تولید بیش از هزار تن آهن احیای مستقیم با هیدروژن خالص؛ دستاورد تازه نیپون استیل
استفاده هم‌زمان از هیدروژن خالص و سنگ آهن کم‌عیار، یکی از چالش‌های مهم فناوری احیای مستقیم را هدف گرفته است. شرکت نیپون استیل ژاپن در آزمایشی موفق در کوره شفت پایلوت خود، با بهره‌گیری از هیدروژن ۱۰۰ درصدی به عنوان عامل احیاکننده، بیش از یک‌هزار تن آهن احیای مستقیم تولید کرد؛ دستاوردی که می‌تواند مسیر تازه‌ای برای کاهش انتشار کربن و تنوع‌بخشی به منابع تأمین مواد اولیه صنعت فولاد بگشاید.
پایگاه خبری «معدن نامه»: شرکت فولادسازی نیپون استیل ژاپن در چارچوب برنامه کربن‌زدایی فرآیند‌های صنعتی خود، فناوری تولید آهن احیای مستقیم (DRI) از سنگ آهن کم‌عیار را با استفاده از هیدروژن خالص با موفقیت آزمایش کرد. این دستاورد می‌تواند مسیر تازه‌ای برای توسعه تولید فولاد کم‌کربن، کاهش وابستگی به ذخایر محدود سنگ آهن پرعیار و تأمین پایدار مواد اولیه صنعت فولاد در آینده فراهم کند.
نیپون استیل در کوره شفت پایلوت مرکز تحقیق و توسعه هاساکی موفق شد آهن احیای مستقیم را با استفاده از هیدروژن ۱۰۰ درصدی به‌عنوان عامل احیاکننده تولید کند. بر اساس اطلاعیه این شرکت، در جریان این آزمایش‌ها از سنگ آهن کم‌عیار به شکل گندله کوره بلند استفاده شد؛ ماده اولیه‌ای که از نظر کیفیت در سطح پایین‌تری نسبت به سنگ آهن پرعیار متداول قرار دارد.
این واحد آزمایشی بیش از ۳۰۰ ساعت به‌صورت پیوسته فعالیت کرد و در طول این مدت، بیش از یک‌هزار تن آهن احیای مستقیم تولید شد. دستیابی به این میزان تولید در شرایط استفاده هم‌زمان از هیدروژن خالص و سنگ آهن کم‌عیار، گامی مهم در توسعه فناوری‌های نوین احیای مستقیم به شمار می‌رود.
عبور از چالش‌های فنی احیا با هیدروژن خالص
یکی از مهم‌ترین چالش‌های استفاده از هیدروژن خالص در فرآیند احیای مستقیم، ماهیت گرماگیر واکنش احیاست. در این فرآیند، واکنش شیمیایی موجب مصرف انرژی حرارتی و کاهش شدید دمای داخل کوره می‌شود؛ مسئله‌ای که کنترل شرایط عملیاتی و حفظ پایداری فرآیند را دشوار می‌کند. از سوی دیگر، استفاده از سنگ آهن کم‌عیار معمولاً با افت کیفیت فیزیکی مواد اولیه، تخریب و خردشدگی گندله‌ها و تشکیل ذرات ریز و غبار همراه است. تجمع این ذرات می‌تواند مسیر عبور گاز احیاکننده در بستر مواد را مسدود کند و در نتیجه، جریان گاز و عملکرد کوره را با اختلال مواجه سازد.
متخصصان نیپون استیل برای غلبه بر این محدودیت‌ها، از فناوری پیشرفته جبران حرارتی و شرایط عملیاتی ویژه‌ای استفاده کردند که میزان تخریب مواد اولیه را محدود می‌کند. به این ترتیب، امکان حفظ پایداری عملکرد کوره و تداوم تولید در شرایط استفاده از هیدروژن خالص و سنگ آهن کم‌عیار فراهم شد.
توسعه این فناوری از منظر آینده صنعت فولاد جهان اهمیت ویژه‌ای دارد؛ زیرا ذخایر جهانی سنگ آهن پرعیار محدود است و دسترسی به منابع گسترده‌تر سنگ آهن کم‌عیار می‌تواند نقش تعیین‌کننده‌ای در تأمین پایدار مواد اولیه واحد‌های فولادسازی ایفا کند. در واقع، توانایی فرآوری مؤثر سنگ آهن کم‌عیار و استفاده از آن در زنجیره تولید آهن احیای مستقیم، علاوه بر افزایش انعطاف‌پذیری در تأمین مواد اولیه، می‌تواند وابستگی صنعت فولاد به منابع محدود سنگ آهن با عیار بالا را کاهش دهد.
از سوی دیگر، جایگزینی گاز طبیعی با هیدروژن خالص در فرآیند احیای مستقیم، ظرفیت قابل‌توجهی برای کاهش انتشار دی‌اکسیدکربن (CO₂) ایجاد می‌کند. در حال حاضر، سالانه حدود ۱۰۰ میلیون تن آهن احیای مستقیم در جهان با استفاده از گاز طبیعی تولید می‌شود. جایگزینی این سوخت با هیدروژن خالص، در صورت تأمین هیدروژن با انتشار کربن پایین، می‌تواند به کاهش چشمگیر ردپای کربنی تولید آهن و فولاد منجر شود.
تقاضای جهانی آهن احیای مستقیم به ۵۰۰ میلیون تن می‌رسد
اهمیت توسعه فناوری‌های تولید آهن احیای مستقیم در شرایطی افزایش می‌یابد که پیش‌بینی‌ها از رشد قابل‌توجه تقاضای جهانی این محصول در دهه‌های آینده حکایت دارند. بر اساس برآورد‌های مؤسسه میدرکس (Midrex)، تقاضای جهانی آهن احیای مستقیم تا سال ۲۰۳۵ به ۲۶۰ میلیون تن و تا سال ۲۰۵۰ به ۵۰۰ میلیون تن خواهد رسید. طبق این پیش‌بینی، اروپا، خاورمیانه و شمال آفریقا (MENA) در مجموع بیش از نیمی از تقاضای جهانی آهن احیای مستقیم در سال ۲۰۳۵ را به خود اختصاص خواهند داد.
در چنین شرایطی، توسعه فناوری‌هایی که امکان استفاده از سنگ آهن کم‌عیار را در کنار هیدروژن به‌عنوان عامل احیاکننده فراهم می‌کنند، می‌تواند به یکی از محور‌های مهم تحول فناوری در صنعت فولاد تبدیل شود. دستاورد اخیر نیپون استیل نیز نشان می‌دهد که هم‌زمانی کاهش وابستگی به سنگ آهن پرعیار و حرکت به سمت احیای مبتنی بر هیدروژن، به‌تدریج از مرحله پژوهش و آزمایش‌های محدود فراتر می‌رود و به سمت آزمون‌های صنعتی در مقیاس بزرگ‌تر حرکت می‌کند.
ایراسین
