آینده زمین در دست فولادسازان

فولاد متداول‌ترین فلز استفاده‌شده در دنیای امروز و دارای ویژگی‌های منحصر به فردی در بسیاری از جنبه‌های زندگی مدرن امروزی از هواپیما و کشتی‌ها گرفته تا ماشین‌های شست‌وشو و لوازم منزل است.در سال‌های اخیر توجه به گرمایش جهانی و پیامدهای نامطلوب استفاده از سوخت‌های فسیلی سبب شد تا دانشمندان و مهندسان صنعت فولاد جهان در یک رقابت جدید، به بررسی استفاده از سوخت هیدروژن به‌جای سوخت فسیلی در فرآیند تولید فولاد مشغول شوند. صمت در این گزارش با تاکید بر آینده فناوری فولاد سبز، به تشریح نگاهی پرداخته است که فودلادسازان را رهبران آینده زمین می‌داند.

سهم آهن و فولاد در انتشار گازهای گلخانه‌ای

صنعت آهن و فولاد مسئول انتشار بیش از ۸ درصد از گازهای گلخانه‌ای در جهان است و از سویی دیگر، بسیاری از تکنولوژی‌های فولادسازی نیز به مقدار قابل‌توجهی زغال‌سنگ نیاز دارند. این موارد، اهمیت توجه به کاهش آلایندگی‌های ناشی از صنعت فولاد را روشن می‌سازد. براساس توافقنامه پاریس، لازم است که در سال ۲۰۵۰ میلادی، میزان انتشار گازهای گلخانه‌ای ناشی از صنعت فولاد به حدود ۴۰۰ تا ۶۰۰ میلیون تن در سال کاهش یابد.در سال‌های اخیر، تولید فولاد سبز برای کاهش تولید گازهای گلخانه‌ای به‌شدت مطرح شده است. جایگزین کردن هیدروژن به‌جای کربن، پاک‌ترین روش برای تولید فولاد سبز است. بااین‌حال، یکی از چالش‌های اصلی در این روش، هزینه بالای تولید هیدروژن است. در مسیر کاهش هزینه‌های تولید فولاد سبز بدون سوخت فسیلی، هیدروژن تولیدشده با استفاده از انرژی‌های تجدیدپذیر، معروف به هیدروژن سبز، به‌عنوان یک واکنش‌دهنده برای جایگزینی سوخت‌های رایج در فرآیند فولادسازی مورداستقبال قرار گرفته است. در کل، هیدروژن سبز به 2 روش می‌تواند در تکنولوژی تولید فولاد به کار رود. در روش اول، از هیدروژن به‌عنوان یک تزریق جایگزین برای تزریق پودر زغال‌سنگ به کوره بلند استفاده می‌شود که می‌تواند انتشار کربن را تا ۲۰ درصد کاهش دهد. این روش موجب تولید فولاد بدون کربن نمی‌شود، زیرا در نهایت، زغال‌سنگ به کک تبدیل می‌شود و کربن در فرآیند حضور دارد. در روش دیگر، هیدروژن می‌تواند به‌عنوان یک احیاکننده جایگزین برای تولید آهن‌اسفنجی (DRI) استفاده شود که در نهایت با استفاده از کوره قوس الکتریکی به فولاد تبدیل می‌شود. این تکنولوژی تولید، با عنوان DRI/EAF مبتنی بر هیدروژن به‌عنوان روش تولید فولاد سبز بدون کربن در حال ‌توسعه است. استفاده از هیدروژن سبز و همچنین برق تجدیدپذیر از باد، خورشید یا آب، تولید فولاد کمابیش بدون کربن با این روش را امکان‌پذیر می‌کند. فرآیند تولید فولاد DRI/EAF مبتنی بر هیدروژن سبز در مقیاس بزرگ شامل مراحل زیر است:

۱- تولید هیدروژن سبز: هیدروژن سبز، برخلاف هیدروژن خاکستری که از سوخت‌های فسیلی حاصل می‌شود، از الکترولیز آب در فرآیندی که به مقدار زیادی برق نیاز دارد، تولید می‌شود. بااین‌حال، استفاده از انرژی‌های تجدیدپذیر نظیر نور خورشید و باد می‌توانند چالش مصرف زیاد برق در این روش را برطرف سازند.

۲- تولید آهن‌اسفنجی: گندله سنگ‌آهن با هیدروژن احیاشده تا آهن‌اسفنجی تولید شود. با استفاده از هیدروژن به‌عنوان ماده احیاکننده، فقط بخار آب آزاد می‌شود.

۳- تولید فولاد خام با استفاده از کوره قوس‌الکتریکی: در کوره قوس‌الکتریکی، استفاده از منابع تجدیدپذیر در تولید برق می‌تواند مسیر را برای تولید فولاد سبز بدون انتشار کربن فراهم سازد.

