آیا فولاد سبز آماده جهش صنعتی است؟

احسان رنجبران_ پایگاه خبری «معدن نامه»: طبق بسیاری از گزارش‌های بین المللی صنعت فولادسازی یکی از مهم‌ترین عوامل انتشار گازهای گلخانه‌ای در جهان محسوب می‌شود و «فولاد سبز» می‌خواهد با راهکارهایی مانند جایگزینی زغال‌سنگ با سوخت‌های پاک‌تر این روند را اصلاح کند. اما سوال مهم این است که آیا این فناوری برای استفاده در مقیاس بزرگ آماده است؟

فولاد سبز با جایگزینی زغال‌سنگ با هیدروژن سبز، می‌تواند تا ۹۵ درصد از انتشار کربن را کاهش دهد. اگرچه هنوز فرایندی پرهزینه و انرژی‌بر است، اما یکی از امیدبخش‌ترین مسیرها برای کربن‌زدایی صنعت فولاد محسوب می‌شود.

تولید فولاد حدود ۱۱ درصد از کل انتشار دی‌اکسید کربن در جهان را تشکیل می‌دهد. با تولید سالانه نزدیک به ۱.۸ میلیارد تن فولاد، این رقم در صورت ادامه روند فعلی افزایش می‌یابد و کارشناسان پیش‌بینی می‌کنند این میزان تا سال ۲۰۵۰ دو برابر شود. در واکنش به این بحران، دانشمندان و تولیدکنندگان به سراغ فولاد سبز رفته‌اند؛ جایگزینی پاک که زغال‌سنگ را با هیدروژن سبز تولیدشده از برق تجدیدپذیر جایگزین می‌کند.

تعریف فولاد سبز

فولاد سبز به فولادی گفته می‌شود که در تمام چرخه تولید خود با روش‌های کم‌کربن ساخته شده باشد. این فناوری نسل ‌جدید با کنار گذاشتن زغال‌سنگ و استفاده از هیدروژن سبز تولیدشده از انرژی‌های تجدیدپذیر، مسیر کربن‌زدایی صنعت فولاد را هموار می‌کند تا روزی به تولید کاملاً بدون انتشار برسد.

هدف نهایی فولاد سبز ایجاد یک زنجیره ارزش کاملاً بدون کربن است. اگرچه روش‌های کنونی هنوز از نظر کربن کاملاً به ‌صفر نمی رسند، اما همین جایگزینی می‌تواند میزان انتشار را تا ۹۵ درصد نسبت به روش‌های سنتی کاهش دهد. چون فولاد ماده‌ای بنیادی در ساختمان‌سازی، خودرو، لوازم خانگی و کالاهای مصرفی است، پاک‌سازی فرایند تولید آن می‌تواند تاثیر زنجیره‌ای عظیمی بر کاهش آلایندگی بسیاری از صنایع دیگر داشته باشد.

در واقع فولاد سبز نوعی فرایند فولادسازی است که به‌جای روش‌های کربن‌بر، از فناوری‌های کم‌انتشار در تولید و حمل‌ونقل استفاده می‌کند. منظور از «سبز» رنگ محصول نیست، بلکه اشاره به استفاده از روش‌های پاک‌تر به‌ویژه هیدروژن سبز حاصل از انرژی تجدیدپذیر به جای زغال‌سنگ دارد. این تغییر باعث کاهش چشمگیر انتشار CO₂ در کل فرایند تولید می‌شود.

فولاد سبز در حال حاضر با فناوری‌های پیشرفته‌ای مانند کاهش مستقیم با هیدروژن (H-DR)، کوره‌های قوس الکتریکی و الکترولیز اکسید مذاب تولید می‌شود. اگرچه مفهوم آن به اوایل دهه ۲۰۰۰ بازمی‌گردد، اما این فناوری همچنان در مراحل اولیه توسعه است و هنوز در مقیاس گسترده مورد استفاده قرار نگرفته است.

فولاد سنتی در برابر فولاد سبز

فولادسازی سنتی یکی از آلاینده‌ترین فرایندهای صنعتی جهان است و به کوره‌های بلند زغال‌سنگ‌سوز متکی است که مقادیر عظیمی CO₂ تولید می‌کنند. در مقابل، فولاد سبز از هیدروژن سبز برای جدا کردن اکسیژن از سنگ‌آهن استفاده می‌کند و عملاً زغال‌سنگ را از معادله حذف می‌کند. سپس آهن در کوره‌های قوس الکتریکی که انرژی پاک مصرف می‌کنند ذوب می‌شود. نتیجه این فرایند فولادی با آلایندگی بسیار کمتر و ردپای کربنی ناچیز است.

