کربن‌زدایی از صنعت فولاد

به گزارش می‌متالز، امروزه صنعت فولاد با چالش جدیدی دست‌وپنجه نرم می‌کند که کاهش ردپای کربن از دو منظر زیست‌محیطی و اقتصادی است. در حال حاضر این صنعت جزء سه تولیدکننده بزرگ کربن دی‌اکسید است و درحالی‌که باید خود را با محدودیت‌های جدید تطبیق دهد، می‌تواند از آن به‌عنوان فرصتی برای عبور از چالش‌های خود در بلندمدت استفاده کند.

در سال ۲۰۱۵، جامعه بین‌المللی در پاسخ به تهدید تغییرات آب‌وهوایی گام مهمی برداشت که در آن ۱۹۰ کشور توافق‌نامه پاریس را پذیرفتند. در سال ۲۰۱۹ سازمان ملل اعلام کرد که ۶۰ کشور ازجمله انگلستان و اتحادیه اروپا (به‌جز لهستان) متعهد به رسیدن به شرایط کربن خنثی (Carbon Neutrality) تا سال ۲۰۵۰ شده‌اند. البته برخی کشور‌ها متعهد به رسیدن به این سطح در زمان‌های کوتاه‌تر شدند. این توافقات در مجموع منجر به افزایش فشار بر کلیه بخش‌های صنعت به‌منظور تدوین اهدافی در راستای کربن‌زدایی شده است. به ازای هر تن فولادی که در سال ۲۰۱۸ تولید شده، ۱.۸۵ تن دی‌اکسید کربن به هوا تزریق شده است که برابر ۸ درصد از کل میزان انتشارات CO ۲ در جهان است. در نتیجه تولیدکنندگان فولاد در سراسر جهان و به‌طور ویژه در اروپا، به‌طور روزافزون درگیر چالش با پدیده کربن‌زدایی هستند. این چالش به‌طور خاص توسط سه محرک القا می‌گردد که چیزی فراتر از صرف توافق‌نامه پاریس است:

۱- تغییر نیاز‌های مشتریان و افزایش تقاضا برای محصولات فولادی با انتشار کربن مناسب (Carbon-Friendly Steel): این روند سابقاً در صنایع گوناگون ازجمله صنعت خودرو مشاهده شده که تولیدکنندگان بزرگی ازجمله فولکس واگن و تویوتا تمایل شدیدی به زدودن انتشارات کربن به‌طور کامل از زنجیره ارزش خود دارند (شامل تأمین‌کنندگان).

۲- سخت‌گیرانه‌تر کردن قوانین مربوط به انتشار کربن و همچنین افزایش هزینه انتشار کربن که به‌طور واضح در قرارداد سبز اروپا (European Green Deal) مشخص شده است.

۳- افزایش سرمایه‌گذاری و تمایل عمومی به پدیده پایداری: به‌عنوان مثال، سازمان سرمایه‌گذاران بر تغییرات آب‌وهوایی، که شبکه‌ای متشکل از بیش از ۲۵۰ سرمایه‌گذار و بالغ‌بر ۳۰ تریلیون دلار دارایی تحت مدیریت خود است، انتظاراتی را برای صنعت فولاد به‌منظور محافظت از بقای تولید در مواجهه با تغییرات آب و هوایی وضع کرده است.

مطالعات اخیر نشان می‌دهد که ارزش بالقوه ۱۴ درصداز شرکت‌های فولادی جهان، اگر در کاهش اثرات زیست‌محیطی خود ناتوان باشند، با خطر جدی روبه‌رو است. در نتیجه، کربن‌زدایی باید یک اولویت مهم در راستای حفظ بقای اقتصادی و حفظ مجوز این صنعت عظیم برای ادامه فعالیت باشد.

در مواجهه با این چالش، ابزار‌های کربن‌زدایی مانند احداث یا تغییر به سمت فولادسازی هیدروژنی می‌تواند هم در واحد‌های تولیدی آینده (greenfield) و هم واحد‌های موجود (brownfield) مورد استفاده قرار گیرد. مورد دوم نیازمند این است که یا تجهیزات فعلی به‌روزآوری شده یا برخی از آن‌ها به‌طور کامل بازسازی شوند تا بتوانند یک فرایند تولید کربن‌زدایی‌شده را به مرحله اجرا برسانند. گام‌های بهینه جهت کربن‌زدایی در موقعیت‌ها و سایت‌های مختلف، بسته به نوع توانمندی‌های فنی، زیرساخت‌های موجود، نیاز بازار، هزینه‌های اجرایی (به‌عنوان مثال هزینه الکتریسیته تجدیدپذیر، قیمت قراضه و...) و قوانین زیست‌محیطی متفاوت است. تقریباً تمام تولیدکنندگان فولاد اروپا، در حال حاضر در حال توسعه استراتژی‌های کربن‌زدایی و اجرای پروژه‌های پایلوت به‌منظور ارزیابی تکنولوژی‌های مختلف هستند که شامل موارد زیر است:

برنامه‌های افزایش بازدهی خطوط BF/BOF:

