آینده هیدروژنی صنعت فولاد جهان

یادداشت دکتر علی امرایی/ مدیرعامل شرکت فولاد سنگان

پیمان اقلیمی پاریس یکی از مهم‌ترین تلاش‌‌های دولت‌ها برای حفاظت از محیط زیست و کاهش انتشار گازهای گلخانه‌‌ای است. در حال حاضر استفاده از فناوری‌‌های نوین با عنوان فناوری سبز و سازگار با محیط زیست فصل جدیدی از رقابت صنعتی را گشوده است. مساله تنها حفظ منابع زیستی و محیط پیرامون بشر نیست، بلکه کاهش مداوم منابع فسیلی، صنعت به‌ویژه بخش فولاد را با فشار بی‌‌سابقه‌‌ای برای کاهش انتشار کربن و دستیابی به توسعه پایدار انرژی مواجه کرده است. این کمبود منابع دولت‌ها را برای حفظ توان اقتصادی، مجبور به یافتن راهکارهای سودآورتر و کم‌هزینه می‌کند. تولید فولاد 7 درصد از کل انتشار گازهای گلخانه‌‌ای را تشکیل می‌دهد. امضای توافق پاریس در سال 2015 کشورهای عضو را موظف به اجرای برنامه‌های علمی و عملی برای کاهش گازهای گلخانه‌‌ای کرده است. همچنین این امر فولادسازان را مجبور به تعدیل در سیاست‌های آلاینده صنعتی می‌کند. این در حالی است که کشورهایی نظیر چین، ژاپن، کره و اتحادیه اروپا تلاش مضاعفی برای به صفر رساندن کربن در تولید فولاد را آغاز کرده‌‌اند. استراتژی این کشورها حرکت تدریجی به سمت تولید فولاد سودآور و کم‌آلاینده است.

