فولاد در شکل‌گیری دنیای مدرن نقش بسیار چشمگیری داشته و سالانه حدود دو میلیارد تن از این فلز تولید می‌شود. در واقع فولاد در تمامی ابعاد زندگی بشر از ساختمان‌هایی که در آن زندگی می‌کند تا خودروهایی که به منظور حمل‌ونقل مورد استفاده قرار می‌دهد، به کار گرفته می‌شود.

به گزارش پایگاه خبری و تحلیلی «فلزات‌آنلاین» و به نقل از وب‌سایت موسسه «Thomas»، تولید فولاد به عنوان ستون اصلی زیرساخت‌های مدرن در نظر گرفته می‌شود اما ساخت این فلز همواره میزان انتشار کربن بسیار زیادی داشته است. طبق آمارهای اعلام شده، حدود ۷ تا ۹ درصد از انتشار کربن در جهان به صنعت فولاد اختصاص دارد.

در تولید فولاد خام معمولا از زغال‌سنگ استفاده می‌شود که منبع اصلی انتشار دی‌اکسید کربن و عامل مهمی در تغییرات اقلیمی در جهان محسوب می‌شود؛ اگرچه تلاش‌هایی برای کاهش گازهای گلخانه‌ای آلاینده در صنعت فولاد از طریق ارائه فناوری‌های مدرن صورت گرفته و حتی در دست توسعه بوده، با این حال گذار از بکارگیری زغال‌سنگ در تولید فولاد خام و استفاده از روش‌های جدیدتر در صنعت مذکور با سرعت کمی در حال انجام شدن است. هزینه‌های بالا و مشکلات زیرساختی، به ویژه در مورد استفاده از سوخت هیدروژن از جمله چالش‌هایی بوده که ممکن است گذار به سمت تولید فولاد سبز را به تاخیر بیندازد.

ضرورت گذار به سمت تولید فولاد سبز

با توجه به اینکه تولید فولاد خام با استفاده از سوخت زغال‌سنگ بخش بزرگی از میزان انتشار گازهای گلخانه‌ای در سطح جهانی را به خود اختصاص داده، اجرای فرایند کربن‌زدایی به اولویت اصلی فعالان در این صنعت تبدیل شده است. آنطور که به نظر می‌رسد روند کاهش انتشار گازهای گلخانه‌ای در صنعت مذکور از طریق تولید فولاد سبز آغاز شده است. فولاد سبز یک تحول اساسی در زنجیره ارزش فولادسازی محسوب شده که بر کاهش انتشار گازهای گلخانه‌ای و مصرف انرژی در هر مرحله از تولید از تامین مواد اولیه گرفته تا عرضه محصولات نهایی تمرکز دارد.

در حال حاضر فولادسازان از روش کوره‌های قوس الکتریکی و روش تولید فولاد مبتنی بر سوخت هیدروژن به منظور کاهش میزان انتشار کربن تولیدی در فرایند فولادسازی بهره می‌برند. برخلاف روش کوره‌های بلند فولادسازی و روش اکسیژن قلیایی که تولید فولاد در آن وابسته به استفاده از زغال‌سنگ بوده و حجم بسیار بالایی از انتشار کربن را به همراه دارد، به کارگیری روش کوره‌های قوس الکتریکی با استفاده از برق و قراضه فولادی به‌عنوان ماده اولیه جایگزین زغال‌سنگ موجب شده میزان انتشار گازهای گلخانه‌ای در صنعت مذکور به طور قابل‌توجهی کاهش پیدا کند.

طبق آمارهای منتشر شده در سال ۲۰۲۳، اکثر واحدهای جدید تولید فولاد از روش کوره‌های قوس الکتریکی برای ساخت این فلز استفاده می‌کنند که تحولی اساسی در صنعت مذکور به شمار می‌رود. بر اساس گزارش‌های ارائه شده در حال حاضر حدود ۴۳ درصد از فولاد جهان با استفاده از روش کوره‌های قوس الکتریکی ساخته می‌شود. انتظار می‌رود این عدد تا پایان سال ۲۰۳۰ افزایش پیدا کند که نشان می‌دهد صنعت فولاد در حال دستیابی به اهداف تعیین شده در مقیاس جهانی به منظور کاهش انتشار کربن است. آژانس بین‌المللی انرژی (IEA) در گزارشی اعلام کرد این سازمان هدف‌گذاری حدود ۳۷ درصد از کل تولید محصولات فولادی با استفاده از روش کوره‌های قوس الکتریکی را تا سال ۲۰۳۰ تعیین کرده و به نظر می‌رسد تحقق آن تا مدت زمان تعیین شده ممکن است. از سوی دیگر تمایل فولادسازان به استفاده از سوخت هیدروژن و روش کوره قوس الکتریکی به جای روش کوره‌های بلند و سوخت زغال‌سنگ نسبت به گذشته افزایش پیدا کرده است.