بااین‌حال، در حال‌ حاضر، هیدروژن سبز تنها در مقادیر کم تولید شده و توسعه آن می‌تواند چشم‌انداز روشنی را برای صنعت فولاد سبز به‌دنبال داشته باشد. شرکت‌های فولادسازی پیشرو نظیر آرسلورمیتال و بائو چین گام‌های بزرگی را برداشته‌اند و انتظار می‌رود که در آینده‌ای نزدیک، شاهد کاهش هزینه‌های تولید فولاد سبز باشیم.

نخستین گام در مسیر تولید فولاد سبز

نخستین گام جدی در مسیر تولید فولاد سبز با هیدروژن سبز توسط مشارکت چندین شرکت در کشور سوئد آغاز شد. روش تولید مذکور، روش هایبریت، یک طرح نوآورانه بود که به‌عنوان نخستین تکنولوژی فولادسازی بدون سوخت فسیلی و کمابیش فاقد اثری از کربن در کشور سوئد مطرح شد. مسیر تولید به روش HYBRIT مشابه فرآیندهای احیا مستقیم است و تنها به‌جای انتشارکربن، هیدروژن با اکسیدهای آهن واکنش می‌دهد و آب تشکیل می‌شود. در واقع، جایگزینی هیدروژن به‌عنوان سوخت سبب می‌شود که محصول خروجی به‌جای آلاینده‌های کربنی، بخار آب باشد که دوباره نیز می‌تواند در چرخه سبز تولید مورداستفاده قرار گیرد. جالب است که شرکت HYBRIT نخستین فولاد سبز بدون سوخت فسیلی را در سال ۲۰۱۹ میلادی تولید و گروه خودروسازی ولوو نخستین محصول آن را خریداری کرد و در ساخت خودروهای سنگین خود به کار برد. طبق پیش‌بینی‌ها در سال ۲۰۲۶ چنین فولادی در مقیاس تجاری روانه بازار خواهد شد. بد نیست، بدانیم که خودروسازی مرسدس بنز آلمان نیز برای استفاده از فولاد سبز در قطعات خودرو با امضای قراردادی به یکی از مشتریان بزرگ شرکت سوئدی تبدیل شده است.از آنجا که بیشتر تولیدکنندگان فولاد در ایران، از روش قوس الکتریکی استفاده می‌کنند، مسیر برای دستیابی به فولاد سبز مبتنی بر هیدروژن هموارتر از کشورهایی است که بیشتر فولاد خود را با کوره بلند تولید می‌کنند. همچنین، باتوجه به موقعیت جغرافیایی ایران، شرایط برای تولید برق از انرژی‌های تجدیدپذیر موردنیاز برای تولید هیدروژن مهیا است. از سویی دیگر، باتوجه به روند خشکسالی در ایران، آب به‌عنوان یکی از محصولات جانبی تولید فولاد سبز می‌تواند بخش عمده‌ای از مصرف آب موردنیاز در صنعت تولید فولاد داخل را جبران کند.

مانع اصلی بر سر راه تولید فولاد سبز

واضح است که پاک‌تر کردن یکی از بزرگ‌ترین صنایع منتشرکننده کربن یک راه‌حل کلیدی در راستای مبارزه با تغییرات آب‌وهوایی است. میزان انتشارات صنعت فولاد تا سال ۲۰۵۰ باید به میزان ۵۰درصد کاهش یابد و پس از آن نیز به کاهش مداوم ادامه داده تا به اهداف آب‌وهوایی مطابق با آژانس بین‌المللی انرژی (IEA) برسد، اما این هدف مهم چگونه قابل‌دستیابی خواهد بود؟ بسیاری اعتقاد دارند که فولاد سبز پاسخ این مسئله است.از اساس تعریف فولاد سبز، تولید فولاد بدون استفاده از سوخت فسیلی است. هیدروژن سبز راه‌حلی است که می‌تواند به کاهش رد پای کربن در صنعت فولاد کمک کند. هیدروژن هنگام سوختن تنها آب تولید می‌کند و اگر خود هیدروژن نیز با استفاده از الکترولیز آب و تنها با استفاده از انرژی الکتریکی تجدیدپذیر تولید شود، پس این هیدروژن به‌طورکامل خالی از انتشار کربن خواهد بود. همچنین، هیدروژن اگر با استفاده از سوخت‌های فسیلی و تکنولوژی‌های جذب، استفاده و ذخیره کربن تولید شود، بسیار کم‌کربن خواهد بود که با عنوان هیدروژن آبی شناخته می‌شود.کوره‌های قوس الکتریکی گزینه دیگری هستند. این کوره‌ها به‌تدریج در حال جایگزین شدن به‌جای انواع کوره بلندهای متداول هستند، اما این کوره‌ها همیشه با استفاده از منابع تجدیدپذیر تغذیه نمی‌شوند و بنابراین فولادی که تولید می‌کنند، همیشه سبز نخواهد بود.بسیاری از بزرگ‌ترین تولیدکنندگان فولاد دنیا برنامه‌هایی برای کاهش ردپای کربن خود با استفاده از کوره‌های قوس الکتریکی دارند. اما گزارش‌ها نشان می‌دهد که ‌گذار از کوره‌های بلند قدیمی به کوره‌های قوس الکتریکی در وضعیت رکود است و به‌طرزچشمگیری از اهداف کربن‌زدایی کامل فاصله دارد.براساس این گزارش، تنها ۳۱درصد از ظرفیت تولید فولاد در جهان از کوره‌های الکتریکی استفاده می‌کنند و متاسفانه تنها ۲۸درصد از ظرفیت‌های در حال احداث از این تکنولوژی بهره خواهند برد، که راه‌حل این مشکل ممانعت از سرمایه‌گذاری در کوره‌های بلند با سوخت زغال‌سنگ و تسریع روند سرمایه‌گذاری در فولادسازی‌هایی با تکنولوژی کوره قوس‌الکتریکی است.

