فولاد خوش رنگ‌وبو روایت دوم؛ تولید اتانول فولادی

به گزارش می‌متالز، در رصدخانه استراتژیک و آینده‌پژوهی به بررسی اتانول تولیدی صنایع فولاد پرداختیم و همچنین ذکر کردیم که برخی صنایع مانند پالایشگاه‌ها، خودروسازان، تولیدکنندگان لوازم بهداشتی و تولیدکنندگان عطر و ادکلن به‌عنوان مصرف‌کنندگان اصلی اتانول از مصرف‌کنندگان اصلی این ماده محسوب می‌شوند. با استفاده از تکنولوژی‌های امروزی می‌توان خروجی کربن صنایع فولادی را ارزان‌تر از قبل به اتانول تبدیل کرد. در روایت قبل گفته شد که صنایع فولادی می‌توانند از بیوچار برای سوخت استفاده کنند و با استفاده از تکنولوژی‌های سنتزی، بیوگاز‌های تک‌کربنه را به بوتانول و اتانول مبدل سازند. در این روایت به نحوه تبدیل گاز‌های تک‌کربنه به اتانول خواهیم پرداخت.

بخشی از فرآیند گذار به دنیای کم‌کربن، مستلزم تغییر در روش تولید آهن و فولاد است. هیچ راه‌حل واحدی برای فولادسازی بدون کربن وجود ندارد و مجموعه گسترده‌ای از گزینه‌های تکنولوژیکی موردنیاز است تا به‌ تنهایی یا در ترکیب با شرایط محیطی منجر به تولید نزدیک به صفر یا صفر کربن شوند.

بیوچار زغال تهیه‌شده از زیست‌توده‌های گیاهی و ضایعات کشاورزی است که عموماً به‌عنوان سوخت یا کود استفاده می‌شود. این ماده به‌ صورت جامد و سرشار از کربن است و می‌توان از آن به‌ عنوان سوخت در صنایع فولادی یا ذوب‌ آهن استفاده کرد. اتانول در جهان عموماً از طریق تخمیر دانه‌های ذرت و ریشه و ساقه‌های نیشکر تولید می‌شود؛ اما راه دیگری نیز برای تولید اتانول وجود دارد که علاوه بر کاهش چشمگیر تولید کربن، می‌تواند برای صنایع فولادی منبع درآمدی جانبی باشد. در ادامه منابعی را می‌بینیم که عموماً می‌توان از آن‌ها زیست‌توده تولید و به بیوچار تبدیل کرد.

در فرآیندی که کارخانه تررو برای تبدیل دی‌اکسیدکربن خروجی به اتانول در پیش گرفته، ابتدا پسماند زیست‌توده‌ها در طی فرآیندی به نام تورِفیکیشن (Torrefication) شکسته، خرد و به زغال زیستی تبدیل می‌شود. این زغال زیستی یا به‌ اصطلاح بیوچار به‌ عنوان سوخت در کوره‌های ذوب‌ آهن مورد استفاده قرار می‌گیرند.

در این پروژه دی‌اکسیدکربن تولیدی از کوره‌های ذوب، جذب و به گاز‌های سنتزی یا سینگاز (Syngas) تبدیل می‌شوند که می‌توانند به‌ جای سوخت‌های فسیلی به کوره‌های بلند ذوب در فرآیند ساخت آهن اسفنجی، تزریق شوند. سینگاز‌های مورد نیاز در این مرحله، مونوکسید کربن و هیدروژن هستند. برای حصول این سینگازها، دی‌اکسیدکربن جذب‌شده با گاز طبیعی متان توسط تورچ پلاسما حرارت داده می‌شود که به این فرآیند، ریفرمینگ خشک (dry reforming) می‌گویند.