اگرچه استفاده از روش کوره‌های قوس الکتریکی در حال افزایش بوده و این روش نقش به سزائی در کاهش کربن تولیدی در صنعت فولاد داشته، با این حال چالش‌هایی در استفاده از آن وجود دارد. در واقع استفاده از روش کوره‌های قوس الکتریکی به دسترسی گسترده به قراضه‌های فولادی وابسته بوده و دستیابی به مزیت‌های زیست محیطی آن به استفاده از برق تولید شده مبتنی بر انرژ‌ی‌های تجدیدپذیر متکی است. از سوی دیگر فولادسازی مبتنی بر سوخت هیدروژن نیز که اغلب از آن به عنوان روش متحول‌کننده تولید فولاد در بلندمدت نام برده می‌شود با موانعی از جمله هزینه‌های بسیار بالا مواجه است. برخی از کارشناسان بر این باورند که بدون دسترسی به سوخت هیدروژن سبز مقرون به صرفه و زیرساخت‌های مورد نیاز آن، پذیرش سوخت مذکور در صنعت فولاد در مقیاس گسترده ممکن است بیش از یک دهه به طول بینجامد.

مروری کوتاه بر تاریخچه تولید فولاد

فولاد برای اولین بار حدود ۴ هزار سال پیش در عصر آهن تولید شد و به تدریج جای برنز را در مقیاس گسترده گرفت. دومین تحول بزرگ در صنعت فولاد در قرن ۱۷‌ام میلادی در انگلستان و آلمان اتفاق افتاد جایی که در آن از زغال‌چوب پودری به عنوان لایه پوششی‌ آهن برای تولید این فلز مورد استفاده قرار گرفت. در سال ۱۷۸۴ میلادی تولیدکنندگان با بیل‌های پاروهایی بلند، آهن مذاب را در یک کوره ریخته تا آن را با اکسیژن ترکیب کنند. در واقع استفاده از اکسیژن، محتوای کربن ترکیب جدید تولید شده را کاهش داده و می‌توان به کمک آن فلزی با مقاومت بیشتر و استحکام بالاتری تولید کرد. تحول اساسی در تولید فولاد در قرن ۱۹‌ام میلادی درست زمانی که صنایع ریلی در آمریکا و اروپا رشدی قابل‌ملاحضه را تجربه کردند آغاز شد.

ظرفیت تولید فولاد سبز جهانی افزایش خواهد یافت

برخی از شرکت‌های فولادسازی سرمایه‌گذاری‌های قابل‌توجهی در توسعه فناوری‌های جذب و ذخیره کربن انجام داده‌اند تا کربن تولیدی خود را تا حد امکان کاهش دهند. شرکت فولادسازی سوئدی «SSAB» در سال ۲۰۲۱ از اولین ورق فولادی خود که در تولید آن از سوخت فسیلی استفاده نشده است رونمایی کرد. چند ماه بعد، «SSAB» و شرکت خودروسازی «Volvo Group» پروژه مشترک خود یعنی اولین وسیله نقلیه ساخته شده از فولاد بدون استفاده از سوخت فسیلی که در حمل بار از معدن مورد استفاده قرار می‌گیرد را معرفی کردند. شرکت «SSAB» امیدوار است تولید فولاد در مقیاس گسترده تجاری بدون استفاده از سوخت فسیلی در سال ۲۰۲۶ به عنوان بخشی از تلاش برای رسیدن به هدف‌گذاری برایند انتشار کربن صفر در صنعت فولادسازی را آغاز کند. البته تولید گسترده فولاد سبز بدون استفاده از سوخت‌های فسیلی به کاهش هزینه‌ها و توسعه زیرساخت‌های مقیاس‌پذیر آن بستگی خواهد داشت، اما در حال حاضر، برداشتن چنین قدم‌هایی هر چند کوچک در این مسیر موجب ترغیب سایر فولادسازان برای حرکت به سمت تولید فولاد سبز می‌شود.

