چگونگی کاهش چشمگیر “هزینه‌ها” و “مصرف انرژی و مواداولیه” و بررسی بهبود پایداری محیط‌زیست در صنایع فولاد

نویسنده: زهرا اسدی، دکتری تخصصی شیمی آلی

قسمت اول

گروه رسانه‌ای پردازش– اقتصاد چرخشی به عنوان یک الگوی نوین اقتصادی، تلاش می‌کند تا سیستم‌های تولید و مصرف را به گونه‌ای طراحی کند که مواد و منابع به‌صورت مستمر و پایدار بازچرخانی شده و بهره‌وری به حداکثر برسد. در این راستا، این مطالعه به شناسایی و تحلیل مزایای اقتصادی، زیست‌محیطی و اجتماعی استفاده از مدل‌های اقتصاد چرخشی در صنایع آب و فولاد می‌پردازد. همچنین، چالش‌ها و موانع موجود در مسیر پیاده‌سازی این مدل‌ها مورد بررسی قرار گرفته و رویکردهای موفق در این زمینه معرفی می‌شوند. با توجه به اهمیت این دو صنعت در تأمین نیازهای جهانی، به‌کارگیری استراتژی‌های اقتصاد چرخشی می‌تواند به کاهش ضایعات، بهینه‌سازی منابع آب و بهبود کارایی انرژی منجر شود.

در دنیای امروز، با افزایش روزافزون تقاضا برای منابع طبیعی و رشد سریع صنایع، ضرورت ایجاد سیستم‌های پایدار و مدیریت کارآمد منابع بیش از پیش احساس می‌شود. طبق گزارش سازمان ملل، تقاضا برای منابع آب تا سال ۲۰۳۰ به‌طور قابل توجهی افزایش خواهد یافت و پیش‌بینی می‌شود که تا آن زمان، حدود ۴۰ درصد از جمعیت جهان با کمبود آب مواجه شوند. در این شرایط، اقتصاد چرخشی به عنوان یک الگوی اقتصادی نوین مطرح می‌شود که بر بازچرخانی و استفاده مجدد از منابع تأکید دارد و به جای رویکردهای خطی “تولید-مصرف-دور انداختن”، به چرخه‌های پایدارتر توجه می‌کند.

صنعت آب و فولاد از جمله بخش‌های کلیدی در اقتصاد جهانی است که در این راستا نقش مهمی ایفا می‌کند. این دو صنعت به‌طور مستقیم با مصرف منابع طبیعی و انرژی در ارتباط هستند و به همین دلیل، پیاده‌سازی مدل‌های اقتصاد چرخشی در آنها می‌تواند به کاهش اثرات زیست‌محیطی و بهبود کارایی منابع منجر شود. به‌عنوان مثال، استفاده از پساب‌های تصفیه شده در صنعت فولاد به‌عنوان منبع آب برای فرآیندهای تولید، نه تنها باعث صرفه‌جویی در مصرف آب می‌شود، بلکه به کاهش آلودگی نیز کمک می‌کند .تحقیقات نشان می‌دهد که اقتصاد چرخشی می‌تواند به صنایع آب و فولاد کمک کند تا از مزایای اقتصادی و زیست‌محیطی بهره‌مند شوند. با ایجاد زیرساخت‌های مناسب و پذیرش فناوری‌های نوین، این صنایع می‌توانند به سمت بهینه‌سازی فرآیندها و کاهش هدررفت منابع پیش روند.

اصول اصلی اقتصاد چرخشی:

اقتصاد چرخشی به‌عنوان یک رویکرد نوین اقتصادی، به دنبال ایجاد سیستم‌هایی است که در آن مواد و منابع پس از مصرف دوباره به چرخه تولید بازگردانده شوند. این مدل اقتصادی به‌طور خاص بر پایه اصول پایداری و کارایی منابع طراحی شده است و تلاش دارد تا با کاهش زباله‌ها و افزایش بهره‌وری، نیاز به استخراج مواداولیه را به حداقل برساند. به‌طورکلی، اصول اصلی اقتصاد چرخشی شامل موارد زیر است:

۱) طراحی پایدار: طراحی پایدار در اقتصاد چرخشی به ‌معنای خلق محصولاتی است که از ابتدا برای مدت طولانی‌تر و با استفاده از مواد قابل بازیافت ساخته می‌شوند. در این رویکرد، تولیدکنندگان و طراحان باید به فرآیندهای تولید و زندگی محصولات توجه ویژه‌ای داشته باشند تا از هدررفت منابع جلوگیری کنند. به‌عنوان مثال، استفاده از مواد تجدیدپذیر و کاهش استفاده از مواد سمی در طراحی محصولات می‌تواند به افزایش پایداری آنها کمک کند.