راه‌حل هیدروژنی نیز با موانعی روبه‌رو هستند، مانع اصلی بر سر راه تولید فولاد سبز، در دسترس بودن هیدروژن کم‌کربن است. افزایش مقیاس تولید فولادسبز نیاز به مقادیر زیادی از هیدروژن سبز یا آبی دارد.درباره هزینه‌های تولید فولاد سبز، می‌توان گفت که تولید هیدروژن پاک در مقیاس صنعتی نیاز به سرمایه‌گذاری‌های میلیارد دلاری در بخش تولید انرژی‌های تجدیدپذیر خواهد داشت که یک کلید اساسی در راستای تحقق هدف دستیابی به صفر خالص تا سال ۲۰۵۰ در اروپا است.آرسلورمیتال، بزرگ‌ترین تولیدکننده فولاد در اروپا، بیان می‌کند که کربن‌زدایی از فرآیندهای تولید، همگام با اهداف اتحادیه اروپا، می‌تواند تا ۴۰ میلیارد دلار هزینه داشته باشد. چین نیز متعهد شده است که تا سال ۲۰۶۰ به شرایط کربن خنثی برسد که این امر مستلزم کربن‌زدایی از صنعت فولاد چین بوده که مسئول انتشار یک‌سوم کل انتشارات کربن در این کشور است.حفظ محیط‌زیست یکی از اصلی‌ترین رئوس برای توسعه پایدار در بخش معدن است که در سال‌های اخیر بیش از گذشته موردتوجه معدنکاران قرار گرفته است. امروز شرکت‌های بزرگ معدنی و صنایع معدنی اقدامات زیست‌محیطی را جزو اولویت‌های اصلی خود قرار داده‌اند تا بتوانند به توسعه پایدار دست پیدا کرده و کمترین آسیب را به محیط‌زیست وارد کنند. متاسفانه در گذشته به‌دلیل  بی‌توجهی به محیط‌زیست، تقابل میان بخش معدن و محیط‌زیست شدت گرفت و بسیاری از فعالان این بخش مخالف برخی فعالیت‌های معدنی بودند. چنین نگاهی باعث شد تا برخی از پروژه‌های معدنی مشمول گذر زمان و تاخیر در اجرا شوند، در حالی که با افزایش توجه به محیط‌زیست و تعریف استانداردهای لازم، عبور از این مشکل امکان‌پذیر بود. رفته‌رفته فعالان بخش معدن تعامل با محیط‌زیست و منابع‌طبیعی را در دستور کار قرار دادند تا بتوانند با حداقل آسیب از ذخایر موجود بهره‌برداری کنند.

