آینده زمین در دست فولادسازان
در حالی که امروزه بسیاری از کشورهای جهان در حال توسعه شهرنشینی و گسترش زیرساخت‌های خود هستند، تقاضای فولاد در سرتاسر جهان در حال افزایش روزافزون است.
فولاد متداول ترین فلز استفاده شده در دنیای امروز و دارای ویژگی های منحصر به فردی در بسیاری از جنبه های زندگی مدرن امروزی از هواپیما و کشتی ها گرفته تا ماشین های شست وشو و لوازم منزل است.در سال های اخیر توجه به گرمایش جهانی و پیامدهای نامطلوب استفاده از سوخت های فسیلی سبب شد تا دانشمندان و مهندسان صنعت فولاد جهان در یک رقابت جدید، به بررسی استفاده از سوخت هیدروژن به جای سوخت فسیلی در فرآیند تولید فولاد مشغول شوند. صمت در این گزارش با تاکید بر آینده فناوری فولاد سبز، به تشریح نگاهی پرداخته است که فودلادسازان را رهبران آینده زمین می داند.
سهم آهن و فولاد در انتشار گازهای گلخانه ای
صنعت آهن و فولاد مسئول انتشار بیش از ۸ درصد از گازهای گلخانه ای در جهان است و از سویی دیگر، بسیاری از تکنولوژی های فولادسازی نیز به مقدار قابل توجهی زغال سنگ نیاز دارند. این موارد، اهمیت توجه به کاهش آلایندگی های ناشی از صنعت فولاد را روشن می سازد. براساس توافقنامه پاریس، لازم است که در سال ۲۰۵۰ میلادی، میزان انتشار گازهای گلخانه ای ناشی از صنعت فولاد به حدود ۴۰۰ تا ۶۰۰ میلیون تن در سال کاهش یابد.در سال های اخیر، تولید فولاد سبز برای کاهش تولید گازهای گلخانه ای به شدت مطرح شده است. جایگزین کردن هیدروژن به جای کربن، پاک ترین روش برای تولید فولاد سبز است. بااین حال، یکی از چالش های اصلی در این روش، هزینه بالای تولید هیدروژن است. در مسیر کاهش هزینه های تولید فولاد سبز بدون سوخت فسیلی، هیدروژن تولیدشده با استفاده از انرژی های تجدیدپذیر، معروف به هیدروژن سبز، به عنوان یک واکنش دهنده برای جایگزینی سوخت های رایج در فرآیند فولادسازی مورداستقبال قرار گرفته است. در کل، هیدروژن سبز به ۲ روش می تواند در تکنولوژی تولید فولاد به کار رود. در روش اول، از هیدروژن به عنوان یک تزریق جایگزین برای تزریق پودر زغال سنگ به کوره بلند استفاده می شود که می تواند انتشار کربن را تا ۲۰ درصد کاهش دهد. این روش موجب تولید فولاد بدون کربن نمی شود، زیرا در نهایت، زغال سنگ به کک تبدیل می شود و کربن در فرآیند حضور دارد. در روش دیگر، هیدروژن می تواند به عنوان یک احیاکننده جایگزین برای تولید آهن اسفنجی ( DRI ) استفاده شود که در نهایت با استفاده از کوره قوس الکتریکی به فولاد تبدیل می شود. این تکنولوژی تولید، با عنوان DRI / EAF مبتنی بر هیدروژن به عنوان روش تولید فولاد سبز بدون کربن در حال توسعه است. استفاده از هیدروژن سبز و همچنین برق تجدیدپذیر از باد، خورشید یا آب، تولید فولاد کمابیش بدون کربن با این روش را امکان پذیر می کند. فرآیند تولید فولاد DRI / EAF مبتنی بر هیدروژن سبز در مقیاس بزرگ شامل مراحل زیر است:
۱ - تولید هیدروژن سبز: هیدروژن سبز، برخلاف هیدروژن خاکستری که از سوخت های فسیلی حاصل می شود، از الکترولیز آب در فرآیندی که به مقدار زیادی برق نیاز دارد، تولید می شود. بااین حال، استفاده از انرژی های تجدیدپذیر نظیر نور خورشید و باد می توانند چالش مصرف زیاد برق در این روش را برطرف سازند.
۲ - تولید آهن اسفنجی: گندله سنگ آهن با هیدروژن احیاشده تا آهن اسفنجی تولید شود. با استفاده از هیدروژن به عنوان ماده احیاکننده، فقط بخار آب آزاد می شود.