۲) کاهش زباله‌ها: یکی از اهداف اصلی اقتصاد چرخشی، کاهش زباله‌ها در تمامی مراحل زنجیره تأمین است. این امر شامل کاهش تولید زباله‌های صنعتی، زباله‌های خانگی و زباله‌های مربوط به محصولات است. به‌عنوان مثال، بسیاری از شرکت‌ها با بهینه‌سازی فرآیندهای تولید و کاهش زباله‌های غیرقابل استفاده، توانسته‌اند هزینه‌های عملیاتی خود را کاهش دهند و در عین حال تأثیرات زیست‌محیطی خود را نیز به حداقل برسانند.

۳) افزایش طول عمر محصولات: طول عمر محصولات در اقتصاد چرخشی به معنای طراحی محصولاتی است که بتوانند مدت زمان بیشتری مورد استفاده قرار گیرند. این امر می‌تواند با تعمیر و نگهداری مناسب و ارتقاء محصولات بدست آید. در این راستا، شرکت‌ها می‌توانند با ارائه خدمات پس از فروش و تعمیرات، به افزایش طول عمر محصولات خود کمک کنند.

۴) بازچرخانی منابع: بازچرخانی منابع به فرآیند بازیابی و استفاده مجدد از مواد و منابع اشاره دارد. این رویکرد شامل بازیافت مواد، استفاده مجدد از محصولات و همچنین تبدیل زباله‌ها به مواداولیه جدید است. به‌عنوان مثال، در صنعت فولاد، ضایعات فولادی می‌توانند به‌عنوان مواداولیه در تولید محصولات جدید مورد استفاده قرار گیرند، که نه تنها به کاهش نیاز به استخراج سنگ‌آهن کمک می‌کند، بلکه هزینه‌های تولید را نیز کاهش می‌دهد.

به‌طورکلی هدف نهایی اقتصاد چرخشی، کاهش استفاده از منابع اولیه و جلوگیری از اتلاف آن‌هاست. با توجه به چالش‌های زیست‌محیطی و نیازهای روزافزون جمعیت، پذیرش اصول اقتصاد چرخشی می‌تواند به بهبود پایداری و بهره‌وری در صنایع مختلف کمک کند. این رویکرد نه تنها به حفظ منابع طبیعی کمک می‌کند، بلکه می‌تواند به افزایش رقابت‌پذیری و نوآوری در بازارها منجر شود.

کاربرد اقتصاد چرخشی در صنعت فولاد:

صنعت فولاد یکی از پرمصرف‌ترین صنایع از نظر منابع طبیعی و انرژی است و در عین حال سهم چشمگیری در تولید ضایعات و آلاینده‌ها دارد. با بهره‌گیری از اقتصاد چرخشی، این صنعت می‌تواند به کاهش چشمگیر هزینه‌ها، کاهش مصرف انرژی و مواد اولیه و در نتیجه بهبود پایداری محیط‌زیست دست یابد. رویکردهای اقتصاد چرخشی در صنعت فولاد شامل مجموعه‌ای از فرآیندهای بازیافت ضایعات، استفاده مجدد از مواد، کاهش تولید ضایعات و حتی تولید محصولات جدید از طریق بازیافت کربن دی‌اکسید است. در ادامه به بررسی این فرآیندها و فناوری‌های مرتبط می‌پردازیم.

1. بازیافت ضایعات فولادی و کاهش مصرف سنگ‌آهن: ضایعات فولادی مانند آهن قراضه و محصولات جانبی تولید فولاد به عنوان مواد بازیافتی با ارزش محسوب می‌شوند. فرآیند بازیافت ضایعات فولادی در صنعت فولاد به دو روش اصلی انجام می‌شود: کوره قوس‌الکتریکی (EAF) و کوره بلند (BF). در روش کوره قوس‌الکتریکی، آهن قراضه به عنوان ماده اصلی وارد کوره می‌شود و با اعمال جریان برق با دمای بالا ذوب شده و به فولاد تبدیل می‌گردد. این روش به‌ویژه در کشورهایی که با محدودیت منابع سنگ‌آهن مواجه هستند، اهمیت ویژه‌ای دارد.

 از سوی دیگر، با کاهش نیاز به استخراج سنگ‌آهن، فشارهای محیط‌زیستی ناشی از استخراج و حمل‌ونقل این ماده نیز به شدت کاهش می‌یابد. استخراج سنگ‌آهن به‌طور سنتی نیاز به حفاری، انفجار و فرآوری دارد که این فرآیندها نه تنها به انرژی زیادی نیاز دارند، بلکه آلودگی‌های آب و خاک و انتشار دی‌اکسیدکربن زیادی نیز به همراه دارند. بازیافت ضایعات آهنی، این مشکلات را کاهش داده و به کاهش استخراج بی‌رویه کمک می‌کند.