معدنکاری سبز، جزو الزامات بخش معدن

این موضوع در کشورهای معدنی دنیا نیز به‌خوبی قابل رویت است و می‌توان از تجربیات آنها در این بخش نیز استفاده کرد. حرکت به‌سمت معدنکاری سبز می‌تواند راهگشای این مشکل باشد. معدنکاری سبز فناوری جدیدی است که شرکت‌های معدنی زیادی در جهان تلاش می‌کنند تا با استفاده از آن آسیب‌های زیست‌محیطی معدنکاری را به‌حداقل برسانند. ایران جزو کشورهای با ظرفیت خوب معدنی است که این موضوع را در دستور کار قرار داده، اما فعالیت‌های معدن و معدنکاری در محیط‌زیست و منابع‌طبیعی زیرساخت‌ها و شرایط خاص خود را می‌طلبد که بخشی از آن باید از سوی معدنکاران و بخشی دیگر باید با حمایت‌های ویژه از سوی دولت فراهم شود.در حال‌ حاضر فعالیت‌های معدنکاری در ایران به‌گونه‌ای است که محدوده بزرگی را به شکل آزمون و خطا مورد بررسی قرار داده و با حفاری‌های بسیار، در آخر رگه موردنظر را که برای آنها ارزش اقتصادی دارد، پیدا کرده است و نسبت به برداشت از آن اقدام می‌کنند. این در حالی است که با استفاده از فناوری‌های نوین می‌توان در مرحله نخست به نقاطی که برداشت از آن ارزش اقتصادی دارد، دست یافت و دیگر به ساخت جاده‌های مختلف تخریب پوشش گیاهی و مانند آنکه موجب تخریب محیط‌زیست می‌شود، نیاز نخواهد بود. در این بین، علاوه‌ بر ورود تکنولوژی‌های جدید که شاید متاثر از شرایط تحریمی کار دشواری باشد باید به‌سمت توسعه آموزش‌ها در بخش معدنکاری سبز نیز حرکت کرد. البته باتوجه به تاکیدهای انجام‌گرفته در بحث استفاده از ظرفیت دانش‌بنیان‌ها، می‌توان بر مشکلات ناشی از تحریم نیز فائق آمد و به‌سراغ بومی‌سازی برخی تکنولوژی‌ها رفت. از سویی دیگر، نوسازی ناوگان ماشین‌آلات معدنی نیز می‌تواند گامی دیگر در راستای کاهش مخاطرات زیست‌محیطی باشد که بخشی از آن نیازمند حمایت‌های دولت به‌ویژه وزارت صنعت، معدن و تجارت است.معدنکاری سبز جزو الزامات بخش معدن است. در تمامی کشورهای دنیا کسانی که به‌عنوان بهره‌بردار معدنی در این بخش مشغول به فعالیت هستند، باید کمترین آسیب را به محیط‌زیست وارد کنند، اما متاسفانه سال‌ها قبل در ایران توجه چندانی به این موضوع انجام نمی‌گرفت، زیرا ما به‌صورت علمی و حرفه‌ای با آن برخورد نمی‌کردیم. این موضوع باعث شد تا سازمان حفاظت محیط‌زیست و منابع‌طبیعی نسبت به فعالیت‌های معدنی بدبین شوند و احساس کنند که معدنکاری به‌معنای تخریب محیط‌زیست است. در حالی چنین دیدگاهی نسبت به بخش معدن شکل گرفت که معدن ارزش‌افزوده و رونق اقتصادی را به‌همراه دارد و نقش مهم در کاهش وابستگی به اقتصاد نفتی ایفا می‌کند. در نتیجه، لازم است استانداردهایی منطبق با شرایط ایران برای معدنکاری تعریف شود. شاید در برخی موارد ما بهتر از استانداردهای اروپا عمل کنیم، اما در برخی موارد هم نزدیک به آنها اقدام می‌کنیم.

سخن پایانی

باتوجه به موارد یادشده، ایران دارای اقلیم و آب‌وهوای متفاوت است. از سویی دیگر، امروز شاهد بحران خشکسالی هستیم که می‌تواند بخش کشاورزی را تحت‌تاثیر قرار دهد، در نتیجه باید به فکر جایگزین کردن درآمدهای بخش کشاورزی و اشتغال موجود در آن بود که معدن می‌تواند با برنامه‌ریزی دقیق و کارشناسی یکی از جایگزینی‌های این موضوع باشد.البته فراموش نکنیم این برنامه‌ریزی باید به‌صورتی باشد که آسیب‌های وارده به محیط‌زیست به حداقل میزان خود برسد. از سویی دیگر، باید احیا و بازسازی معادن نیز در دستورکار و برنامه‌های معدنکاران قرار بگیرد. بدون شک با چنین برنامه‌ریزی‌ که جمیلی به آن اشاره داشت، می‌توان شاهد کاهش چالش‌های موجود میان معدنی‌ها و محیط‌زیست بود که خود این بخش را به توسعه پایدار نزدیک‌تر می‌کند.  بی‌تردید باید تعامل و تفاهم میان محیط‌زیست و بخش معدن در دستورکار باشد. در ایران نیازمند انجام اکتشافات تکمیلی هستیم تا میزان مزیت‌های معدنی و مناطق آن مشخص شود، اما این کار باید در راستای استانداردهای محیط‌زیست صورت بگیرد. همچنین، باید چالش‌ها در این‌باره را به‌حداقل رساند و باید به این‌ باور دست پیدا کرد که نیازمند بهره‌برداری از نعمت‌های خدادادی هستیم تا حداکثر ارزش‌افزوده را برای ما به‌همراه داشته باشد. بهره‌برداری از این ذخایر نیز نیازمند اجازه ارگان‌ها و سازمان‌های مختلف برای انجام اکتشافات تکمیلی است/روزنامه صمت