باید اذعان کرد که صنعت جهانی فولاد در آستانه آغاز یک چرخش عظیم از زغال سنگ به هیدروژن است. آژانس بین‌المللی انرژی اعلام کرده است که با ارتقای بهره‌‌وری انرژی در کارخانه‌ها و فرآیندهای موجود می‌توان طی 5 تا 10 سال آینده به راحتی انتشار کربن در فولادسازی را کاهش داد به شرط آنکه فناوری‌‌های پیشرفته و مدرن مانند هیدروژن سبز در فرآیند تولیدات صنعتی به کار گرفته شود. استفاده از هیدروژن سبز کاربردی‌‌ترین راه برای تولید فولاد سبز برای حفظ محیط زیست در آینده نزدیک است. حرکت به سمت تولیدات بر پایه فناوری‌‌های مدرن و پاک مانند فولاد سبز یکی از راهکارهای مهم و اصلی برای دهه‌های آینده است. پیش‌بینی می‌شود تا سال 2050 حدود 50درصد تولید فولاد جهان را فولاد پاک تشکیل دهد. اگرچه هیدروژن کماکان یک عنصر کلیدی در فرآیندهای پالایشگاهی با سوخت فسیلی است ولی از پتانسیل خوبی برای کربن‌‌زدایی در فرآیندهای صنعتی برخوردار است. مزایای استفاده از این عنصر مانند فراوانی، در کنار ارزش حرارتی بالا، رسانایی خوب و سرعت واکنش‌پذیری بالا باعث امیدواری به آینده محیط زیست و صنعت شده است. انرژی و حرارت مورد نیاز در فرآیند تبدیل سنگ آهن به فولاد در درجه اول از زغال سنگ تامین می‌شود که ضریب آلودگی بالایی دارد. امروزه حدود 70 درصد فولاد تولیدشده در سراسر جهان در کوره بلند ساخته می‌شود. در این روش از یک کوره بلند یکپارچه و کوره مبتنی بر اکسیژن که برای تولید فولاد از سنگ آهن استفاده می‌شود و به زغال سنگ به عنوان احیاکننده نیاز دارد. در حالی که 25 درصد از فولاد تولیدشده از ضایعات در کوره‌های قوس الکتریکی به وجود می‌‌آید. در این روش از ضایعات فولاد یا آهن اسفنجی (DRI) به عنوان ماده خام برای پردازش در کوره قوس الکتریکی (EAF) استفاده می‌شود.5 درصد باقی‌مانده با استفاده از آهن اسفنجی در کوره‌های قوس الکتریکی تولید می‌شود. در فرآیند تولید آهن اسفنجی (DRI) معمولا از زغال سنگ یا گاز استفاده می‌شود، اما می‌توان آنها را با هیدروژن به اصطلاح سبز (که با استفاده از انرژی‌‌های تجدیدپذیر ساخته می‌شود) جایگزین کرد تا میزان کربن کاهش یابد. در سال 2016، سه شرکت سوئدی، SSAB، LKAB و Vattenfall، طرح Hybrit (فناوری آهن‌‌سازی پیشرفت هیدروژنی) را مطرح کردند و در نهایت موفق به ساخت نخستین آهن اسفنجی (DRI) هیدروژن‌پایه در جهان شدند و امیدوارند تا سال 2026 فناوری خود را برای تولید در مقیاس صنعتی عرضه کنند. دستیابی به فولاد هیدروژنی چندان راحت نیست. در حال حاضر پیش‌‌بینی‌‌ها حاکی از نیاز به بودجه 172 تریلیون دلاری برای کربن‌‌زدایی از بخش انرژی جهان است و هزینه‌های تولید فولاد هیدروژنی، چیزی حدود 280 میلیارد دلار در ابتدای کار تخمین زده می‌شود که در ادامه با رشد فناوری‌‌، این مبلغ کاهش چشمگیری خواهد داشت. بیشتر هزینه‌های تولید فولاد سبز به جای هزینه‌های سرمایه‌‌ای، مربوط به عملیات است. بنابراین کاهش هزینه هیدروژن سبز بسیار مهم است. راه‌‌اندازی نیروگاه‌های گاز طبیعی و مقاوم‌‌سازی آنها در فرآیند سوزاندن هیدروژن در دهه‌های آینده می‌تواند به کاهش هزینه‌های تولید کمک کند. بلومبرگ تخمین می‌‌زند که این میزان تا سال 2050 باید بیش از 80 درصد کاهش یابد و در اکثر نقاط جهان به کمتر از یک دلار در هر کیلوگرم برسد. بازیافت سبز نیز راه‌‌حلی مقرون به صرفه و فوری است. فولاد بازیافت‌‌شده با استفاده از برق 100 درصد پاک، فقط به 5 درصد اضافه‌‌بها نیاز دارد تا با هزینه‌های مواد بازیافتی امروزی مطابقت داشته باشد. تا سال 2050، با کاهش هزینه‌های برق پاک، این اضافه‌‌بها می‌تواند به کمتر از یک درصد کاهش یابد. از طرفی تولید گسترده فولاد سبز نیازمند ساخت کارخانه‌های DRI و کوره‌های الکتریکی زیادی است. تغییر روش و استفاده از هیدروژن، همچنین مقادیر زیادی انرژی تجدیدپذیر و عیارهای بالاتر سنگ آهن در این امر مهم است. با این حال به نظر می‌رسد بشر تا سال 2050 به سطحی از توانایی علمی رسیده است که تولید فولاد هیدروژنی در زمره صنایع نسبتا ارزان قرار بگیرد. هر چند در سال 2050 هنوز بخش قابل تاملی از تولید فولاد جهان بر فناوری‌های قدیمی‌‌تر متکی خواهد ماند.

استفاده از هیدروژن، آینده تولید و بازار فولاد را تحت تاثیر قابل توجهی قرار خواهد داد و اثرات خود را بر رشد صنعتی و اقتصادی کشورها خواهد داشت. بر این اساس کشورهای مختلف برنامه‌های مشخصی برای بهره‌‌مندی از مزایای این تغییر، تدوین کرده‌‌اند. برای دستیابی به فولاد پاک، افزایش میزان فولاد بازیافتی، به ویژه در چین، تامین انرژی پاک برای کوره‌های الکتریکی، طراحی ظرفیت جدید کارخانه‌های هیدروژن‌پایه یا جاذب کربن، ترکیب و اضافه کردن هیدروژن در نیروگاه‌های موجود مبتنی بر زغال سنگ و گاز برای کاهش هزینه هیدروژن سبز، تجهیز و بهسازی یا تعطیلی ظرفیت باقی‌مانده کارخانه‌ها که از سوخت زغال استفاده می‌کنند، تا سال 2050 دور از ذهن نیست. به نظر می‌‌رسد در 10سال آینده شاهد رشد تقاضای فولاد در هند و برخی کشورهایی که با شتاب بیشتری نسبت به دیگر کشورها به سمت صنعتی شدن حرکت می‌کنند، باشیم. بنابراین آمادگی فولادسازان هندی و بین‌المللی برای پاسخ به نیازهای بازار آن زمان، امری ضروری است، در غیر این صورت بازار فولاد دوران نوسانی را تجربه خواهد کرد که بر مسیر رشد و سبز شدن آن تاثیر جدی خواهد داشت.