۳ - تولید فولاد خام با استفاده از کوره قوس الکتریکی: در کوره قوس الکتریکی، استفاده از منابع تجدیدپذیر در تولید برق می تواند مسیر را برای تولید فولاد سبز بدون انتشار کربن فراهم سازد.
بااین حال، در حال حاضر، هیدروژن سبز تنها در مقادیر کم تولید شده و توسعه آن می تواند چشم انداز روشنی را برای صنعت فولاد سبز به دنبال داشته باشد. شرکت های فولادسازی پیشرو نظیر آرسلورمیتال و بائو چین گام های بزرگی را برداشته اند و انتظار می رود که در آینده ای نزدیک، شاهد کاهش هزینه های تولید فولاد سبز باشیم.
نخستین گام در مسیر تولید فولاد سبز
نخستین گام جدی در مسیر تولید فولاد سبز با هیدروژن سبز توسط مشارکت چندین شرکت در کشور سوئد آغاز شد. روش تولید مذکور، روش هایبریت، یک طرح نوآورانه بود که به عنوان نخستین تکنولوژی فولادسازی بدون سوخت فسیلی و کمابیش فاقد اثری از کربن در کشور سوئد مطرح شد. مسیر تولید به روش HYBRIT مشابه فرآیندهای احیا مستقیم است و تنها به جای انتشارکربن، هیدروژن با اکسیدهای آهن واکنش می دهد و آب تشکیل می شود. در واقع، جایگزینی هیدروژن به عنوان سوخت سبب می شود که محصول خروجی به جای آلاینده های کربنی، بخار آب باشد که دوباره نیز می تواند در چرخه سبز تولید مورداستفاده قرار گیرد. جالب است که شرکت HYBRIT نخستین فولاد سبز بدون سوخت فسیلی را در سال ۲۰۱۹ میلادی تولید و گروه خودروسازی ولوو نخستین محصول آن را خریداری کرد و در ساخت خودروهای سنگین خود به کار برد. طبق پیش بینی ها در سال ۲۰۲۶ چنین فولادی در مقیاس تجاری روانه بازار خواهد شد. بد نیست، بدانیم که خودروسازی مرسدس بنز آلمان نیز برای استفاده از فولاد سبز در قطعات خودرو با امضای قراردادی به یکی از مشتریان بزرگ شرکت سوئدی تبدیل شده است.از آنجا که بیشتر تولیدکنندگان فولاد در ایران، از روش قوس الکتریکی استفاده می کنند، مسیر برای دستیابی به فولاد سبز مبتنی بر هیدروژن هموارتر از کشورهایی است که بیشتر فولاد خود را با کوره بلند تولید می کنند. همچنین، باتوجه به موقعیت جغرافیایی ایران، شرایط برای تولید برق از انرژی های تجدیدپذیر موردنیاز برای تولید هیدروژن مهیا است. از سویی دیگر، باتوجه به روند خشکسالی در ایران، آب به عنوان یکی از محصولات جانبی تولید فولاد سبز می تواند بخش عمده ای از مصرف آب موردنیاز در صنعت تولید فولاد داخل را جبران کند.
مانع اصلی بر سر راه تولید فولاد سبز
واضح است که پاک تر کردن یکی از بزرگ ترین صنایع منتشرکننده کربن یک راه حل کلیدی در راستای مبارزه با تغییرات آب وهوایی است. میزان انتشارات صنعت فولاد تا سال ۲۰۵۰ باید به میزان ۵۰ درصد کاهش یابد و پس از آن نیز به کاهش مداوم ادامه داده تا به اهداف آب وهوایی مطابق با آژانس بین المللی انرژی ( IEA ) برسد، اما این هدف مهم چگونه قابل دستیابی خواهد بود؟ بسیاری اعتقاد دارند که فولاد سبز پاسخ این مسئله است.از اساس تعریف فولاد سبز، تولید فولاد بدون استفاده از سوخت فسیلی است. هیدروژن سبز راه حلی است که می تواند به کاهش رد پای کربن در صنعت فولاد کمک کند. هیدروژن هنگام سوختن تنها آب تولید می کند و اگر خود هیدروژن نیز با استفاده از الکترولیز آب و تنها با استفاده از انرژی الکتریکی تجدیدپذیر تولید شود، پس این هیدروژن به طورکامل خالی از انتشار کربن خواهد بود. همچنین، هیدروژن اگر با استفاده از سوخت های فسیلی و تکنولوژی های جذب، استفاده و ذخیره کربن تولید شود، بسیار کم کربن خواهد بود که با عنوان هیدروژن آبی شناخته می شود.کوره های قوس الکتریکی گزینه دیگری هستند. این کوره ها به تدریج در حال جایگزین شدن به جای انواع کوره بلندهای متداول هستند، اما این کوره ها همیشه با استفاده از منابع تجدیدپذیر تغذیه نمی شوند و بنابراین فولادی که تولید می کنند، همیشه سبز نخواهد بود.بسیاری از بزرگ ترین تولیدکنندگان فولاد دنیا برنامه هایی برای کاهش ردپای کربن خود با استفاده از کوره های قوس الکتریکی دارند. اما گزارش ها نشان می دهد که گذار از کوره های بلند قدیمی به کوره های قوس الکتریکی در وضعیت رکود است و به طرزچشمگیری از اهداف کربن زدایی کامل فاصله دارد.براساس این گزارش، تنها ۳۱ درصد از ظرفیت تولید فولاد در جهان از کوره های الکتریکی استفاده می کنند و متاسفانه تنها ۲۸ درصد از ظرفیت های در حال احداث از این تکنولوژی بهره خواهند برد، که راه حل این مشکل ممانعت از سرمایه گذاری در کوره های بلند با سوخت زغال سنگ و تسریع روند سرمایه گذاری در فولادسازی هایی با تکنولوژی کوره قوس الکتریکی است.