شرکت «Boston Metal» یکی دیگر از شرکت‌هایی بوده که اخیرا موفق به دریافت ۱۲۰ میلیون دلار سرمایه‌گذاری از سوی شرکت‌های فولادسازی «ArcelorMittal» و مایکروسافت شده است. فناوری در حال توسعه این شرکت به جای استفاده از کوره‌های بلند در تولید فولاد که انتشار کربن بسیار بالایی دارد از روش الکترولیز اکسید مذاب استفاده می‌کند که در آن جریان الکتریکی از طریق ترکیبی از اکسید آهن و سایر اکسیدها عبور می‌کند. استفاده از این روش میزان کربن تولیدی به ازای هر تن فولاد تولید شده را به طور قابل‌توجهی کاهش می‌دهد. شرکت مذکور برای توسعه این فناوری در سال ۲۰۲۴ یک واحد نیمه صنعتی در مقیاس آزمایشگاهی راه‌اندازی کرد و با توجه به نتایج بسیار مثبت به دست آمده شرکت «Boston Metal» اعلام کرده روند توسعه فناوری مذکور در مقیاس گسترده تجاری را در سال ۲۰۲۶ آغاز خواهد کرد، با این حال، تولید گسترده محصولات سبز فولادی نیازمند دسترسی به مداوم به برق مبتنی بر انرژی‌های سبز بوده که در حال حاضر زیرساخت‌های مورد نیاز آن در بسیاری از نقاط جهان با چالش‌هایی همراه است.

سوخت هیدروژن جایگزین زغال‌سنگ در تولید فولاد خواهد شد

انتظار می‌رود استفاده از سوخت هیدروژن و دسترسی به برق مبتنی بر انرژی‌های تجدیدپذیر در صنعت فولاد روندی صعودی به خود بگیرد و قرار است به واسطه آن سوخت هیدروژن جایگزین زغال‌سنگ در تولید این فلز شود. در همین راستا، فناوری «HYBRIT» یکی از ابزارهای جدیدی در صنعت فولاد به شمار می‌رود که با همکاری شرکت فولادسازی «SSAB»، شرکت معدنی «LKAB» و شرکت «Vattenfall» توسعه پیدا کرده است. به کمک این فناوری می‌توان کاربری ابزارهای قدیمی در تولید فولاد، مانند کوره‌های بلند پمپ دی اکسید کربن را تغییر داد تا عملکردی مشابه کوره‌های قوس الکتریکی داشته باشد. در این فناوری به جای زغال‌سنگ از هیدروژن استفاده می‌‌شود که در هنگام مصرف هیچ گونه آلاینده‌ای از آن تولید نمی‌شود.

البته باید اعتراف کرد که یکی از چالش‌های بزرگی که می‌تواند مانع از پذیرش این فناوری در مقیاس گسترده از سوی فولادسازان شود هزینه بالای هیدروژن است. نتایج تجزیه و تحلیل انجام شده توسط شرکت «IDTechEx» نشان می‌دهد اگر هزینه هیدروژن سبز به طور قابل‌توجهی کاهش پیدا نکند، پذیرش این سوخت برای تولید فولاد سبز در مقیاس گسترده احتمالا بیش از یک دهه به طول خواهد انجامید. در واقع ایجاد زیرساخت‌های لازم برای تولید هیدروژن از جمله ذخیره‌سازی و حمل‌ونقل به سرمایه‌گذاری هنگفتی نیاز دارد. علاوه بر صنعت فولاد صنایع دیگری همچون مواد شیمیایی و هوانوردی برای دسترسی به هیدروژن سبز که در حال حاضر منابع محدودی دارد وارد رقابتی جدی خواهند شد.

تمرکز فولادسازان باید بر روی تولید آهن سبز متمرکز شود

اگرچه تلاش‌های در راستای تولید فولاد سبز با هدف کاهش آلاینده‌ها صورت گرفته، با این حال نباید فراموش شود تولید آهن به عنوان بخشی مهم از ساخت فولاد هنوز کربن تولیدی بسیار بالایی دارد. آمارهای منتشر شده نشان می‌دهد بیش از ۹۰ درصد از آهن مورد نیاز در ساخت فولاد در مقیاس جهانی با استفاده از کوره‌های بلند مبتنی بر سوخت زغال‌سنگ تولید شده که رقم بسیار بالایی در مقایسه با سایر صنایع فلزی محسوب می‌شود. البته برای تولید آهن یک روش جایگزین با نام روش آهن احیا مستقیم (DRI) در حال حاضر وجود دارد که در آن از سوخت هیدروژن سبز برای تولید آهن با میزان انتشار کربن بسیار ناچیز استفاده می‌شود. ناگفته نماند روش آهن احیا مستقیم (DRI) هنوز در مراحل اولیه توسعه خود قرار دارد و بسیاری واحدهای تولیدی در حال حاضر از سوخت گاز طبیعی به جای هیدروژن به دلیل بالا بودن قیمت آن استفاده می‌کنند.

از سوی دیگر حتی توسعه فناوری‌های مرتبط با روش آهن احیا مستقیم هنوز در مراحل آزمایشی قرار داشته و با محدودیت‌های دسترسی به مواد اولیه مانند سنگ معدن پر عیار و حتی هیدروژن سبز مواجه هستند. همچنین، از آنجایی که ذخایر قراضه فولادی در مقیاس جهانی محدود هستند، نمی‌توان از روش کوره‌های قوس الکتریکی به تنهایی در تولید آهن و فولاد سبز استفاده کرد.

