولید آهن خام سبز میتواند یک راهکار نویدبخش در سوق یافتن صنعت فولاد به سمت مفهوم فولاد کربن خنثی باشد. با این حال، حصول محصول فولادی کربن خنثی به ویژه در صنعت فولاد چندان ارزان نبوده و پیش بینی میشود که استفاده از راهکار‌های سبز در طولانی مدت بتواند کاهش هزینه‌ها را به دنبال داشته باشد.

در واقع، صنعت کنونی فولاد به شدت به زغال سنگ وابسته بوده و استفاده از آهن خام سبز میتواند راهکاری مؤثر در راستای کربن زدایی صنعت فولاد باشد. یکی از گزینه‌هایی که اخیراً بسیاری از تولیدکنندگان فولاد برای جایگزینی زغال سنگ به طور جدی بر آن متمرکز شده اند، استفاده از هیدروژن سبز است.

مشکلات متعدد استفاده از هیدروژن سبز سبب گردید که محققین صنعت فولاد علاوه بر یافتن راه حل‌هایی برای برطرف کردن محدودیت‌های به کارگیری هیدروژن سبز، به دنبال یافتن راهکار‌های دیگری نیز برای تولید فولاد سبز باشند. یکی از این راهکار‌ها که نتایج امیدوارکننده‌ای را نیز در پی داشته است تولید آهن خام بدون استفاده از کربن مبتنی بر سوخت‌های فسیلی و تنها از طریق کربن تجدیدپذیر مبتنی بر زیست توده (Biomass) است.

در شکل ۱ میزان انتشار CO ۲ از انواع مختلف روش‌های فولادسازی نشان داده شده است. اثبات شد که استفاده از زیست توده میزان انتشار CO ۲ را در مقایسه با دیگر سوخت‌ها به میزان قابلتوجهی کاهش میدهد.

شکل ۱- کاهش انتشار گاز‌های گلخان‌های برای فناوری‌های مختلف فولادسازی

در بین انواع زیست توده‌های حاوی کربن، بیوچار (Biochar) اخیراً توجهات را به عنوان یک کاندیدای بالقوه برای جایگزینی زغال سنگ به خود جلب کرده است. بیوچار یک زغال تولید شده از زیست توده گیاهی و ضایعات کشاورزی بوده که میتواند کربن را برای مدت طولانی در خود ذخیره کند. در شکل ۲ طرحوار‌های از فرایند تولید بیوچار که میتواند در نهایت سبب تولید بیوزغال، حرارت و الکتریسیته شود، نشان داده شده است.

شکل ۲- فرایند تولید بیوچار به عنوان زغال سبز

بیوچار برخلاف زغال سنگ دارای یک ساختار متخلخل بوده و سطح ویژه آن، در حدود m ۲/gr ۹۵۰-۲۲۸ است که بسیار بیشتر از کک (m ۲/gr ۱۷-۱۶) و زغال سنگ (m ۲/gr ۶۶) میباشد. این ویژگی میتواند حین فرایند فولادسازی اثرات مثبتی را به دنبال داشته باشد. بیوچار قابلیت کاربرد در نواحی مختلف صنعت فولادسازی از معدن تا پایان خط تولید را داراست.

در واقع، بیوچار را میتوان با هدف کاهش انتشار CO ۲ و همچنین کاهش هزینه‌ها در نواحی مختلف کک سازی، زینترینگ و گندله سازی استفاده کرده و از آن به عنوان منبع کربن در فناوری‌های کوره بلند و کوره قوس الکتریکی بهره برد. در این راستا، شرکت تکنورد (Tecnored) گزارش کرد که با جایگزینی بیوچار به جای زغال سنگ و تولید آهن خام سبز میتوان آلایندگی صنعت فولاد را تا ۱۰۰% کاهش داد. علاوه بر این، استفاده از بیوچار میتواند هزینه‌های تولید به روش سنتی کوره بلند را نیز تا حدود ۱۵-۱۰% کاهش دهد. همچنین، خواص بیوچار نشان داد که هنگام استفاده از آن، سایش الکترود‌ها در فرایند کوره قوس الکتریکی به حداقل میرسد.

برای اولین بار شرکت معدنی واله (Vale) برزیل از بیوچار در تولید گندله در مقیاس صنعتی استفاده کرد. آن‌ها ۲۵% از انرژی مصرفی کوره پخت گندله خود را با بیوچار تأمین کردند و توانستند میزان انتشار کربن را تا حدود ۱۰% کاهش دهند. این کارخانه گندله سازی که قصد دارد گندله‌های کم کربن را به عنوان گندله سبز روانه بازار تجاری کند، بر این باور است که اگر در ۱۲ کارخانه گندلهسازی خود از بیوچار استفاده کند، انتشار گاز‌های گلخان‌های تا حدود ۱۶% کاهش می‌یابد. آن‌ها هدف خود را کاهش ۳۳% انتشار گاز‌های گلخانه‌ای در سال ۲۰۳۰ میلادی و تبدیل شدن به یک کارخانه کربن خنثی تا سال ۲۰۵۰ میلادی با استفاده از بیوچار تعیین کرده اند.

به طور کلی راه نقشه‌های متفاوتی در زمینه استفاده از بیوچار در صنعت فولاد مطرح شده است.

در شکل ۳ طرحوار‌های از یک سیستم فولادسازی مبتنی بر زیست توده نشان داده شده است.

شکل ۳- طرح­واره­ای از فولادسازی مبتنی بر بیوچار

با توجه به این طرحواره مشخص است که CO ۲ موجود در اتمسفر می‌تواند به عنوان منبع کربن زیست توده توسط گیاهان سبز در طول فرایند رشد ذخیره شود. در نهایت، میتوان با کمک روش‌های مختلف، زیست توده را تولید و از آن به عنوان عامل احیاء یا عامل حرارت دهی در فرایند فولادسازی استفاده کرد.

منبع: پایگاه خبری - تحلیلی ایراسین