آهن اسفنجی؛ راهی به سوی تولید فولاد سبز

به گزارش می‌متالز، آهن اسفنجی به‌عنوان یک محصول میانی کلیدی در زنجیره تولید فولاد، نقشی محوری در کاهش ردپای کربن این صنعت ایفا می‌کند. آهن اسفنجی، محصولی متخلخل و پرعیار از آهن است که از طریق احیای مستقیم سنگ آهن با استفاده از گاز‌های احیاکننده مانند گاز طبیعی یا هیدروژن تولید می‌شود. این روش، برخلاف کوره‌های بلند سنتی که وابسته به کک زغال‌ سنگ هستند، امکان تولید آهن با خلوص بالا و آلایندگی کمتر را فراهم می‌کند. به باور کارشناسان در روش تولید احیای مستقیم، حدود ۱۳۰۰ کیلو گاز گلخانه‌ای CO۲ به ازای هر‌تن فولاد تولید می‌شود، درحالی‌که این عدد در کوره بلند تا ۲۳۰۰ کیلو CO۲ به ازای یک‌تن فولاد می‌رسد.

مزایای آهن اسفنجی چیست؟

کاهش چشمگیر انتشار CO۲یکی از مهم‌ترین مزایای تولید آهن اسفنجی است، علاوه‌بر این استفاده از هیدروژن به‌عنوان گاز احیاکننده، قابلیت کاهش انتشار کربن تا صفر را نیز دارد. انعطاف پذیری در مقیاس تولید و سازگاری با منابع گازی مختلف، از دیگر نقاط قوت آهن اسفنجی محسوب می‌شود. این ویژگی ها، امکان استقرار واحد‌های تولیدی در مجاورت منابع سنگ آهن و گاز را فراهم کرده و هزینه‌های حمل‌ونقل را نیز کاهش می‌دهد.

زیرساخت‌های مورد نیاز

برای تولید آهن اسفنجی، دسترسی به منابع غنی سنگ آهن و گاز طبیعی یا هیدروژن ضروری است. سرمایه‌گذاری در احداث کارخانه‌های احیای مستقیم، خطوط انتقال گاز و بندرگاه‌های صادراتی، از دیگر الزامات توسعه این صنعت به‌شمار می‌رود، همچنین تکنولوژی‌های نوین تولید هیدروژن سبز، نقشی کلیدی در آینده آهن اسفنجی بازی خواهند کرد.

وضعیت ایران و کشور‌های پیشرو در تولید آهن اسفنجی

طبق آمار‌های منتشرشده از سوی GMK Center تولید جهانی آهن اسفنجی در سه‌ ماهه اول سال‌۲۰۲۴ با رشد ۷.۴درصدی نسبت به مدت مشابه سال‌۲۰۲۳، به ۲۸.۰۹میلیون تن رسید. درمیان ۱۳ کشور تولیدکننده آهن اسفنجی، هند با تولید ۴.۲۳میلیون تن، ایران با ۱.۹۳‌میلیون تن، روسیه با ۷۰۰‌هزار تن و عربستان‌ سعودی با ۶۰۲‌هزار تن، بیشترین سهم را در تولید این محصول در ماه مارس ۲۰۲۴ داشته‌اند.

در مجموع سال‌۲۰۲۳، تولید جهانی آهن اسفنجی با رشد ۷.۴ درصدی نسبت به سال‌ ۲۰۲۲، از ۱۲۶.۱۶ میلیون تن به ۱۳۵.۵۱ میلیون‌ تن افزایش یافت. هند با تولید ۴۹.۳۳ میلیون تن، بیش از ۳۶‌درصد از کل تولید جهانی را به خود اختصاص داد، پس از آن ایران با ۳۳.۴۵میلیون تن، روسیه با ۷.۷۸ میلیون تن، مصر با ۷.۲۲میلیون‌ تن و عربستان‌ سعودی با ۶.۸۲ میلیون تن، در رتبه‌های بعدی قرارگرفتند.

بر اساس پیش‌بینی «وورلد استیل داینامیکس»، تولید جهانی آهن اسفنجی تا سال‌۲۰۳۰ نسبت به سال‌پایه ۲۰۱۹، رشد ۵۶.۲درصدی و در مقایسه با سال‌۲۰۲۲، افزایش ۴۰‌درصدی خواهد داشت و به ۱۷۵‌میلیون‌ تن خواهد رسید.