این برنامه‌ها بازده تولید را افزایش و یا اتلافات تولید را به طرق مختلفی کاهش می‌دهد. ازجمله می‌توان به این موارد اشاره کرد: ۱- بهینه‌سازی بار کوره بلند به‌واسطه افزایش خلوص آهن در مواد خام ورودی به‌منظور کاهش استفاده از کک به‌عنوان یک احیاکننده؛ ۲- افزایش میزان تزریق سوخت با روش‌های نظیر تزریق پودر کک (PCI)، گاز طبیعی، پلاستیک، زیست‌توده یا هیدروژن؛ ۳- استفاده از گاز خروجی کوره کک‌سازی در کوره بلند به‌عنوان یک منبع انرژی و موارد متنوع دیگر. این فرایند‌ها ممکن است پتانسیل کاهش انتشار کربن دی‌اکسید را کاهش دهند، ولی امکان خنثی شدن کربنی را به‌طور کامل فراهم نمی‌کنند.

احیاکننده‌های زیست‌توده:

این فرایند از مواد زیست‌توده مانند شکر حرارت‌دیده و خشک‌شده، نیشکر حرارتی و یا اکالیپتوس پیرولیزشده به‌عنوان جایگزین‌هایی برای عامل احیاکننده و یا سوخت استفاده می‌کند. در این مورد وابستگی شدیدی به منطقه موردنظر وجود دارد و عمدتاً در مناطقی که تأمین مواد زیست‌توده تضمینی است، مانند آمریکای جنوبی و روسیه، حائز اهمیت است. در اروپا، دسترسی به زیست‌توده به‌منظور کاهش انتشارات کربنی در مقیاس وسیع کافی نیست.

جذب و استفاده کربن:

این مورد از انتشارات کربنی برای تولید محصولات جدید برای صنایع شیمیایی مانند آمونیاک و بایواتانول استفاده می‌کند. در حال حاضر، جذب و استفاده از کربن از نظر تکنولوژیکی به رشد کافی نرسیده و نیاز به فرصت برای اثبات اقتصادی بودن دارد.

EAF با افزایش سهم قراضه:

این فرایند جریان ثانویه مواد و فرایند بازیافت را با استفاده از ذوب قراضه در کوره‌های EAF تسهیل می‌کند. تولیدکنندگان فولاد با استفاده از کوره قوس EAF، از لحاظ زیست‌محیطی بسیار مناسب‌تر بوده و انعطاف بیشتری در تولید محصولات متنوع از خود نشان می‌دهند. با این وجود، حرکت به سمت تولید فولاد با استفاده از کوره قوس الکتریکی، نیاز دارد که دسترسی به برق تجدیدپذیر در آینده مقرون‌به‌صرفه و اقتصادی باشد و همچنین دسترسی کافی به قراضه فولادی وجود داشته باشد. افزایش سهم تولید فولاد با استفاده از کوره قوس الکتریکی، نقش کلیدی در کربن‌زدایی از صنعت فولاد بازی می‌کند. اما این نقش وابستگی شدیدی به در دسترس بودن قراضه باکیفیت دارد و در مناطقی که مقدار کافی از قراضه باکیفیت تولید نمی‌گردد، استفاده از تکنولوژی‌های دیگر یک ضرورت است. افزایش میزان تقاضای قراضه‌های باکیفیت می‌تواند منجر به افزایش هزینه‌های تولید فولاد با روش کوره قوس گردد.

استفاده از EAF و DRI هیدروژنی:

این فرایند از آهن اسفنجی تولیدشده با استفاده از هیدروژن سبز و همچنین قراضه، در فرایند تولید با کوره قوس الکتریکی استفاده می‌کند. این فرایند استفاده از سوخت‌های فسیلی در تولید آهن اسفنجی را با استفاده از هیدروژنی که توسط انرژی تجدیدپذیر تولیدشده، جایگزین می‌کند. در واقع بیانگر یک روش تولید است که تولید فولاد با میزان انتشار آلاینده‌های صفر را محقق می‌کند. تمام فولادسازان بزرگ اروپا در حال ساخت یا تست فرایند‌های احیا مستقیم با استفاده از هیدروژن یا جایگزینی PCI با هیدروژن هستند.

برنامه‌های افزایش راندمان در کوره بلند/کنورتور تنها منجر به کاهش میزان انتشار کربن دی‌اکسید می‌شود (بدون برطرف نمودن کلی آن‌ها)، بنابراین نمی‌توانند به‌عنوان یک راه‌حل بلندمدت لحاظ شوند. احیاکننده‌های زیست‌توده‌ای و همچنین جذب و استفاده از کربن تنها در بعضی مناطق قابل‌استفاده است و یا در مراحل ابتدایی توسعه قرار دارد. در نهایت می‌توان گفت که تکنولوژی کوره قوس الکتریکی با ورودی آهن اسفنجی هیدروژنی در ترکیب با قراضه باکیفیت فولادی، بهترین گزینه و یک راه‌حل طولانی‌مدت به‌منظور دست‌یابی به تولید فولاد کربن خنثی در سراسر جهان و به‌طور ویژه در اروپاست.

مرجع:

McKinsey & Company, “Decarbonization Challenge for Steel”.

منبع: پایگاه خبری - تحلیلی ایراسین