فولاد سبز چگونه تولید می‌شود؟

در فولاد‌سازی سنتی، زغال‌سنگ سوزانده می‌شود تا آهن از سنگ‌آهن استخراج شود و در این فرآیند CO₂ زیادی آزاد می‌شود. اما فولاد سبز با هیدروژن سبز کار می‌کند،سوختی که از طریق الکترولیز آب با برق تجدیدپذیر تولید می‌شود. هنگامی که هیدروژن جای زغال‌سنگ را می‌گیرد، محصول جانبی اصلی فقط بخار آب است.

رایج‌ترین روش، کاهش مستقیم با هیدروژن (H-DR) است، جایی که هیدروژن اکسیژن سنگ‌آهن را جدا می‌کند و محصولی اسفنج‌مانند به نام آهن احیای مستقیم (DRI) تولید می‌شود. سپس این DRI در کوره قوس الکتریکی ذوب می‌شود که می‌تواند ضایعات فلزی را نیز بازیافت کند. اگر برق این کوره از منابع تجدیدپذیر تأمین شود، ردپای کربنی فرایند بسیار اندک خواهد بود.

فناوری‌های نوظهور دیگری مانند الکترولیز اکسید مذاب نیز در تلاش‌اند میزان انتشار را حتی کمتر کنند.

شرکت‌های فعال در توسعه فولاد سبز

Stegra

استگرا (با نام سابق H2 Green Steel) در حال ساخت یکی از نخستین کارخانه‌های فولاد سبز در مقیاس بزرگ در شهر بودن سوئد است و تولید آن از سال ۲۰۲۶ آغاز خواهد شد. الکترولایزر عظیم ۶۹۰ مگاواتی این سایت، هیدروژن سبز تولید می‌کند که جایگزین زغال‌سنگ در تبدیل سنگ‌آهن به آهن اسفنجی می‌شود. تنها محصول جانبی این فرایند بخار آب است. پس از آن، آهن اسفنجی در همان سایت و با استفاده از کوره قوس الکتریکی به فولاد باکیفیت تبدیل می‌شود تا اتلاف انرژی به حداقل برسد. هدف استگرا، تولید پنج میلیون تن فولاد سبز در سال و حذف هفت میلیون تن CO₂ است که معادل خارج کردن ۲۵ میلیون خودروی بنزینی از جاده‌ها محسوب می شود.

Boston Metal

باسْتون متال با استفاده از فرایند ثبت‌شده «الکترولیز اکسید مذاب» تکنولوژی فولاد بدون انتشار ارائه کرده است. این روش که ابتدا در MIT توسعه یافت، با استفاده از برق تجدیدپذیر سنگ‌آهن را در دمای حدود ۱۶۰۰ درجه سانتی‌گراد بدون تولید CO₂ ذوب می‌کند. امروزه این فناوری به مقیاس صنعتی رسیده و کارخانه نمایشی آن قرار است تا ۲۰۲۸ عملیاتی شود. شرکت قصد دارد این فرایند ماژولار را به فولادسازان سراسر جهان عرضه کند.

SSAB

شرکت سوئدی SSAB نیز در حال جایگزینی زغال‌سنگ با هیدروژن و افزایش استفاده از فولاد قراضه است. به گفته این شرکت، این روش می‌تواند انتشار را به حدود ۰.۰۵ کیلوگرم CO₂ به ازای هر کیلوگرم فولاد برساند، در حالی که روش‌های سنتی حدود ۱.۵ کیلوگرم انتشار دارند. SSAB انتظار دارد با این تغییر، ۱۰ درصد از انتشار کل سوئد و ۷ درصد از انتشار فنلاند را کاهش دهد.

Thyssenkrupp

تایسِن‌کروپ آلمان یکی از بزرگ‌ترین فولادسازان اروپا، در چهارچوب پروژه tkH2Steel در حال جایگزینی کوره‌های بلند زغال‌سنگ‌سوز با واحدهای احیای مستقیم هیدروژنی است. هدف اولیه کاهش ۳.۵ میلیون تن CO₂ در سال است. این پروژه با حمایت شرکت‌هایی مانند فولکس‌واگن، بی‌ام‌و و ایکیا انجام می‌شود و هدف آن تولید انبوه فولاد کم‌انتشار تا سال ۲۰۲۷ است.

POSCO

پوسکو (بزرگ‌ترین فولادساز کره جنوبی و یکی از بزرگ‌ترین تولیدکنندگان CO₂ در جهان) در حال توسعه فناوری کاهش آهن مبتنی بر هیدروژن به نام HyREX است. سایت پوهانگ این شرکت اکنون در حال اجرای پایلوت کاهش بستر سیال هیدروژنی است و کارخانه کامل آن قرار است تا ۲۰۲۷ ساخته شود. پوسکو همچنین در فناوری‌های جذب و بازیافت کربن سرمایه‌گذاری کرده تا به هدف خود برای بی‌طرفی کربنی تا سال ۲۰۵۰ برسد.