انتظار می‌رود بیشترین رشد تولید آهن اسفنجی در اتحادیه اروپا و کشور‌های منطقه منا (خاورمیانه و شمال آفریقا) رخ دهد.

کشور‌های حاشیه خلیج‌فارس نیز با اتکا به منابع غنی گاز طبیعی و نزدیکی به بازار‌های آسیا و اروپا، درصدد توسعه صنعت آهن اسفنجی برآمده‌اند. عربستان‌ سعودی، امارات و عمان با مشارکت شرکت‌های معتبر بین‌المللی همچون Vale برزیل، کارخانه‌های احیای مستقیم را راه‌اندازی کرده و پس از تسلط بر تکنولوژی تولید هیدروژن سبز، عرضه آهن اسفنجی کم کربن را در دستور کار خود دارند.

ایران با داشتن ۳‌ میلیارد‌ تن ذخایر سنگ آهن و برخورداری از منابع ارزان گاز طبیعی، پتانسیل بالایی برای تولید آهن اسفنجی دارد. از تولید سالانه ۳۰‌میلیون‌ تن فولاد در کشور، تنها نیمی در داخل مصرف می‌شود و نیمی دیگر قابلیت صادرات دارد، با این‌وجود هزینه بالای تولید هیدروژن با تکنولوژی ریفورمینگ گازی، مانعی جدی بر سر راه تولید آهن اسفنجی سبز در ایران است. تمرکز بر توسعه فناوری‌های نوین تولید هیدروژن و جذب سرمایه‌گذاری خارجی می‌تواند ضامن موفقیت ایران در این عرصه باشد.

انرژی ارزان؛ مزیت نسبی ایران در تولید آهن اسفنجی

محمد مکملی، کارشناس حوزه معدن و استاد دانشگاه تهران بیان کرد: مزیت نسبی کشور ما نسبت به سایر کشور‌های فعال در حوزه تولید آهن، انرژی ارزان است.

به‌طور کلی، دو روش اصلی کوره پایه بلند و احیای مستقیم برای تولید آهن وجود دارد. به عقیده او، در روش احیای مستقیم، از گاز طبیعی یا گاز هیدروژن استفاده می‌شود، درحالی‌که سوخت مورد‌نیاز برای تولید آهن از طریق کوره‌های کوره‌بلند، کک است که قیمت بسیار بالایی دارد.

مکملی گفت: در سال‌گذشته، قیمت هر‌تن کک حدود ۴۰۰ دلار بود. برای مثال، ذوب‌آهن اصفهان برای تولید هر‌تن فولاد، حدود ۵۰۰کیلو کک مصرف می‌کند که در مقایسه با قیمت گاز طبیعی بسیار بالا است و در نتیجه، سودآوری کمتری دارد. مکملی افزود: علاوه‌بر بحث قیمت، مساله مخرب‌بودن کوره بلند‌ها برای محیط‌زیست نیز مطرح است. در روش تولید احیای مستقیم، حدود ۱۳۰۰کیلو گاز گلخانه‌ای CO۲ به ازای هر‌تن فولاد تولید می‌شود، درحالی‌که این رقم در کوره بلند‌ها تا ۲۳۰۰کیلو CO۲ به ازای یک‌تن فولاد می‌رسد، بنابراین می‌توان گفت گاز گلخانه‌ای ناشی از روش احیای مستقیم بسیار کمتر از کوره‌بلند است.

به گفته او از سال‌۲۰۲۶، اتحادیه اروپا مالیات کربن (Carbon tax) را برای تمامی کشور‌ها اجرا خواهد کرد. مالیات کربن به‌معنای دریافت مالیات به ازای میزان مشخصی گاز گلخانه‌ای است.

برای نمونه، در سال‌۲۰۲۳، کشور سوئد ۷۰یورو به ازای هر کیلو گاز CO۲ مصرف مازاد بر میزان تعیین‌شده دریافت کرده‌ است.

