تولید کم‌کربن و کاهش آسیب زیست‌محیطی

همان‌طور که اشاره شد، تولید کم‌کربن می‌تواند آسیب به محیط‌زیست را کاهش دهد. اصولا، فعالیت‌های معدنکاری، با تخریب محیط‌زیست همراه است و برای آنکه بتوان این آسیب و تخریب را کاهش داد و درصد تخریب را پایین آورد، نیاز است تا به‌سمت و سوی تولید کم‌کربن در فعالیت‌های معدنی حرکت کرد. البته، این تولید کم‌کربن، تنها متوجه بخش معدن نیست و نیاز است، تمام فعالیت‌های تولیدمحور، به‌سمت تولید کم‌کربن حرکت کنند.

در این میان، نقش فناوری را نمی‌توان نادیده گرفت. شواهد نشان داده، استفاده از فناوری‌های روز دنیا، همواره موثر بوده و توانسته است، نقش بسزایی در تولید کم‌کربن داشته باشد. حال، تصور کنید که فناوری‌های پیشرفته تا چه میزان می‌توانند در تولیدات معدنی کم‌کربن موثر باشند. اگر کشور بخواهد در راستای تولیدات کم‌کربن در حوزه معدن، موفق باشد، به فناوری روز دنیا نیاز دارد و باید از آن کمک بگیرد. لازم به ذکر است که ترکیب هوش‌مصنوعی با فناوری‌های نوین احیای هیدروژنی، انقلابی در مسیر کاهش آلاینده‌ها، افزایش بهره‌وری و اقتصادی‌سازی تولید فولاد کم‌کربن رقم زده است. بسیاری از کارشناسان بر این باور هستند که ترکیب هوش‌مصنوعی و فولاد سبز، می‌تواند در خلق آینده‌ای بهتر موثر باشد.

حذف سوخت فسیلی و تولید سبز

حمیدرضا فلاح، فعال معدن درباره رابطه هوش‌مصنوعی و فولاد سبز به  گفت: در ابتدا نیاز است تا با مفهوم فولاد سبز آشنا شویم. فولاد سبز به فولادی گفته می‌شود که در فرآیند تولید آن، استفاده از سوخت‌های فسیلی به حداقل رسیده یا کاملا حذف شده است. به‌گونه‌ای‌که انتشار گازهای گلخانه‌ای، به‌ویژه دی‌اکسیدکربن، به‌طورچشمگیری کاهش می‌یابد. این مدل فولاد، با استفاده از هیدروژن سبز تولید می‌شود که خود از طریق «الکترولیز» آب و با بهره‌گیری از برق تجدیدپذیر به‌دست می‌آید. در روش سنتی تولید فولاد، سنگ‌آهن در کوره‌های بلند با زغال‌سنگ یا کک احیا شده و آهن خام تولید می‌شود، سپس این آهن در کوره‌های قوس‌الکتریکی یا مبدل‌ها به فولاد تبدیل می‌شود، اما در تولید فولاد سبز، هیدروژن جایگزین کربن می‌شود و به‌جای تولید CO۲، تنها بخار آب به‌عنوان محصول جانبی خارج می‌شود.

فلاح ادامه داد: البته در عمل، حتی در پیشرفته‌ترین روش‌ها، میزان کربن خالص به صفر نخواهد رسید، اما کاهش آن تا ۹۰ درصد و حتی بیش از این مقدار، امکان‌پذیر است. این فرآیند، اصولا، در کوره‌های قوس‌الکتریکی پیشرفته انجام می‌گیرد و اگر برق موردنیاز از منابع تجدیدپذیر مانند خورشیدی یا بادی تامین شود، ردپای کربنی کل زنجیره تولید به‌حداقل می‌رسد. فولاد سبز نه‌تنها از نظر زیست‌محیطی برتری بالایی دارد، بلکه کیفیت مکانیکی و فیزیکی آن، مشابه فولاد سنتی بوده و می‌تواند در صنایع خودروسازی، ساخت‌وساز، تجهیزات سنگین و حتی خطوط لوله جایگزین کامل فولاد معمولی شود. باتوجه به اینکه صنعت فولاد مسئول حدود ۷ تا ۱۰ درصد از کل انتشار گازهای گلخانه‌ای جهان است.

