فـولاد سبز، رویایی که واقعی شد

به گزارش می‌متالز، با این وجود توسعه تکنولوژی‌های فولادسازی باعث شده تا فولادسازی سبز از رویایی دور از دسترس به هدفی قابل تحقق تبدیل شود. در شرایط کنونی «هزینه» مهم‌ترین معضل برای گسترش فرآیند‌های فولادسازی سبز در دنیا است؛ اما افزایش الزامات زیست‌محیطی در نقاط مختلف دنیا در خصوص تولید و تجارت انواع کالا‌ها براساس میزان انتشار آلاینده‌های کربنی در فرآیند تولید می‌تواند به گسترش تولید فولاد‌های سبز علی‌رغم افزایش هزینه تمام شده تولید این محصولات بینجامد.

اصلاح یا تغییر تکنولوژی؟

افزایش جمعیت جهان و توسعه در نقاط مختلف دنیا باعث می‌شود تا سطح تقاضا برای فولاد تا سال ۲۰۵۰ رشدی ۳۵ درصدی داشته باشد. درصورتی که رشد تولید فولاد در دنیا با روش‌های مرسوم کنونی انجام شود، انتشار گاز‌های گلخانه‌ای در دنیا افزایش پیدا می‌کند، اما این موضوع با هدف ایجاد اقتصاد کربن صفر مطابقت ندارد؛ بنابراین کربن‌زدایی از صنعت فولاد تبدیل به چالشی بزرگ شده است. چالشی که در صورت رفع می‌توان تفاوتی محسوس در انتشار گاز‌های گلخانه‌ای ایجاد کرد.

ظرف سال‌های اخیر مطالعات گسترده‌ای برای یافتن مسیر‌های تجاری برای تولید فولاد‌های سبز انجام شده که در نتیجه آن ۲ روش تولید فولاد با تکیه بر هیدورژن و تولید فولاد با روش CCS به‌عنوان راه‌های عملیاتی برای توسعه فولادسازی سبز در دنیا گسترش یافته‌اند. در حالی که تولید فولاد براساس (انرژی) هیدروژن روش جدیدی در تولید فولاد است، روش CCS (جذب و ذخیره کربن)، بر اصلاح فرآیند تولید فولاد در کوره‌های بلند تکیه دارد. حدود ۷۰ درصد تولید فولاد جهانی در کوره‌های بلند و مبتنی بر سوخت زغال‌سنگ انجام می‌شود؛ بنابراین اصلاح این فرآیند فولادسازی سهمی به‌سزا در انتشار گاز‌های گلخانه‌ای برجای می‌گذارد.

بخشی از فرآیند فولادسازی در نقاط مختلف دنیا مبتنی بر گاز طبیعی است. در این شرایط کارشناسان معتقدند که فولادسازی مبتنی بر گاز به عنوان یک فناوری میانی عمل می‌کند و می‌تواند پله‌ای به سوی فولادسازی مبتنی بر هیدروژن باشد. در واقع، واحد‌های فولادی مبتنی بر گاز طبیعی احتمالا قابلیت تبدیل به واحد‌های مبتنی بر هیدروژن را دارند؛ اما اجرایی شدن این تغییر نیازمند گسترش شیوه‌های تولید هیدروژن با روش‌های سبز است به‌نحوی که تولید این سوخت جدید به عامل جدید انتشار گاز‌های آلاینده تبدیل نشود. در این شرایط کارشناسان بخش فولاد بر این باورند که توسعه تولید هیدروژن سبز فرآیندی زمان‌بر بوده و بنابراین گسترش این شیوه در دنیا در سال‌های بعد از ۲۰۳۵ محقق می‌شود.

استفاده از هیدورژن به‌عنوان سوخت، در کنار کوره‌های الکتریکی شکل نهایی فولادسازی سبز در دنیایی بدون کربن است؛ اما روش CCS (جذب و ذخیره کربن) راه‌حلی کلیدی برای کاهش قابل ملاحظه انتشار آلاینده‌های کربنی در واحد‌های فولادی مبتنی بر زغال‌سنگ حرارتی در سراسر دنیا است. استفاده از فرآیند CCS با جذب دی‌اکسید کربن تولیدی در طول فرآیند فولادسازی به کاهش ۷۰ تا ۹۰ درصدی انتشار آلاینده‌های کربنی منجر می‌شود که این رقم قابل ملاحظه است.

قیمت منطقی جادوی CCS

تولید آهن و فولاد و استفاده انسان از این کالا به سال‌ها پیش از میلاد مسیح بازمی‌گردد؛ به نحوی که ۵۵۰ تا ۱۲۰۰ سال قبل از میلاد مسیح را به‌عنوان عصر آهن در دنیا می‌شناسند. با این وجود همچنان فولاد یک ماده کلیدی در جوامع مدرن است و از آن به‌عنوان بخش جدایی ناپذیر از جامعه مدرن یاد می‌شود. فولاد کارکردی اساسی در ساخت خانه‌ها، پل‌ها، وسایل حمل‌و‌نقل، وسایل فلزی، وسایل الکترونیک و... دارد. فولاد تنها یادگاری از انقلاب صنعتی نیست؛ بلکه محصولی است که می‌تواند در اقتصاد کم کربن نیز نقشی اساسی ایفا کند. روش‌های حمل‌ونقل سبز مانند وسایل نقلیه الکتریکی، اتوبوس‌های برقی و قطارها، همچنین توربین‌های بادی، الکترولیز و... همه به مقادیر زیادی فولاد نیاز دارند؛ بنابراین حذف این محصول از آینده دنیا میسر نیست و همین موضوع باعث شده تا کارشناسان به فکر اصلاح فرآیند‌های تولید آن باشند و با کاهش و حذف انتشار گاز‌های گلخانه‌ای در طول فرآیند تولید، چالش آلایندگی این صنعت را مرتفع کنند.

