آینده صنعت فولاد با فناوری های سبز و کاهش آلاینده ها

صنعت فولاد به عنوان ستون فقرات توسعه صنعتی، نقشی کلیدی در اقتصاد جهانی دارد. از آسمان خراش ها گرفته تا خودروها و لوازم خانگی، همه و همه به فولاد وابسته اند. بااین حال، این صنعت یکی از بزرگ ترین تولیدکنندگان گازهای گلخانه ای در جهان نیز محسوب می شود و حدود ۷ تا ۸ درصد از کل انتشار CO₂ جهانی را به خود اختصاص می دهد.

در دهه های اخیر، نگرانی های زیست محیطی، تغییرات اقلیمی و سیاست های بین المللی برای کاهش آلاینده ها، باعث شده که فولادسازی سنتی به سمت فناوری های پاک تر و کم کربن حرکت کند. آینده صنعت آهن و فولاد دیگر تنها در افزایش تولید خلاصه نمی شود، بلکه در تولید سبز، بازیافت هوشمند و مصرف بهینه انرژی تعریف می شود. در این مقاله، تحولات فناوری، چالش ها و مسیر آینده فولاد سبز بررسی می شود.

بخش اول: وضعیت فعلی آلایندگی صنعت فولاد

۱. منبع اصلی انتشار

تولید فولاد به ویژه در روش کوره بلند – کنورتور (BF-BOF) به شدت وابسته به زغال سنگ است. در این فرآیند، کربن موجود در کک وظیفه احیای اکسید آهن را بر عهده دارد و در نتیجه CO₂ فراوانی آزاد می شود. در هر تُن فولاد تولیدی، حدود ۱.۸ تا ۲.۲ تُن دی اکسیدکربن منتشر می شود.

۲. پیامدهای زیست محیطی

افزون بر گازهای گلخانه ای، صنایع فولاد باعث تولید گردوغبار، پساب های صنعتی، آلودگی صوتی و مصرف بالای آب نیز می شوند. در مناطقی مانند چین و هند، کارخانه های فولاد سهم چشمگیری در آلودگی هوا دارند.

۳. فشارهای بین المللی

با تصویب توافق پاریس و برنامه های اقلیمی سازمان ملل، کشورها موظف به کاهش انتشار گازهای گلخانه ای شده اند. صنایع فولاد اکنون زیر ذره بین سیاست گذاران قرار گرفته و ملزم به کاهش حداقل ۵۰ درصدی آلاینده ها تا سال ۲۰۵۰ هستند.

بخش دوم: مفهوم فولاد سبز

فولاد سبز (Green Steel) اصطلاحی است که به فرآیند تولید فولادی اشاره دارد که در آن انتشار کربن به طور چشمگیری کاهش یافته یا حذف شده باشد. این هدف با استفاده از فناوری های نوین، انرژی های تجدیدپذیر و بازیافت مواد حاصل می شود.

ویژگی های کلیدی فولاد سبز عبارت اند از:

• جایگزینی سوخت های فسیلی با منابع انرژی پاک (مانند هیدروژن یا برق تجدیدپذیر).
• استفاده از فرآیندهای احیای مستقیم بدون کربن (Hydrogen DRI).
• بازیافت قراضه های فولادی در کوره های قوس الکتریکی (EAF).
• بهینه سازی مصرف انرژی در کل زنجیره تولید.

بخش سوم: فناوری های نوین در تولید فولاد سبز

۱. احیای مستقیم با هیدروژن (H₂-DRI)

در این روش، به جای گاز طبیعی یا کک، از هیدروژن برای احیای سنگ آهن استفاده می شود. در نتیجه، به جای CO₂، تنها بخار آب تولید می شود.

واکنش اصلی:

$$Fe2O3+3H2\to 2Fe+3H2OFe\_2O\_3\; +\; 3H\_2\; \to \; 2Fe\; +\; 3H\_2OFe2O3+3H2\to 2Fe+3H2O$$

 

نمونه های عملی این فناوری در پروژه های بزرگی مانند HYBRIT در سوئد و H2GreenSteel در حال اجراست. این فناوری تا ۹۰٪ از انتشار کربن می کاهد، البته به شرطی که هیدروژن مورد استفاده از منابع تجدیدپذیر (هیدروژن سبز) تولید شده باشد.

۲. استفاده از انرژی الکتریکی پاک

در فرآیندهای قوس الکتریکی (EAF)، انرژی الکتریکی نقش اصلی در ذوب آهن اسفنجی و قراضه را ایفا می کند. اگر این برق از منابع تجدیدپذیر مانند خورشید، باد یا نیروگاه های آبی تأمین شود، اثر کربنی فولاد به حداقل می رسد.

۳. فناوری جذب و ذخیره کربن (CCUS)

این فناوری، دی اکسیدکربن حاصل از دودکش ها را جمع آوری و در زیرزمین یا در فرآیندهای صنعتی دیگر (مانند تولید سوخت مصنوعی) ذخیره یا استفاده می کند. برخی کارخانه های بزرگ در ژاپن و کره جنوبی از این سیستم بهره می برند.