راه حل هیدروژنی نیز با موانعی روبه رو هستند، مانع اصلی بر سر راه تولید فولاد سبز، در دسترس بودن هیدروژن کم کربن است. افزایش مقیاس تولید فولادسبز نیاز به مقادیر زیادی از هیدروژن سبز یا آبی دارد.درباره هزینه های تولید فولاد سبز، می توان گفت که تولید هیدروژن پاک در مقیاس صنعتی نیاز به سرمایه گذاری های میلیارد دلاری در بخش تولید انرژی های تجدیدپذیر خواهد داشت که یک کلید اساسی در راستای تحقق هدف دستیابی به صفر خالص تا سال ۲۰۵۰ در اروپا است.آرسلورمیتال، بزرگ ترین تولیدکننده فولاد در اروپا، بیان می کند که کربن زدایی از فرآیندهای تولید، همگام با اهداف اتحادیه اروپا، می تواند تا ۴۰ میلیارد دلار هزینه داشته باشد. چین نیز متعهد شده است که تا سال ۲۰۶۰ به شرایط کربن خنثی برسد که این امر مستلزم کربن زدایی از صنعت فولاد چین بوده که مسئول انتشار یک سوم کل انتشارات کربن در این کشور است.حفظ محیط زیست یکی از اصلی ترین رئوس برای توسعه پایدار در بخش معدن است که در سال های اخیر بیش از گذشته موردتوجه معدنکاران قرار گرفته است. امروز شرکت های بزرگ معدنی و صنایع معدنی اقدامات زیست محیطی را جزو اولویت های اصلی خود قرار داده اند تا بتوانند به توسعه پایدار دست پیدا کرده و کمترین آسیب را به محیط زیست وارد کنند. متاسفانه در گذشته به دلیل بی توجهی به محیط زیست، تقابل میان بخش معدن و محیط زیست شدت گرفت و بسیاری از فعالان این بخش مخالف برخی فعالیت های معدنی بودند. چنین نگاهی باعث شد تا برخی از پروژه های معدنی مشمول گذر زمان و تاخیر در اجرا شوند، در حالی که با افزایش توجه به محیط زیست و تعریف استانداردهای لازم، عبور از این مشکل امکان پذیر بود. رفته رفته فعالان بخش معدن تعامل با محیط زیست و منابع طبیعی را در دستور کار قرار دادند تا بتوانند با حداقل آسیب از ذخایر موجود بهره برداری کنند.