هوش‌مصنوعی و معدنکاری

وی در ارتباط با فناوری هوش‌مصنوعی و اهمیت آن در فعالیت‌های معدنکاری گفت: هوش‌مصنوعی به‌عنوان یک فناوری تحول‌آفرین، نقش موثر و کلیدی در بهینه‌سازی تولید فولاد سبز ایفا می‌کند و می‌تواند چالش‌های فنی، اقتصادی و زیست‌محیطی این فرآیند را به‌طوردقیق و البته تاثیرگذار، مدیریت کند. ابتدا، هوش‌مصنوعی با پردازش حجم بزرگی از داده‌های تولید، امکان پیش‌بینی دقیق مصرف انرژی و مواد اولیه را فراهم می‌آورد. برای مثال، در پلنت‌های ترکیبی که همزمان از روش‌های سنتی و مبتنی بر هیدروژن استفاده می‌کنند، الگوریتم‌های یادگیری ماشین می‌توانند زمان‌بندی ذوب را به‌صورت برخط بهینه، توقفات غیرضروری را حذف و مصرف انرژی الکتریکی را براساس نوسانات نرخ برق تجدیدپذیر، تنظیم کنند.

وی افزود: این امر به‌ویژه در کوره‌های قوس‌الکتریکی که برای هر تن فولاد بین ۳۱۰ تا ۶۴۰ کیلووات ساعت برق نیاز دارند، حیاتی است. هوش‌مصنوعی همچنین می‌تواند ترکیب شیمیایی آهن‌اسفنجی تولیدشده با هیدروژن را تحلیل کرده و تنظیمات لحظه‌ای در فرآیند اعمال کند تا کیفیت نهایی حفظ شود. علاوه بر این، در مدیریت انرژی، سیستم‌های هوشمند می‌توانند مازاد یا کمبود انرژی را به‌صورت آنی خریدوفروش کنند، تولید را در ساعات کم‌قیمت برق افزایش دهند و از هدررفت جلوگیری کنند.

این فعال معدن در ادامه این گفت‌وگو خاطرنشان کرد: در بخش پایین‌دستی مانند نورد و پرداخت، هوش‌مصنوعی اهداف متناقض مانند کاهش مصرف انرژی، حداقل کردن موجودی انبار، حفظ کیفیت و رعایت استانداردهای زیست‌محیطی را همزمان بهینه می‌کند. برای نمونه، با شبیه‌سازی سناریوهای مختلف، می‌تواند توالی ذوب را تغییر دهد، زمان ذخیره‌سازی را کوتاه کرده یا دمای تخلیه را تنظیم کند تا ردپای کربنی کاهش یابد. امروزه شرکت‌ها با استفاده از هوش‌مصنوعی، دستورالعمل‌های بازیافت قراضه را بهینه کرده‌اند تا نیاز به مواد اولیه تازه کاهش یابد و انتشار CO۲ کمتر شود. در نهایت، ادغام هوش‌مصنوعی نه‌تنها هزینه‌های تولید فولاد سبز را که گاهی ۳۰ تا ۱۰۰ درصد بیشتر از روش سنتی است، کاهش می‌دهد، بلکه پیچیدگی‌های پلنت‌های دوگانه را مدیریت کرده و گذار به تولید پایدار را تسریع می‌کند.

وی خاطرنشان کرد: ایران با برخورداری از منابع غنی سنگ‌آهن، تجربه طولانی در تولید فولاد سنتی و نیروی کار متخصص، ظرفیت بالایی برای تولید فولاد سبز با اتکا به هوش‌مصنوعی دارد. ایران یکی از تولیدکنندگان عمده فولاد در منطقه است و اگرچه اخیرا از جمع ۱۰ کشور برتر خارج شده، اما زیرساخت‌های موجود مانند کارخانه‌های احیای‌مستقیم و کوره‌های قوس‌الکتریکی می‌تواند پایه‌ای برای‌ گذار به روش‌های هیدروژنی باشد. دسترسی به انرژی خورشیدی و بادی در مناطق کویری و شمالی کشور، امکان تولید برق ارزان تجدیدپذیر را فراهم می‌کند که برای الکترولیز هیدروژن ضروری است. هوش‌مصنوعی می‌تواند در این زمینه با بهینه‌سازی زنجیره تامین مواد، پیش‌بینی نیازهای انرژی و مدیریت پلنت‌های ترکیبی، هزینه‌های اولیه بالا را جبران کند.