Electra

شرکت Electra یک تازه‌وارد در حوزه فولاد سبز است که فرایندی کم‌کربن برای تبدیل سنگ‌آهن به آهن ۹۹ درصد خالص توسعه داده است. این فرایند در دماهای پایین کار می‌کند و می‌تواند تولید را با مقدار برق تجدیدپذیر موجود تنظیم کند. همچنین این روش امکان استفاده از سنگ‌آهن‌های کم‌عیاری را که در روش‌های سنتی قابل استفاده نیستند فراهم می‌کند. افزون بر این، فرآیند Electra محصولاتی مانند سیلیکا و آلومینا استخراج می‌کند که ارزش صنعتی دارند و به کاهش ضایعات کمک می‌کنند.

مزایای فولاد سبز

_کاهش چشمگیر انتشار کربن: فولاد سبز می‌تواند تا ۹۵ درصد انتشار کمتر از روش سنتی داشته باشد. این نکته اهمیت ویژه‌ای دارد چون صنعت فولاد حدود ۸ درصد از کل انتشار جهانی CO₂ را تولید می‌کند که بیش از مجموع انتشار صنعت هواپیمایی و کشتیرانی است.

_صرفه‌جویی در منابع طبیعی: بسیاری از روش‌های فولاد سبز امکان استفاده از فولاد قراضه یا سنگ‌آهن‌های کم‌عیار را فراهم می‌کنند. این موضوع نیاز به استخراج گسترده را کاهش می‌دهد و با بهره‌وری بیشتر از مواد موجود، یک مدل فولادسازی چرخشی و پایدار ایجاد می‌کند.

_ایجاد اشتغال: با افزایش تقاضا برای فولاد کم‌کربن، تولید آن نیز گسترش می‌یابد. طبق اعلام BCC Research، این صنعت با نرخ رشد سالانه حدود ۲۰ درصد تا سال ۲۰۳۰ پیش خواهد رفت. این رشد به معنای فرصت‌های شغلی جدید (از تولید هیدروژن تا بهره‌برداری کارخانه‌ها) در سراسر زنجیره ارزش است.

چالش‌های فولاد سبز

_هزینه تولید بالا: در حال حاضر فولاد سبز ۲۰ تا ۳۰ درصد گران‌تر از فولاد سنتی است و برخی برآوردها (مانند BNEF) این اختلاف را ۴۰ درصد اعلام می‌کنند. برخی منابع نیز از ۱۵۰ دلار هزینه اضافی به ازای هر تن سخن می‌گویند. این اختلاف قیمت ناشی از نیاز به فناوری‌های جدید و زیرساخت‌های تازه است. پر کردن این شکاف احتمالاً به یارانه دولتی، قیمت‌گذاری کربن و مشوق‌های دیگر نیاز دارد.

_نیاز عظیم به انرژی‌های تجدیدپذیر: برای رسیدن به فرآیند کاملاً بدون کربن، فولاد سبز باید به برق تجدیدپذیر متکی باشد. اما ظرفیت فعلی جهان برای تولید هیدروژن سبز و انرژی پاک هنوز کافی نیست. تنها پروژه‌های فولاد سبز اعلام‌شده در اتحادیه اروپا می‌توانند به ۱۱۴ تا ۱۳۵ تراوات‌ساعت برق تجدیدپذیر در سال نیاز داشته باشند که معادل برق مصرفی حدود ۱۲.۵ میلیون خانه آمریکایی است.

_چالش‌های فناورانه و زیرساختی: تغییر از کوره بلند به فناوری‌های سبز کاری ساده نیست، بسیاری از کارخانه‌ها به بازسازی‌های پرهزینه یا حتی جایگزینی کامل تجهیزات نیاز دارند. برخی فناوری‌ها مانند الکترولیز اکسید مذاب نیز هنوز در مراحل توسعه قرار دارند. این موضوع گذار را کند و پرهزینه می‌کند و کاهش آلایندگی واقعی را به تأخیر می‌اندازد.

جمع‌بندی

فولاد سبز با جایگزینی زغال‌سنگ با هیدروژن سبز و بهره‌گیری از فناوری‌های کم‌کربن، مسیر جدیدی برای کاهش چشمگیر انتشار CO₂ در یکی از آلاینده‌ترین صنایع جهان گشوده است. با این حال، هزینه‌های بالای تولید، نیاز شدید به انرژی تجدیدپذیر و چالش‌های فناورانه و زیرساختی نشان می‌دهد که این فناوری هنوز در آستانه گذار به تولید انبوه قرار دارد. آینده فولاد سبز بستگی به سرمایه‌گذاری، توسعه زیرساخت‌ها و حمایت‌های دولتی دارد تا بتواند به یک راهکار عملی و پایدار در مقیاس جهانی تبدیل شود.