همچنین در کشور کانادا، در سال‌۲۰۲۳ به ازای ایجاد هر‌تن CO۲ بیشتر از حد مجاز، ۳۰ دلار دریافت شده‌است و این رقم در سال‌۲۰۳۳ به ۱۷۰دلار به ازای هر‌تن افزایش خواهد یافت.

مکملی بیان کرد: ایران سالانه ۳۰‌میلیون‌ تن فولاد تولید می‌کند که از این مقدار، حدود ۱۵‌میلیون‌ تن مصرف داخلی است و مابقی مازاد بر مصرف محسوب می‌شود.

بخشی از این مازاد به کشور‌های تحت‌نظارت اتحادیه اروپا صادر خواهد شد و در نتیجه، تولید محصولات دوستدار محیط‌زیست اهمیت ویژه‌ای پیدا می‌کند.

این استاد دانشگاه با اشاره به وضعیت زیست‌محیطی روش احیای مستقیم گفت: اگرچه روش احیای مستقیم میزان گاز گلخانه‌ای کمتری نسبت به روش کوره‌بلند تولید می‌کند، اما همچنان نمی‌توان ادعا کرد که این روش هیچ آسیبی به محیط‌زیست نمی‌زند.

او افزود: تولید فلز بدون ایجاد CO۲ تنها در صورت استفاده از هیدروژن در روش احیای مستقیم امکان‌پذیر است.

شرکت «میدرکس»، به‌عنوان یک شرکت پیشروی جهانی، موفق شده‌است با تولید بر پایه هیدروژن، انتشار دی اکسید‌کربن را به صفر برساند. متاسفانه در حال‌حاضر، تکنولوژی غالب تولید هیدروژن در ایران، ریفورمینگ است که باعث افزایش هزینه هیدروژن شده و تولید احیای مستقیم با استفاده از هیدروژن را غیراقتصادی می‌کند.

به بیان او، در سال‌۲۰۲۳، ۱۲۰‌میلیون‌ تن آهن اسفنجی در جهان تولیدشده‌است و پیش‌بینی‌ها نشان می‌دهد که تا سال‌۲۰۵۰، تولید آهن اسفنجی با هدف کاهش آلایندگی‌ها به ۳۲۰‌میلیون تن خواهد رسید.

مکملی در پایان گفت: کشور‌های منطقه نیز در این زمینه پیشرفت‌هایی داشته‌اند. برای مثال شرکت Vale برزیل با سه کشور عربستان‌ سعودی، عمان و امارات تفاهم‌نامه‌ای امضا کرده‌ است تا تکنولوژی احیای مستقیم را به این کشور‌ها منتقل کند. در حال‌حاضر این شرکت‌ها در کشور‌های مذکور با استفاده از گاز طبیعی، از تکنولوژی احیای مستقیم بهره می‌برند و پس از دستیابی به تکنولوژی تولید هیدروژن ارزان، این روش بر پایه هیدروژن دنبال خواهد شد.

فولاد سبز؛ کلید توسعه

با تشدید چالش‌های زیست‌محیطی و تصویب مقرراتی همچون مالیات کربن در اتحادیه اروپا، تقاضا برای محصولات فولادی سازگار با محیط‌زیست هر روز در حال افزایش است. بر این اساس، دستیابی به تکنولوژی تولید آهن اسفنجی با خوراک هیدروژن سبز، کلید طلایی موفقیت در آینده صنعت فولاد محسوب می‌شود. کشور‌هایی که هم‌اکنون این مسیر را درپیش گرفته‌اند، بی‌تردید از مزیت‌های رقابتی فراوانی در بازار‌های جهانی بهره‌مند خواهند شد. شرکت‌های بزرگ فولادسازی جهان نیز از قافله تحول سبز عقب نمانده‌اند. غول‌های صنعتی همچون «آرسلورمیتال» و «تیسن‌کروپ» با سرمایه‌گذاری‌های کلان در حوزه تحقیق و توسعه، به‌ دنبال بهینه‌سازی فرآیند‌های تولید آهن اسفنجی و کاهش ردپای کربن خود هستند. این شرکت‌ها با درک صحیح از آینده بازار و الزامات سختگیرانه زیست‌محیطی، خود را برای عصر فولاد سبز آماده می‌کنند.

منبع: دنیای اقتصاد