اقتصاد هیدروژنی، یک سیستم پیشنهادی برای تحویل انرژی با استفاده از هیدروژن است و به عنوان راهی برای حل برخی از اثرات منفی استفاده از سوخت‌های هیدروکربنی که کربن را به صورت دی‌اکسید کربن، مونوکسید کربن، هیدروکربن‌های نسوخته و… در اتمسفر آزاد می‌کنند، مطرح شده است.
به گزارش پایگاه خبری و تحلیلی «فلزات آنلاین» و به نقل از روابط عمومی شرکت فولاد مبارکه اصفهان، در طول چند دهه گذشته، علاقه و کار فزاینده‌ای برای کشف منابع اصلی انتشار و در مرحله بعد کاهش «CO2» در صنعت آهن و فولاد وجود داشته است. در صنایع آلاینده مانند تولید آهن و فولاد، یک راه حل بسیار امیدوارکننده استفاده از هیدروژن به عنوان سوخت و واکنش‌دهنده شیمیایی به جای سوخت‌های فسیلی است؛ البته یک مانع بزرگ برای اجرای آهن‌سازی احیای مستقیم هیدروژنی در دشواری تولید هیدروژن خالص بدون ردپای چشمگیر «CO2» نهفته است.
با این حال، با تکامل ایده اقتصاد هیدروژنی، این ایده ممکن است نزدیک‌تر از آن چیزی باشد که بسیاری تصور می‌کنند. اقتصاد هیدروژنی جدید و چگونگی تاثیر آن بر نسل بعدی صنایع آهن‌سازی و فولادسازی، مبحث جذاب و پرچالش محققان مختلف این حوزه به شمار می‌رود.
فرایند احیا مستقیم «MIDREX» مبتنی بر گاز طبیعی به عنوان عامل احیاکننده همراه با فرایند فولادسازی به روش کوره قوس الکتریکی (EAF)، کمترین انتشار «CO2» را در بین مسیرهای تجاری اثبات شده تولید فولاد در جهان امروز دارد زیرا گاز طبیعی، حاوی هیدروژن بسیار بیشتری نسبت به زغال‌سنگ است که در مسیرهای مرسوم (کوره بلند کنورتور) استفاده می‌شود. با این حال، فضای بیشتری برای انتشار کمتر «CO2» از طریق استفاده از هیدروژن به عنوان سوخت و عامل واکنش شیمیایی احیا وجود دارد.
گفته می‌شود بهترین امکان عملی حاضر برای کاهش ردپای «CO2» صنعت فولاد، استفاده از هیدروژن خالص به عنوان منبع انرژی و عامل احیاکننده برای تولید آهن اسفنجی یا (DRI) در کوره شفتی مانند فرایند «MIDREX» است. این مفهوم که با نام «MIDREX H2» شناخته می‌شود، نوید زیادی برای توسعه و تحقق در کارخانه‌های تولید آهن اسفنجی جدید و یا موجود دارد.
تا به امروز، فناوری «MIDREX» معمولا با استفاده از گاز طبیعی به عنوان عامل اصلی احیاکننده کار کرده است. گاز ورودی کوره یک کارخانه آهن‌سازی معمولی با فرایند «MIDREX»، حاوی حدود ۵۵ درصد هیدروژن و ۳۶ درصد مونوکسید کربن «CO» است؛ در حالی که گاز ورودی کوره بلند، تقریبا «CO» است. می‌توان با افزودن اسکرابرهای «CO2» و با حذف آن در گاز دودکش و یا جداسازی و استفاده آن، انتشار گازهای گلخانه‌ای و «CO2» را حتی بیشتر (تا حد نصف) کاهش داد.
هیدروژن را می‌توان به دو صورت در یک کارخانه احیا مستقیم استفاده کرد. مقداری «H2» را می‌توان در یک کارخانه مبتنی بر گاز طبیعی به عنوان جایگزینی برای بخشی از گاز طبیعی وارد کرد و یا فرایند کارخانه احیا مستقیم می‌تواند بر اساس ۱۰۰ درصد «H2» بنا شده باشد. در مورد اول، امروزه فرایندهای موجود «MIDREX» جایگزینی ۳۰ درصد از گاز طبیعی با هیدروژن در تاسیسات احیا مستقیم موجود بدون نیاز به تغییرات اساسی در تجهیزات امکان‌پذیر شده است. حتی اگر نسبت‌های بالاتر هیدروژن در عامل احیاکننده موردنظر باشد، باز هم کارخانه نیاز به تغییرات جزئی برای تسهیل شرایط فرایندی جدید دارد. در این میان، تغییر عمده در عملکرد مربوط به ریفورمرها است زیرا با افزایش بیشتر مقادیر هیدروژن، این واحد بیشتر به عنوان یک گرم‌کننده «Heater» عمل می‌کند تا یک شکننده گاز «Reformer».