برای تولید فولاد سبز هیدروژنی نیاز به کوره‌های الکتریکی و سنگ آهن با عیار بالا است که خود به عنوان نقطه ثقلی در تولید و فروش فولاد خواهد بود. استخراج سنگ آهن با عیار بالا، فناوری‌‌های کنونی معدن را تحت تاثیر قرار خواهد داد. اگرچه استرالیا بزرگ‌ترین ذخایر سنگ آهن را در اختیار دارد اما با توجه به بالا بودن نسبی کیفیت و عیار سنگ آهن برزیل و تا حدی روسیه، اگر این کشور نتواند از چالش تولید سنگ آهن با عیار بالا که مستلزم سرمایه‌‌گذاری روی فناوری‌‌های نوین و توسعه زیرساختی است سربلند بیرون بیاید، باید منتظر افول بازار صادراتی این کشور در دهه‌های آینده باشیم. از طرفی آفریقای جنوبی و هند نیز دارای ذخایر خوب سنگ آهن هستند و پتانسیل تولید مقدار زیادی سنگ آهن با عیار مناسب را دارند که از این حیث رقیبی برای سنگ آهن صادراتی استرالیا خواهد بود.

در سال‌های آتی که تولید فولاد هیدروژنی و پاک سرعت بیشتری خواهد داشت، چین به ایفای نقش محوری خود در تولید فولاد جهان ادامه می‌دهد. این کشور در حال حاضر بیش از 50 درصد از ظرفیت فولادسازی جهان را به خود اختصاص داده و مسیر آینده خود را به سمت کاهش انتشار گازهای گلخانه‌‌ای و تولید فولاد سبز تغییر داده است. به نظر می‌‌رسد صنعت فولاد چین در کنار استفاده از فناوری‌‌های تولید فولاد هیدروژنی و کربن‌‌زدایی از فولاد، به افزایش بازیافت و بهره‌‌وری انرژی نیز نظر دارد. ایالات متحده آمریکا بعد از خروج دونالد ترامپ از پیمان پاریس و بازگشت دوباره در ابتدای ریاست‌جمهوری جو بایدن به این پیمان، سیاست‌های هدفمندی در راستای کاهش انتشار گازهای گلخانه‌‌ای اتخاذ کرده است. اختصاص یارانه حمایتی برای شرکت‌هایی که از فناوری‌‌های مدرن استفاده می‌کنند؛ مانند اختصاص اعتبارات مالی و کاهش مالیات، الزام بخش عمومی بر خرید فولاد سبز و افزایش قیمت کربن در راستای کربن‌‌زدایی از صنعت، بخشی از برنامه‌های این کشور برای تولید فولاد پاک است.

با توجه به اهمیت استفاده از فناوری‌‌های نوین و سازگار با طبیعت و ارتقای کیفی محصولات فولادی حاصل از این فناوری‌‌ها، حرکت صنعت فولاد کشور به این سمت امری ضروری است. در حال حاضر چالش‌های ناشی از کمبود انرژی در کشور، تولید فولاد را تحت تاثیر قرار داده است و در کنار نیاز به نوسازی زیرساخت‌های صنعتی کشور عمده‌‌ترین مواردی است که باید به آن پرداخت. چرا که در آینده برای حفظ توان رقابتی در تولید و فروش در بازارهای جهانی نیازمند استفاده از فناوری‌‌های مدرن مانند فولاد هیدروژنی هستیم.