آینده هیدروژن برای صنعت فولاد جهانی


حفاظت از محیط زیست در عصر امروز به یک دغدغه عمومی تبدیل شده است و این امر بسیاری از دولت ها و شرکت های بزرگ را به برنامه ریزی برای حفظ اکوسیستم طبیعی زمین سوق داده است.

آینده هیدروژن برای صنعت فولاد جهانی

بر اساس این گزارش، توافقنامه آب و هوای پاریس یکی از مهم ترین تلاش های دولت ها برای حفاظت از محیط زیست و کاهش انتشار گازهای گلخانه ای است. در حال حاضر استفاده از فناوری های نوین به نام فناوری سبز و دوستدار محیط زیست فصل جدیدی از رقابت صنعتی را گشوده است. مشکل تنها حفظ منابع بیولوژیکی و محیط زیست پیرامون انسان نیست، بلکه کاهش مستمر منابع فسیلی صنعت به ویژه بخش فولاد را با فشار بی‌سابقه‌ای برای کاهش انتشار کربن و دستیابی به توسعه پایدار انرژی مواجه کرده است. این کمبود منابع، دولت ها را مجبور می کند تا راه حل های سودآورتر و کم هزینه تر برای حفظ قدرت اقتصادی بیابند. تولید فولاد ۷ درصد از کل انتشار گازهای گلخانه ای را تشکیل می دهد. امضای توافقنامه پاریس در سال ۲۰۱۵، کشورهای عضو را متعهد به اجرای برنامه های علمی و عملی برای کاهش گازهای گلخانه ای می کند. همچنین تولیدکنندگان فولاد را مجبور می کند تا سیاست های صنعتی آلاینده خود را تعدیل کنند. در همین حال، کشورهایی مانند چین، ژاپن، کره و اتحادیه اروپا تلاش های دوگانه ای را برای به صفر رساندن کربن در تولید فولاد آغاز کرده اند. استراتژی این کشورها حرکت تدریجی به سمت تولید فولاد سودآور و کم آلاینده است.