فلاح ادامه داد: سرمایه‌گذاری در استارت‌آپ‌های هوش‌مصنوعی داخلی و همکاری با دانشگاه‌ها برای توسعه مدل‌های بومی، می‌تواند ایران را در ۵ تا ۱۰ سال آینده به تولید صنعتی فولاد سبز برساند. دولت می‌تواند با سیاست‌های تشویقی مانند یارانه برای برق تجدیدپذیر و معافیت‌های مالیاتی، این فرآیند را سرعت بخشد. در مجموع، ادغام هوش‌مصنوعی در تولید فولاد سبز نه‌تنها یک تحول فنی، بلکه یک فرصت استراتژیک برای احیای صنعت فولاد ایران، حفاظت از محیط‌زیست و تقویت اقتصاد ملی است. با برنامه‌ریزی دقیق و سرمایه‌گذاری هدفمند، ایران می‌تواند از این کابوس آلودگی به رویای صادرات سبز گذر کند و در مسیر توسعه پایدار گام بردارد.

تولید بدون سوخت فسیلی

مجتبی ابراهیم بای سلامی، فعال معدن در ارتباط با حرکت معادن به‌سمت فولاد سبز به  گفت: در سال‌های گذشته، مفهوم فولاد سبز به‌عنوان یک مسیر امیدوارکننده برای کاهش اثرات زیست‌محیطی صنعت فولاد پدیدار شده است. فولاد سبز شامل تولید فولاد بدون استفاده از سوخت‌های فسیلی است. این کار را می‌توان با استفاده از منابع انرژی کم‌کربن مانند هیدروژن، گازی شدن زغال‌سنگ یا الکتریسیته به‌جای مسیر سنتی تولید کربن فشرده نیروگاه‌های زغال‌سنگ انجام داد.

بای سلامی ادامه داد: فولاد سبز که با استفاده از انرژی‌های تجدیدپذیر و هیدروژن تولید می‌شود، یک راه امیدوارکننده برای کربن‌زدایی تولید فولاد و گسترش صنعت هیدروژن است. ایران که دارای منابع تجدیدپذیر فراوان و ذخایر سنگ‌آهن است، در موقعیت ایده‌آلی برای حمایت از این فناوری دوستدار محیط‌زیست قرار دارد. تولید فولاد سبز از نظر زیست‌محیطی و اقتصادی، دارای چالش‌های مهمی نیز هست.

وی گفت: فولاد سبز تولید خود را در نخستین کارخانه فولاد سبز اروپا در شمال سوئد آغاز کرده است. از روش‌های تولید فولاد سبز استفاده از هیدروژن برای واکنش با سنگ‌آهن و تولید بخار آب یا بازیافت مواد خام است. نتایج تحقیقات نشان داد که استفاده از فولاد سبز، باوجود چالش‌هایی که دارد، به کاهش انتشار گاز CO۲ کمک می‌کند و از نظر اقتصادی نسبت به فولاد معمولی به‌صرفه‌تر است. هدف فولاد سبز این است که تولید فولاد سازگارتر با محیط‌زیست باشد و تاثیر آن بر اقلیم کاهش یابد. فرآیند تولید فولاد سبز متمرکز بر استفاده از برق و سوخت‌های غیرفسیلی است که منجر به انتشار گازهای گلخانه‌ای کمتر نسبت به فولاد معمولی می‌شود. فرآیند فولاد سبز انتشار گاز دی‌اکسیدکربن را تقریبا صفر می‌کند، در حالی که صنعت فولادسازی بیش از ۷ درصد از انتشار دی‌اکسیدکربن جهانی را تشکیل می‌دهد. از این‌رو کربن‌‎زدایی یک اولویت جهانی در صنعت فولاد است.