معدنکاری سبز، جزو الزامات بخش معدن
این موضوع در کشورهای معدنی دنیا نیز به خوبی قابل رویت است و می توان از تجربیات آنها در این بخش نیز استفاده کرد. حرکت به سمت معدنکاری سبز می تواند راهگشای این مشکل باشد. معدنکاری سبز فناوری جدیدی است که شرکت های معدنی زیادی در جهان تلاش می کنند تا با استفاده از آن آسیب های زیست محیطی معدنکاری را به حداقل برسانند. ایران جزو کشورهای با ظرفیت خوب معدنی است که این موضوع را در دستور کار قرار داده، اما فعالیت های معدن و معدنکاری در محیط زیست و منابع طبیعی زیرساخت ها و شرایط خاص خود را می طلبد که بخشی از آن باید از سوی معدنکاران و بخشی دیگر باید با حمایت های ویژه از سوی دولت فراهم شود.در حال حاضر فعالیت های معدنکاری در ایران به گونه ای است که محدوده بزرگی را به شکل آزمون و خطا مورد بررسی قرار داده و با حفاری های بسیار، در آخر رگه موردنظر را که برای آنها ارزش اقتصادی دارد، پیدا کرده است و نسبت به برداشت از آن اقدام می کنند. این در حالی است که با استفاده از فناوری های نوین می توان در مرحله نخست به نقاطی که برداشت از آن ارزش اقتصادی دارد، دست یافت و دیگر به ساخت جاده های مختلف تخریب پوشش گیاهی و مانند آنکه موجب تخریب محیط زیست می شود، نیاز نخواهد بود. در این بین، علاوه بر ورود تکنولوژی های جدید که شاید متاثر از شرایط تحریمی کار دشواری باشد باید به سمت توسعه آموزش ها در بخش معدنکاری سبز نیز حرکت کرد. البته باتوجه به تاکیدهای انجام گرفته در بحث استفاده از ظرفیت دانش بنیان ها، می توان بر مشکلات ناشی از تحریم نیز فائق آمد و به سراغ بومی سازی برخی تکنولوژی ها رفت. از سویی دیگر، نوسازی ناوگان ماشین آلات معدنی نیز می تواند گامی دیگر در راستای کاهش مخاطرات زیست محیطی باشد که بخشی از آن نیازمند حمایت های دولت به ویژه وزارت صنعت، معدن و تجارت است.معدنکاری سبز جزو الزامات بخش معدن است. در تمامی کشورهای دنیا کسانی که به عنوان بهره بردار معدنی در این بخش مشغول به فعالیت هستند، باید کمترین آسیب را به محیط زیست وارد کنند، اما متاسفانه سال ها قبل در ایران توجه چندانی به این موضوع انجام نمی گرفت، زیرا ما به صورت علمی و حرفه ای با آن برخورد نمی کردیم. این موضوع باعث شد تا سازمان حفاظت محیط زیست و منابع طبیعی نسبت به فعالیت های معدنی بدبین شوند و احساس کنند که معدنکاری به معنای تخریب محیط زیست است. در حالی چنین دیدگاهی نسبت به بخش معدن شکل گرفت که معدن ارزش افزوده و رونق اقتصادی را به همراه دارد و نقش مهم در کاهش وابستگی به اقتصاد نفتی ایفا می کند. در نتیجه، لازم است استانداردهایی منطبق با شرایط ایران برای معدنکاری تعریف شود. شاید در برخی موارد ما بهتر از استانداردهای اروپا عمل کنیم، اما در برخی موارد هم نزدیک به آنها اقدام می کنیم.
سخن پایانی
باتوجه به موارد یادشده، ایران دارای اقلیم و آب وهوای متفاوت است. از سویی دیگر، امروز شاهد بحران خشکسالی هستیم که می تواند بخش کشاورزی را تحت تاثیر قرار دهد، در نتیجه باید به فکر جایگزین کردن درآمدهای بخش کشاورزی و اشتغال موجود در آن بود که معدن می تواند با برنامه ریزی دقیق و کارشناسی یکی از جایگزینی های این موضوع باشد.البته فراموش نکنیم این برنامه ریزی باید به صورتی باشد که آسیب های وارده به محیط زیست به حداقل میزان خود برسد. از سویی دیگر، باید احیا و بازسازی معادن نیز در دستورکار و برنامه های معدنکاران قرار بگیرد. بدون شک با چنین برنامه ریزی که جمیلی به آن اشاره داشت، می توان شاهد کاهش چالش های موجود میان معدنی ها و محیط زیست بود که خود این بخش را به توسعه پایدار نزدیک تر می کند. بی تردید باید تعامل و تفاهم میان محیط زیست و بخش معدن در دستورکار باشد. در ایران نیازمند انجام اکتشافات تکمیلی هستیم تا میزان مزیت های معدنی و مناطق آن مشخص شود، اما این کار باید در راستای استانداردهای محیط زیست صورت بگیرد. همچنین، باید چالش ها در این باره را به حداقل رساند و باید به این باور دست پیدا کرد که نیازمند بهره برداری از نعمت های خدادادی هستیم تا حداکثر ارزش افزوده را برای ما به همراه داشته باشد. بهره برداری از این ذخایر نیز نیازمند اجازه ارگان ها و سازمان های مختلف برای انجام اکتشافات تکمیلی است.