باید اذعان داشت که صنعت فولاد جهانی در آستانه یک تغییر عظیم از زغال سنگ به هیدروژن است. آژانس بین المللی انرژی اعلام کرده است که با بهبود بهره وری انرژی نیروگاه ها و فرآیندهای موجود، انتشار کربن در صنعت فولاد را می توان به راحتی طی ۵ تا ۱۰ سال آینده کاهش داد، مشروط بر اینکه از فناوری های پیشرفته و مدرن مانند هیدروژن سبز در صنعت فولاد استفاده شود. فرآیند تولید صنعتی استفاده از هیدروژن سبز عملی ترین راه برای تولید فولاد سبز برای حفظ محیط زیست در آینده نزدیک است. گذار به تولید مبتنی بر فناوری های نوین و پاک مانند فولاد سبز یکی از راه حل های اصلی دهه های آینده است. پیش بینی می شود تا سال ۲۰۵۰ حدود ۵۰ درصد از تولید فولاد جهان از فولاد تمیز تشکیل شود. اگرچه هیدروژن جزء اصلی فرآیندهای پالایش سوخت فسیلی است، اما پتانسیل قابل توجهی برای کربن زدایی در فرآیندهای صنعتی دارد. مزایای استفاده از این عنصر مانند فراوانی، همراه با ارزش حرارتی بالا، رسانایی خوب و سرعت واکنش بالا، به آینده محیط زیست و صنعت امیدوار بود. انرژی و حرارت مورد نیاز در فرآیند سنگ آهن به فولاد عمدتاً از زغال سنگ تامین می شود که ضریب رسوب بالایی دارد. امروزه حدود ۷۰ درصد فولاد تولید شده در سراسر جهان در کوره بلند تولید می شود. در این روش از یک کوره بلند یکپارچه و یک کوره مبتنی بر اکسیژن برای تولید فولاد از سنگ آهن استفاده می شود و به زغال سنگ به عنوان مولد نیاز دارد. در حالی که ۲۵ درصد فولاد از زباله های کوره های قوس الکتریکی تولید می شود. در این روش از ضایعات فولاد یا آهن اسفنجی (DRI) به عنوان ماده اولیه برای فرآوری در کوره قوس الکتریکی (EAF) استفاده می شود و ۵ درصد باقیمانده با استفاده از آهن اسفنجی در کوره های قوس الکتریکی تولید می شود. در فرآیند تولید DRI معمولا از زغال سنگ یا گاز استفاده می شود، اما می توان آن را با هیدروژن به اصطلاح سبز (تولید شده با استفاده از انرژی های تجدیدپذیر) جایگزین کرد تا ردپای کربن کاهش یابد. در سال ۲۰۱۶، سه شرکت سوئدی، SSAB، LKAB و Vattenfall، پروژه هیبریت (فناوری پیشرفته آهن‌سازی هیدروژنی) را معرفی کردند و در نهایت موفق به ساخت اولین آهن اسفنجی مبتنی بر هیدروژن (DRI) شدند و امیدواریم تا سال ۲۰۲۶ فناوری خود را به‌کار گیرند. مقیاس بدست آوردن فولاد هیدروژنی آسان نیست. پیش بینی ها در حال حاضر نیاز به بودجه ۱۷۲ تریلیون دلاری برای کربن زدایی بخش انرژی جهانی را نشان می دهد و هزینه تولید فولاد هیدروژنی در شروع کار حدود ۲۸۰ میلیارد دلار تخمین زده می شود که با رشد فناوری به میزان قابل توجهی کاهش خواهد یافت. بیشتر هزینه های تولید فولاد سبز به عملیات مربوط می شود تا هزینه سرمایه. بنابراین کاهش هزینه هیدروژن سبز بسیار مهم است. ساخت و اصلاح نیروگاه های گاز طبیعی در فرآیند سوزاندن هیدروژن می تواند به کاهش هزینه های تولید در دهه های آینده کمک کند. بلومبرگ تخمین می زند که این میزان تا سال ۲۰۵۰ بیش از ۸۰ درصد کاهش می یابد و در اکثر نقاط جهان به کمتر از یک دلار در هر کیلوگرم می رسد. بازیافت سبز نیز راه حلی مقرون به صرفه و فوری است. فولاد بازیافتی با استفاده از ۱۰۰٪ برق تمیز فقط به ۵٪ نیاز دارد تا با هزینه های مواد بازیافتی امروزی مطابقت داشته باشد. تا سال ۲۰۵۰، با هزینه های کمتر برای برق پاک، این هزینه اضافی می تواند به کمتر از ۱ درصد کاهش یابد. از سوی دیگر، تولید فشرده فولاد سبز مستلزم ساخت چندین کارخانه آهن مستقیم و کوره های الکتریکی است. روش های تغییر و استفاده از هیدروژن و همچنین مقادیر زیاد انرژی های تجدیدپذیر و عیار بالای سنگ آهن در این امر حائز اهمیت است. با این حال، به نظر می رسد که بشریت تا سال ۲۰۵۰ به سطحی از توانایی علمی رسیده است که تولید فولاد هیدروژنی جزو صنایع نسبتا ارزان خواهد بود. با این حال، در سال ۲۰۵۰، بخش بزرگی از تولید فولاد جهان همچنان بر اساس فناوری های قدیمی خواهد بود.