وی افزود: چالش‌های پیش‌روی پذیرش گسترده فولاد سبز شامل هزینه‌های بالا، دسترسی محدود به فناوری و نیاز به زنجیره تامین قابل‌اعتماد هیدروژن تولیدشده توسط ۱۰۰درصد انرژی‌های تجدیدپذیر است. هزینه احیای مستقیم مبتنی بر هیدروژن و الکترولیز اکسید مذاب در حال ‌حاضر ۲۰ تا ۳۰ درصد بیشتر از تولید فولاد معمولی است که با نرخ کربن حدود ۷۰ تا ۱۰۰ دلار به‌ازای هر تن co2مطابقت دارد.

علاوه بر این، مقیاس تغییرات موردنیاز دلهره‌آور است، چون اقتصاد جهانی حدود هزار و 700 میلیون تن فولاد در سال مصرف می‌کند و یک تغییر ۱۰۰برابری در سرعت انتقال برای صنعت فولاد لازم است تا به دمای ۱.۵درجه سانتیگراد پایبند باشد. با این حال، از آنجایی که هزینه‌های انرژی تجدیدپذیر به‌شدت کاهش می‌یابد و فناوری‌های جدید وارد مرحله آزمایشی تجاری می‌شوند، فرآیندهای کم‌کربن شروع به ایجاد منطق اقتصادی می‌کنند.

سرمایه‌گذاری در فناوری‌ها و فرآیندهای جدید

بای سلامی خاطرنشان کرد: تقاضای فزاینده برای تولید فولاد پایدار، فرصت‌های جدیدی را برای نوآوری و رشد در صنعت فولاد سبز باز کرده است. دولت‌ها در سرتاسر جهان مشوق‌ها و بودجه‌هایی را برای ترویج تولید فولاد پایدار ارائه می‌کنند. به‌عنوان‌مثال، اتحادیه اروپا در نظر دارد تا سال ۲۰۵۰ قاره را از نظر کربن خنثی کند و بودجه قابل‌توجهی برای طرح‌های فولاد سبز فراهم کند. افزایش آگاهی عمومی از اثرات زیست‌محیطی تولید سنتی فولاد نیز باعث افزایش تقاضا برای فولاد سبز می‌شود. در نتیجه، تولیدکنندگان فولاد در حال سرمایه‌گذاری در فناوری‌ها و فرآیندهای جدید برای کاهش ردپای کربن خود هستند که می‌تواند منجر به رشد قابل‌توجهی در صنعت فولاد سبز شود. به‌طورکلی، تغییر به‌سمت تولید فولاد پایدار فرصت قابل‌توجهی برای نوآوری و رشد در صنعت است.

وی گفت: تولید فولاد سبز اثرات زیست‌محیطی تولید فولاد را کاهش می‌دهد و به پایدارتر شدن آن کمک می‌کند. این شامل کاهش انتشار کربن، کاهش استفاده از منابع انرژی تجدیدناپذیر و به حداقل رساندن ضایعات است. 

امروزه، ایجاد بازاری برای فولاد تولیدشده توسط فرآیندهای تولید کم‌مصرف کربن، که در اینجا «فولاد سبز» نامیده می‌شود، به‌عنوان وسیله‌ای برای حمایت از معرفی فناوری‌های کاهش انتشار در تولید فولاد شناخته شده است. با این حال، جزئیات بسیاری از جمله دقیقا آنچه «سبز» در زمینه فولادسازی مستلزم آن است، رقابت احتمالی محصولات فولاد سبز در بازارهای داخلی و بین‌المللی و مکانیسم‌های سیاستی بالقوه برای حمایت از نفوذ موفقیت‌آمیز آنها در بازار، هنوز مورد بررسی قرار نگرفته است.

سخن پایانی

در دنیای امروز که پایداری محیطی به یکی از چالش‌های اصلی صنایع سنگین تبدیل شده، مفهوم فولاد سبز به‌عنوان نمادی از نوآوری و مسئولیت‌پذیری اجتماعی، جایگاه ویژه‌ای یافته است. فولاد سبز نه‌تنها به‌معنای تولید فولاد با حداقل آلاینده‌ها و مصرف انرژی تجدیدپذیر است، بلکه شامل بهینه‌سازی فرآیندها برای کاهش هزینه‌ها و افزایش بهره‌وری می‌شود.