مورخان بازه ۶۵۰ ساله از ۱۲۰۰ سال پیش از میلاد مسیح تا ۵۵۰ سال قبل از میلاد مسیح را تحت عنوان عصر آهن نامگذاری کرده‌اند؛ انقلاب صنعتی باعث شد تا فولاد‌های با کیفیت از آهن ساخته شود و بنابراین کاربرد‌های جدیدی برای این محصول در دنیا شناخته شود.

فولادسازی را می‌توان به شکل کلی به ۲ مرحله اصلی تقسیم کرد؛ مرحله اول احیای اکسید آهن استخراج شده از زمین و تبدیل آن به آهن خالص و مرحله دوم، اضافه کردن افزودنی‌ها به منظور تولید فولاد. در حال حاضر صد‌ها نوع فولاد مختلف با مصارف گوناگون در دنیا تولید می‌شود.

فرآیند تبدیل سنگ آهن به آهن و متعاقبا فولاد نیاز به دمای بسیار بالایی دارد و بنابراین تامین منبع انرژی در این فرآیند حائز اهمیت است. در فرآیند متعارف، به شکل گسترده‌ای از زغال سنگ به عنوان تامین‌کننده انرژی استفاده می‌شود؛ البته زغال سنگ ماده اولیه مصرفی در طول فرآیند استحصال آهن نیز هست. استحصال آهن از سنگ معدن فرآیندی بسیار انرژی‌بر بوده و همین موضوع باعث انتشار آلاینده‌های کربنی قابل توجه در طول این فرآیند می‌شود. برآورد می‌شود که در کوره‌های بلند مبتنی بر زغال‌سنگ حرارتی، ۸۰ درصد انتشار آلاینده‌های کربنی در بخش استحصال آهن تولید می‌شود.

در این شرایط دو روش تولید فولاد با منبع حرارتی هیدروژنی و روش جذب و ذخیره کربن در طول فرآیند تولید می‌تواند انتشار گاز‌های گلخانه‌ای در طول فرآیند‌های تولید را منتفی کرده و از این منظر رویا تولید فولاد سبز را محقق کند.

در روش CCS، این امکان فرآهم می‌شود که ۷۵ تا ۹۰ درصد گاز‌های گلخانه‌ای تولید شده در طول فرآیند فولادسازی جذب و ذخیره شود و وارد جو نشود. جذب و ذخیره کربن یک فناوری نسبتا مقرون به صرفه در مبارزه با گرمایش جهانی است. غلظت CO ۲ در انتهای فرآیند فولادسازی اغلب بسیار زیاد بوده و این موضوع باعث می‌شود تا جذب و جمع‌آوری آن نسبتا ارزان و ساده باشد. هزینه‌های جذب و ذخیره کربن در تولید فولاد به ازای هر تن کربن جمع‌آوری شده حدود ۶۰ تا ۱۰۰ یورو تخمین زده می‌شود. این در حالی است که در روش‌های مبتنی بر هیدروژن هزینه کاهش انتشار یک تن کربن به صد‌ها یورو می‌رسد.

اگرچه فرآیند فولادسازی با روش CCS مقرون به صرفه است؛ اما این روش گسترش چندانی نداشته است؛ اجباری نبودن تولید فولاد با این روش و نرخ پایین کربن جمع‌آوری شده باعث شده تا فولادسازان بدون الزامات قانونی تمایل به استفاده از این روش که بر هزینه‌های تولید آن‌ها می‌افزاید نداشته باشند.

کربن صفر معجزه روش هیدروژنی

تولید فولاد براساس سوخت هیدروژنی به تولید فولادی با کربن نزدیک به صفر می‌انجامد و جادوی این روش حذف کامل کربن در طول فرآیند تولید است. در روش مورد بررسی، سنگ‌آهن با واکنش مستقیم با هیدروژن، احیا شده و آهن خالص تولید می‌شود؛ در این روش آب جایگزین دی‌اکسید کربن می‌شود. در حاضر احیا سنگ‌آهن با گاز طبیعی به جای هیدروژن در برخی مناطق دنیا نظیر ایران به شکل مرسومی انجام می‌شود؛ از این روش با عنوان احیا مستقیم یاد می‌شود. فرآیند احیا با هیدروژن کاملا مشابه فرآیند احیا با گاز طبیعی است، اما هزینه بالای تولید سوخت هیدروژنی مانع از گسترش این روش شده است. با این وجود کارشناسان امیدوارند که ظرف سال‌های پیش‌رو روش‌های جدیدی برای تولید گاز هیدروژن سبز با نرخی منطقی ایجاد شود که به گسترش این روش تولید منجر شود.

منبع: دنیای اقتصاد