• کاهش انتشار کربن دی‌اکسید و استفاده مجدد از آن: یکی از مسائل عمده در صنعت فولاد، تولید حجم زیادی از گاز کربن دی‌اکسید (CO2) است که به عنوان یکی از گازهای گلخانه‌ای شناخته می‌شود. با توجه به رویکردهای اقتصاد چرخشی، CO2  به‌جای تخلیه به محیط می‌تواند به مواد با ارزش تبدیل شود. استفاده از فناوری‌هایی نظیر کربوناسیون (Carbonation) و بیواستات‌های شیمیایی برای جذب و استفاده مجدد از دی‌اکسیدکربن در حال گسترش است. در این فرآیندها، CO2  تولیدی از واحدهای فولادسازی گرفته شده و به مواد شیمیایی، سوخت‌های مایع، یا حتی مواد ساخت‌وساز نظیر بتن افزوده می‌شود.

یکی دیگر از روش‌های بازیافت کربن، تولید سوخت‌های سنتزی از CO2 است. با استفاده از فناوری‌هایی همچون الکترولیز آب برای تولید هیدروژن و ترکیب آن با  CO2، می‌توان متانول یا حتی بنزین مصنوعی تولید کرد. این فرآیندها نیاز به انرژی زیادی دارند، اما با گسترش انرژی‌های تجدیدپذیر، این روش‌ها به‌صورت مقرون‌به‌صرفه‌تری اجرا می‌شوند.

• بهینه‌سازی مصرف انرژی از طریق استفاده از حرارت زاید: تولید فولاد یک فرآیند بسیار انرژی‌بر است که به دماهای بالا نیاز دارد. در این راستا، اقتصاد چرخشی به استفاده مجدد از انرژی حرارتی زاید تأکید می‌کند. برای مثال، حرارت بالای گازهای خروجی از کوره‌ها می‌تواند برای تولید بخار و تولید برق مورد استفاده قرار گیرد. همچنین، با طراحی سیستم‌های بازیافت گرما می‌توان این انرژی را به سیستم‌های گرمایش صنعتی یا شهری منتقل کرد. یکی از فناوری‌های پیشرفته در این زمینه استفاده از بازیافت حرارت از گازهای داغ خروجی کوره بلند است که به نام سیستم‌های تولید انرژی همزمان شناخته می‌شود. این سیستم‌ها از گازهای خروجی برای تولید برق استفاده می‌کنند و به این ترتیب علاوه‌بر کاهش هزینه‌های انرژی، انتشار آلاینده‌ها نیز کاهش می‌یابد.

فولاد ضدزنگ هم از مواد بازیافتی ساخته شده و هم کاملاً قابل بازیافت است به همین دلیل در اقتصاد چرخشی قرار می‌گیرد. استفاده از فولاد ضدزنگ می‌تواند به کاهش ردپای کربن نیز کمک کند.

• بازچرخانی آب در فرآیندهای فولادسازی: آب یک منبع حیاتی در تولید فولاد به شمار می‌رود و عمدتاً برای خنک‌سازی، شست‌وشو و کنترل آلودگی‌ها استفاده می‌شود. با استفاده از فناوری‌های پیشرفته، آب مصرفی در فرآیندهای فولادسازی تصفیه و دوباره به چرخه تولید بازگردانده می‌شود. برای مثال، سیستم‌های اسمز معکوس (RO) و تکنولوژی‌های نانو فیلتراسیون قادرند تا آب مصرفی در فرآیندهای خنک‌سازی را به حد قابل‌قبولی تصفیه کنند و از هدررفت آب جلوگیری نمایند.

در برخی از کارخانه‌های پیشرو، آب بازیافتی نه‌تنها برای خنک‌سازی بلکه به عنوان آب ورودی برای فرآیندهای دیگر نیز مورد استفاده قرار می‌گیرد. به‌علاوه، تکنولوژی‌های نوین همچون تصفیه بیولوژیکی و تصفیه الکترولیزی نیز برای حذف مواد شیمیایی از پساب‌ها به‌کار می‌روند که می‌تواند منجر به کاهش آلاینده‌های تخلیه شده به محیط‌زیست شود.

اقتصاد چرخشی در صنعت فولاد می‌تواند ضمن کاهش هزینه‌ها و حفظ منابع طبیعی، تاثیرات زیست‌محیطی این صنعت را به حداقل برساند. با این حال، پیاده‌سازی این رویکرد نیازمند سرمایه‌گذاری در فناوری‌های جدید، اصلاح فرآیندها و آگاهی از مزایای بلندمدت آن است. به‌کارگیری این روش‌ها می‌تواند صنعت فولاد را به سمت پایداری و توسعه‌ هم‌زمان محیط‌زیستی و اقتصادی سوق دهد.