امید است در آینده بتوان به‌جای گاز طبیعی متان از بیوگاز یا زباله‌های پلاستیکی استفاده کرد تا کربن مصرفی مجدداً در چرخه تولید قرار گیرد. شرکت‌هایی مثل آرسلورمیتال (ArcelorMittal) و لانزاتک (LanzaTech) در نظر دارند که در آینده، به جایی برسند که تورچ پلاسما نیز با انرژی‌های پاک فعالیت کند تا در کل فرآیند، شاهد کاهش قابل‌توجهی در انتشار کربن باشند. امروز در دانکِرک فرانسه، آرسلورمیتال پروژه‌ای ۲۰ میلیون یورویی را با پشتیبانی یک سازمان فرانسوی آغاز کرده است تا به‌ صورت پایلوت تورچ پلاسمایی بسازد که سینگاز‌های داغ را در آن آزمایش کنند.

پس از ریفورمینگ خشک و حصول مونوکسیدکربن، فرآیند ساخت اتانول آغاز می‌شود. فناوری جدید شرکت لانزاتک به نام کربالیست (Carbalyst) از نوعی میکروارگانیسم خاص و طبیعی استفاده می‌کند که می‌تواند انرژی مورد نیاز خود را از مولکول‌های مونوکسیدکربن به دست آورد و آن را به بیواتانول تبدیل کند. هر تن اتانول زیستی تولیدشده توسط این فناوری به‌طور متوسط می‌تواند جایگزین پنج بشکه بنزین شود و سوخت‌های فسیلی بیشتری را برای نسل‌های آینده در زمین ذخیره نگه دارد.

میکروارگانیسم‌های مورد استفاده در این فناوری از سرده کلستریدیوم کربوکسیدیوران (Clostridium carboxidivorans)، کلستریدیوم راگسدالی (Clostridium ragsdalei) و آلکالاباکیولوم‌ها (Alkalibaculum) هستند که برای تولید سوخت‌های زیستی و مواد شیمیایی به‌دست‌آمده از سینگاز‌ها مورد استفاده می‌گیرند. اجزای سینگاز توسط باکتری‌های کربوکسی دوتروف (carboxydotrophic) از طریق مسیر اَسِتیل‌کوآ (ترکیب کوآنیزیم آ با استیل) تجزیه می‌شوند و اسید‌های کربوکسیلیک، الکل‌ها، سیستم‌های دوفازی آبی و توده‌های سلولی تولید می‌کنند. تخمیر سینگاز می‌تواند از طیف وسیعی از گاز‌های خروجی فولادی و سینگاز‌های منتشرشده از محل دفن زباله‌های آلی و زغال‌ سنگ، اتانول، پروپانول و بوتانول تولید کند.

روش‌هایی که تا پیش از این برای تخمیر سینگاز‌ها در مقیاس بزرگ جهت تبدیل گاز‌های صنایع فولادی به اتانول استفاده شده، بسیار پرهزینه بوده و با محدودیت‌هایی مثل انتقال انبوه، بازدهی پایین و نبود بازار مناسب روبه‌رو بوده است. اما امروزه دست‌یابی به روش‌هایی کم‌هزینه که راندمان تخمیر سینگاز و تولید محصولات جدید با ارزش بالا را افزایش می‌دهد، امکان ایجاد تأسیساتی مناسب برای رسیدن به کربن صفر را افزایش می‌دهد.

در نهایت، تولید اتانول از گاز‌های سنتزی می‌تواند باعث کاهش قیمت مواد غذایی خصوصاً ذرت و نیشکر شود، چراکه بخش عمده اتانول تولیدی در اغلب نقاط جهان با تخمیر دانه‌های ذرت یا ساقه‌های نیشکر به دست می‌آید. با توجه با افزایش جمعیت جهانی و افزایش تقاضا در بخش غذایی، استخراج اتانول از گاز‌های کربن‌دار ضایعاتی علاوه بر محیط زیست‌دوست‌تر بودن، اقدامی بسیار بشردوستانه حساب می‌شود.

منابع:

https://worldsteel.org/wp-content/uploads/Biomass-in-steelmaking.pdf

https://automotive.arcelormittal.com/sustainability/circular_carbon_steelmaking

https://cordis.europa.eu/article/id/443175-converting-wood-waste-into-biofuel-from-steelmaking

https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0960852422009026?via%3Dihub

منبع: فولاد مبارکه