۴. بازیافت حرارت و بهینه سازی انرژی

حدود ۳۰٪ از انرژی مصرفی در کارخانه های فولاد به صورت گرمای اتلافی از بین می رود. استفاده از مبدل های حرارتی و سیستم های بازیافت انرژی (Waste Heat Recovery) می تواند مصرف سوخت را کاهش دهد.

بخش چهارم: فولاد بازیافتی؛ گامی به سوی پایداری

بیش از ۶۵٪ فولاد تولیدی جهان از طریق بازیافت قراضه تأمین می شود. فولاد برخلاف بسیاری از مواد دیگر، بی نهایت بار قابل بازیافت است بدون کاهش کیفیت.

مزایای بازیافت فولاد:

• کاهش ۶۰ تا ۷۰ درصدی مصرف انرژی.
• صرفه جویی در منابع معدنی.
• کاهش نیاز به حمل ونقل سنگین.
• کاهش تولید گازهای گلخانه ای تا ۸۰٪.

در ایران نیز ظرفیت جمع آوری قراضه و استفاده در کوره های قوس الکتریکی یکی از فرصت های مهم برای توسعه فولاد سبز محسوب می شود.

بخش پنجم: چالش های تحقق فولاد سبز

با وجود مزایای فراوان، گذار به سمت فولاد سبز با موانع فنی و اقتصادی همراه است:

1. هزینه بالای سرمایه گذاری اولیه
   تجهیز کارخانه های موجود به فناوری های جدید نیازمند میلیاردها دلار سرمایه است.
2. تأمین هیدروژن سبز در مقیاس صنعتی
   تولید هیدروژن از الکترولیز آب با انرژی تجدیدپذیر هنوز گران و محدود است.
3. زیرساخت های ناکافی در کشورهای درحال توسعه
   کمبود شبکه انرژی پاک، نبود قوانین حمایتی و عدم هماهنگی زنجیره تأمین از موانع اصلی محسوب می شود.
4. رقابت قیمتی
   فولاد سبز فعلاً گران تر از فولاد سنتی است و پذیرش آن در بازار نیازمند سیاست های حمایتی و تعرفه های کربنی است.

بخش ششم: سیاست ها و برنامه های جهانی

۱. اروپا

اتحادیه اروپا برنامه Green Deal را با هدف کاهش ۵۵٪ از آلاینده ها تا سال ۲۰۳۰ اجرا کرده و طرح CBAM (مالیات مرزی کربن) را برای واردات فولاد پرکربن تصویب نموده است.

۲. چین

به عنوان بزرگ ترین تولیدکننده فولاد، چین تا سال ۲۰۶۰ متعهد به بی کربن سازی کامل صنعت خود شده و به شدت در احیای مستقیم و بازیافت سرمایه گذاری می کند.

۳. آمریکا و ژاپن

ایالات متحده با طرح های حمایتی مانند Inflation Reduction Act و ژاپن با پروژه COURSE50 در مسیر تولید فولاد کم کربن گام برداشته اند.

بخش هفتم: فرصت های ایران در مسیر فولاد سبز

ایران با دارا بودن ذخایر عظیم گاز طبیعی، تابش خورشید فراوان و ظرفیت صنعتی بالا، یکی از بهترین موقعیت ها را برای گذار به فولاد سبز دارد.

مزیت های رقابتی ایران:

• گاز طبیعی ارزان و در دسترس برای احیای مستقیم.
• توسعه سریع ظرفیت انرژی خورشیدی در مناطق مرکزی.
• زیرساخت گسترده تولید آهن اسفنجی (DRI).
• موقعیت ژئوپلیتیکی برای صادرات به اروپا و شرق آسیا.

چالش ها:

• تحریم ها و محدودیت های فناوری.
• کمبود منابع آب در مناطق معدنی.
• نیاز به سرمایه گذاری خارجی برای فناوری هیدروژن سبز.

بخش هشتم: چشم انداز آینده

پیش بینی می شود تا سال ۲۰۵۰، بیش از نیمی از فولاد جهان از طریق فناوری های کم کربن تولید شود. کشورهایی که زودتر در این مسیر گام بردارند، در آینده بازار جهانی فولاد را در اختیار خواهند داشت.

سه روند اصلی آینده صنعت فولاد عبارت اند از:

1. الکتریکی شدن فرآیندهای تولید.
2. استفاده گسترده از هیدروژن سبز.
3. دیجیتالی سازی و هوشمندسازی کارخانه ها با هوش مصنوعی برای بهینه سازی مصرف انرژی.

نتیجه گیری

صنعت فولاد، که قرن ها نماد قدرت صنعتی بوده، امروز در آستانه یک انقلاب سبز قرار دارد. آینده آن دیگر تنها بر پایه تولید بیشتر نیست، بلکه بر پایه تولید پاک تر، کارآمدتر و هوشمندتر است.

کشورهایی مانند ایران که منابع انرژی غنی و ظرفیت تولید بالایی دارند، می توانند با سرمایه گذاری در فناوری های سبز، نه تنها از خطر محدودیت های زیست محیطی جهانی در امان بمانند، بلکه به صادرکنندگان فولاد سبز در قرن بیست ویکم تبدیل شوند.