استفاده از هیدروژن تأثیر زیادی بر آینده تولید و بازار فولاد خواهد داشت و بر رشد صنعتی و اقتصادی کشورها تأثیر خواهد گذاشت. بر این اساس، کشورهای مختلف برنامه های خاصی را برای استفاده از مزایای این تغییر تدوین کرده اند. برای دستیابی به فولاد پاک، افزایش مقدار فولاد بازیافتی، به ویژه در چین، تامین انرژی پاک برای کوره های الکتریکی، طراحی ظرفیت جدید نیروگاه های مبتنی بر هیدروژن یا جاذب های کربن، ترکیب و افزودن هیدروژن به نیروگاه های زغال سنگ و گاز برای کاهش هیدروژن. هزینه: حفاظت از محیط زیست، پردازش و ارتقا یا بسته شدن ظرفیت باقیمانده نیروگاه های سوخت زغال سنگ دیگر تا سال ۲۰۵۰ دور از ذهن نیست. به نظر می رسد در ۱۰ سال آینده شاهد تقاضا برای فولاد در هند و برخی کشورها با سرعت بیشتری در صنعت باشیم. سرعت نسبت به سایر کشورها؛ بنابراین آماده سازی فولادسازان هندی و بین المللی برای پاسخگویی به نیازهای بازار در آن زمان ضروری است، در غیر این صورت بازار فولاد دوره پرنوسانی را تجربه خواهد کرد که تاثیر جدی بر رشد و سبز شدن آن خواهد داشت.

برای تولید فولاد هیدروژنی سبز به کوره های برقی و سنگ آهن مرغوب نیاز است که نقطه جذابی در تولید و فروش فولاد خواهد بود. استخراج سنگ آهن با کیفیت بالا بر فناوری های معادن فعلی تأثیر می گذارد. اگر چه استرالیا دارای بیشترین ذخایر سنگ آهن است، اما با توجه به کیفیت و عیار نسبتاً بالای سنگ آهن برزیل و تا حدودی روسیه، اگر این کشور نمی تواند با چالش تولید سنگ آهن مرغوب که نیازمند سرمایه گذاری در فناوری های جدید و توسعه است، مقابله کند. زیرساختی است که باید به آن افتخار کرد، باید منتظر باشیم تا بازار صادراتی این کشور در دهه های آینده کاهش یابد. از سوی دیگر آفریقای جنوبی و هند نیز دارای ذخایر سنگ آهن خوبی هستند و ظرفیت تولید سنگ آهن زیادی با کیفیت مناسب را دارند که قابل رقابت با سنگ آهن صادراتی استرالیا خواهد بود.

در سال‌های آینده، زمانی که تولید هیدروژن و فولاد تمیز سریع‌تر شود، چین همچنان نقش اصلی خود را در تولید فولاد جهان ایفا خواهد کرد. این کشور در حال حاضر بیش از ۵۰ درصد ظرفیت فولادسازی جهان را در اختیار دارد و مسیر آینده خود را به سمت کاهش انتشار گازهای گلخانه ای و تولید فولاد سبز تغییر داده است. به نظر می رسد صنعت فولاد چین علاوه بر استفاده از فناوری های تولید فولاد هیدروژنی و فناوری های کربن زدایی فولاد، به افزایش بازیافت و بهره وری انرژی نیز علاقه مند است. ایالات متحده آمریکا پس از خروج دونالد ترامپ از توافقنامه پاریس و بازگشت مجدد به این توافق در ابتدای ریاست جمهوری جو بایدن، سیاست های هدفمندی را برای کاهش انتشار گازهای گلخانه ای اتخاذ کرد. اختصاص یارانه به شرکت هایی که از فناوری های روز استفاده می کنند. از جمله تخصیص اعتبارات مالی و کاهش مالیات، الزام بخش دولتی به خرید فولاد سبز و افزایش قیمت کربن در راستای کربن زدایی صنعت، بخشی از برنامه های این کشور برای تولید فولاد پاک است.

با توجه به اهمیت استفاده از فناوری های نوین سازگار با طبیعت و ارتقای کیفیت محصولات فولادی حاصل از این فناوری ها، حرکت صنعت فولاد کشور در این مسیر ضروری است. در حال حاضر چالش‌های ناشی از کمبود انرژی در کشور بر تولید فولاد تأثیر گذاشته و در کنار نیاز به نوسازی زیرساخت‌های صنعتی کشور، این موارد اصلی‌ترین موضوعاتی است که باید به آن پرداخته شود. زیرا در آینده برای حفظ رقابت پذیری در تولید و فروش در بازارهای جهانی نیازمند استفاده از فناوری های مدرن مانند فولاد هیدروژنی هستیم.