تولید فولاد سبز در بازسازی این صنعت در اوکراین نقشی پر رنگ‌تر خواهد داشت

بسیاری از کارشناسان معتقدند فولاد سبز نقش مهمی در بازسازی کشور اوکراین پس از پایان جنگ ایفا خواهد کرد. بازسازی اوکراین پس از پایان جنگ با روسیه نیازمند استفاده از حجم بالایی از فولاد بوده به همین سبب، دلایل موجهی برای فولادسازان در این کشور به منظور استفاده از فناوری‌های جدید برای تولید فولاد سبز داخلی وجود دارد. قابل ذکر است پیش از آغاز جنگ روسیه و اوکراین صنعت فولاد اوکراین یکی از تولیدکنندگان بزرگ در این صنعت در مقیاس جهانی به شمار می‌رفت. طبق آمارهای اعلام شده ظرفیت تولید سالانه فولاد در این کشور پیش از آغاز جنگ حدود ۲۲ میلیون تن گزارش شد. البته صنعت فولاد اوکراین جز آلاینده‌ترین صنایع فولادی در جهان در آن زمان محسوب می‌شد. تولید فولاد سبز با استفاده از انرژی‌های تجدیدپذیر و هیدروژن سبز به جای سوخت زغال‌سنگ می‌تواند پس از پایان جنگ، صنعت مذکور در اوکراین را متحول کند. برآوردهای انجام شده نشان می‌دهد سرمایه‌گذاری ۶۲ میلیارد دلاری در این روند گذار در صنعت فولاد سبز اوکراین می‌تواند رشد اقتصادی ۲ برابری در مقایسه با استفاده از سوخت زغال‌سنگ در تولید فولاد برای کشور مذکور به همراه داشته باشد. علاوه بر این، ذخایر عظیم سنگ‌آهن اوکراین می‌تواند تاثیر بسیار مثبتی در توسعه صنعت فولاد سبز اوکراین داشته باشد که البته از لحاظ دسترسی به فولاد سبز به نفع بازار داخلی و بازار اروپا خواهد بود.

این تغییر رویکرد در تولید فولاد اوکراین در راستای جایگزینی سوخت‌های فسیلی با منابع انرژی تجدیدپذیر، نه تنها میزان انتشار کربن در صنعت مذکور را به طور چشمگیری کاهش می‌دهد، بلکه موجب رشد اقتصادی این کشور در آینده خواهد شد. به علاوه این دگرگونی گامی بلند در جهت دستیابی به برآیند انتشار کربن صفر اتحادیه اروپا از آن جهت که انتظار می‌رود اوکراین در آینده به این اتحادیه بپیوندد خواهد بود.

در مجموع می‌توان بیان کرد: علی‌رغم چالش‌های موجود، صنعت فولاد جهانی در حال برداشتن گام‌هایی ابتدایی اما هدف‌دار به سمت تولید فولاد سبز است. فن‌آوری‌هایی مانند کوره‌های قوس الکتریکی و فولادسازی مبتنی بر هیدروژن از جمله روش‌هایی خواهند بود که سهمی پر رنگ در این روند گذار در صنعت فولاد به ویژه در کاهش چشمگیر کربن تولیدی خواهند داشت، با این حال نمی‌‌توان بازه زمانی مشخصی برای پذیرش ‌آن‌ها در مقیاسی گسترده اعلام کرد.

از سوی دیگر کارشناسان، خوش‌بینانه اما محتاطانه بر این باورند که امکان تولید فولاد بدون استفاده از سوخت‌های فسیلی در سطحی گسترده در آینده وجود خواهد داشت. در صورتی که فناوری‌های و سایر نوآوری‌های دیگری که در آینده برای صنعت فولاد توسعه پیدا می‌کند در مرحله تولید در مقیاس تجاری اجرای آن‌ها با موفقیت عملیاتی شود صنعت جهانی فولاد عملا طعم شیرین تحول گذار به تولید سبز و دستاوردهای آن را خواهد چشید.

البته باید توجه داشت که با روی کار آمدن مجدد دونالد ترامپ، رئیس جمهور آمریکا که عقیده چندانی به کاهش انتشار گازهای گلخانه‌ای ندارد و بسیار بر تولید انرژی با استفاده از سوخت زغال‌سنگ تاکید دارد، سرعت گذار به انرژی‌های تجدیدپذیر و تولید فولاد سبز کمی کاهش یافته و به نوعی توسط جوامع مختلف نادیده گرفته شده است. در چنین شرایطی، باید منتظر ماند و دید چه آینده‌ای در انتظار صنعت فولاد سبز جهان خواهد بود و آیا این مهم می‌تواند مسیر تحقق خود را همچنان طی کند یا خیر؟

انتهای پیام//