راه‌حل نهایی آهن‌سازی بدون «CO2» یا با مقادیر بسیار کم آن، تولید هیدروژن خالص با استفاده از منابع انرژی کم‌کربن و تجدیدپذیر مانند خورشیدی، باد، آبی یا هسته‌ای و استفاده از هیدروژن در یک کوره شفت برای تولید (DRI) خواهد بود. در این راستا، فرایند «MIDREX H2» به استفاده از ۱۰۰ درصد هیدروژن به عنوان گاز ورودی اشاره دارد. این فرایند شبیه به فرایند استاندارد «MIDREX» است؛ با این تفاوت که گاز ورودی «H2» خارج از فرایند تولید می‌شود. بنابراین هیچ ریفرمری وجود ندارد و برای گرم کردن گاز تا دمای موردنیاز از گرم‌کننده گازی استفاده می‌شود.
در عمل، محتوای «H2» گاز احیاکننده حدود ۹۰ درصد با تعادل گازهای «CO»، «CO2»، «H2O» و «CH4» است. این ترکیبات از افزودن گاز طبیعی برای کنترل دما و افزودن کربن حاصل می‌شوند. از آنجایی که «H2» به «H2O» تبدیل می‌شود و در اسکرابر گاز بالایی متراکم می‌شود، هیچ سیستم حذف «CO2» لازم نیست. مصرف هیدروژن تقریبا ۵۵۰ نیوتن مترمکعب بر تن (DRI) است. علاوه‌براین، تا ۲۵۰ نیوتن مترمکعب بر تن (DRI) از «H2» یا سایر منابع گرمای سازگار با محیط زیست مانند گرمای هدررفته، برق یا گاز طبیعی به عنوان سوخت برای گرم‌کننده گاز احیایی مورد نیاز است.
چندین مسئله برای فرایند «MIDREX H2» وجود دارد که اولین آن‌ها دماست. با این همه هیدروژن (DRI) توسط گاز احیایی ورودی به کوره شفت خنک می‌شود؛ بنابراین لازم است گاز طبیعی برای حفظ دمای مطلوب واکنش احیا اضافه شود. با توجه به مدل‌سازی «MIDREX»، افزودن گاز طبیعی با نرخ ۵۰ نیوتن مترمکعب بر تن (DRI) باید این کار را انجام دهد. موضوع دوم، محتوای کربن (DRI) است. اکثریت قریب به اتفاق (DRI)، در فرایند فولادسازی (EAF) استفاده می‌شود که در آن از کربن اضافه شده در مواد بار فلزی مانند (DRI)، (HBI) و آهن خام یا به صورت کربن خالص استفاده می‌شود.
سوزاندن این کربن با اکسیژن تزریقی، گرمای قابل‌توجهی ایجاد می‌کند که مصرف برق را کاهش می‌دهد و ذوب سریع‌تر را ممکن می‌سازد. با مقادیر بالای هیدروژن در گاز احیاکننده برای دستیابی به سطح کربن مورد نظر، لازم است که هیدروکربن‌ها را در جایی از فرایند اضافه کنیم. گزینه‌های کربورسازی (DRI) شامل افزودن هیدروکربن به منطقه خنک‌کننده یا در مخروط پایین کوره است. افزودن ۵۰ نیوتن مترمکعب بر تن گاز طبیعی برای کنترل دما، منجر به کربن (DRI) حدود ۱٫۴ درصد می‌شود. تکامل بعدی در فولادسازی ذوب آهن اسفنجی بدون استفاده از کربن خواهد بود اما این امر بسیار انرژی‌بر است زیرا نقطه ذوب فولاد با کاهش محتوای کربن افزایش می‌یابد.
انتهای پیام//
