مقاله اختصاصی مهندس اسدالله فرشاد برای گروه رسانه‌ای پردازش:

صنعت فولاد یکی از بزرگ‌ترین منابع انتشار دی‌اکسید کربن (CO₂) در جهان است، اما با توسعه فناوری‌های جدید، این صنعت در مسیر کاهش کربن و دستیابی به فولاد سبز گام برمی‌دارد.

مهم‌ترین پیشرفت‌های فناوری در این حوزه که بررسی شده‌اند عبارتند از:

• احیامستقیم با استفاده از هیدروژن  (H₂-DRI)

در این روش، هیدروژن به جای گاز طبیعی در فرآیند احیامستقیم اکسید هماتیتی آهن برای تولید آهن‌اسفنجی (DRI) استفاده می‌شود. هیدروژن با اکسیژن موجود در سنگ‌آهن واکنش داده و به جای CO₂ بخار آب تولید می‌شود. در صورت استفاده از هیدروژن سبز (تولید شده با انرژی تجدیدپذیر)، این فرآیند تقریباً بدون کربن خواهد بود.

نمونه‌های صنعتی:

شرکت SSAB، LKAB و Vattenfall در سوئد، پروژه HYBRIT را اجرا کرده‌اند که اولین فولاد بدون سوخت فسیلی را تولید کرده‌اند. شرکت آرسلورمیتال (ArcelorMittal ) در اروپا بر روی فناوری DRI با هیدروژن سرمایه‌گذاری کرده است.

•  الکترولیز مستقیم سنگ‌آهن  (Electrolysis)

این فناوری شامل احیامستقیم سنگ‌آهن در یک سلول الکترولیز است که به جای زغال‌سنگ یا گاز، از برق استفاده می‌کند.

در روش ذوب الکترو وینینگ (Melt Electrowinning)، سنگ‌آهن در دمای بالا ذوب شده و از طریق فرآیند الکترولیز، اکسیژن آن جدا می‌شود.

مزایا:

1. عدم‌نیاز به زغال‌سنگ یا گاز طبیعی
2. قابلیت استفاده از برق تجدیدپذیر برای تولید فولاد کاملاً بدون کربن

نمونه‌های صنعتی:

پروژه Siderwin در اتحادیه اروپا به دنبال توسعه این فناوری است و تحقیقات در دانشگاه MIT آمریکا روی روش‌های الکترولیز اکسید جامد ادامه دارد.

• استفاده از کربن‌زدایی در کوره بلند (CCUS)

CCUS  مخفف (Carbon Capture, Utilization, and Storage) است و شامل جذب و ذخیره‌سازی CO₂ قبل از انتشار در هوا می‌شود. برخی کارخانه‌های فولاد از فناوری جذب CO₂ و تبدیل آن به مواد شیمیایی سودمند مانند سوخت مصنوعی یا بتن استفاده می‌کنند.

نمونه‌های صنعتی:

شرکت Tata Steel در هلند فناوری CCUS را برای کاهش انتشار کربن در کوره‌های بلند اجرا کرده است. پروژه LEILAC در اروپا به دنبال توسعه فناوری جذب CO₂ با هزینه کم‌تر است.

• تزریق هیدروژن در کوره بلند (Hydrogen Injection in BF)

در این روش، هیدروژن جایگزین بخشی از کک یا زغال‌سنگ در کوره‌های بلند می‌شود. این فناوری، انتشار کربن را حدود ۲۰ درصد کاهش می‌دهد بدون اینکه نیاز به تغییرات اساسی در کارخانه‌ها باشد.

نمونه‌های صنعتی:

شرکت تیسن کروپ (Thyssenkrupp )در آلمان از این روش به عنوان یک راهکار کوتاه‌مدت برای کاهش CO₂ استفاده می‌کند.

• استفاده از زیست‌کربن (Biochar) به جای کک

در این فناوری، زیست‌کربن (زغال‌زیستی) از منابع تجدیدپذیر مانند ضایعات چوبی به جای کک استفاده می‌شود. این روش انتشار خالص CO₂ را کاهش می‌دهد، زیرا گیاهان در طول رشد خود CO₂ را جذب کرده‌اند. این روش انتشار خالص CO₂ را کاهش می‌دهد، زیرا گیاهان در طول رشد خود CO₂ را جذب کرده‌اند.

نمونه‌های صنعتی: شرکت (ArcelorMittal )در کانادا از زیست‌کربن برای کاهش استفاده از زغال‌سنگ در فولادسازی استفاده کرده است.

آینده فولاد سبز

1. ترکیب فناوری‌های DRI با هیدروژن، الکترولیز و CCUS می‌تواند انتشار CO₂ را تا ۹۰ درصد کاهش دهد.
2.  سرمایه‌گذاری در انرژی‌های تجدیدپذیر و تولید گسترده هیدروژن سبز نقش کلیدی در موفقیت این تحول ایفا می‌کند.
3. پیش‌بینی می‌شود تا ۲۰۵۰ فولاد بدون‌کربن به یک استاندارد جهانی تبدیل شود.

جمع‌بندی:

فولادسازان برای کاهش انتشار کربن از تلفیق چندین فناوری پیشرفته استفاده می‌کنند. درحالی‌که هیدروژن و الکترولیز در بلندمدت موثرترین راهکارها محسوب می‌شوند، روش‌های تزریق هیدروژن و CCUS به عنوان راه‌حل‌های میان‌مدت نقش مهمی دارند. آینده فولاد به سمت تولید پایدار و کربن‌زدایی حرکت می‌کند، و نوآوری‌های فناوری کلید دستیابی به این هدف خواهند بود.

چالش‌های اقتصادی تولید فولاد سبز

تولید فولاد سبز، اگرچه یک گام اساسی برای کاهش انتشار کربن و دستیابی به توسعه پایدار محسوب می‌شود، اما با چالش‌های اقتصادی قابل‌توجهی همراه است. مهم‌ترین چالش‌های اقتصادی این حوزه بررسی شده‌اند که ذیلا تشریح می‌شوند:

• هزینه بالای سرمایه‌گذاری اولیه

فناوری‌های جدید مانند احیای مستقیم با هیدروژن (H₂-DRI) و الکترولیز آهن نیازمند سرمایه‌گذاری‌های هنگفت برای تغییر زیرساخت‌های موجود هستند.

کارخانه‌های فعلی عمدتاً برای روش کوره بلند/کوره اکسیژنی (BF/BOF) طراحی شده‌اند، و بیش از ۶۵ درصد کل تولید فولاد جهان از کوره‌های بلند حاصل می‌شود که مبنای احیای اکسید آهن و انرژی لازم برای ذوب آهن از کک حاصل از زغال‌سنگ تامین می‌شود و کشورهایی مانند چین، هند، آلمان، ژاپن، روسیه و سایر فولادسازان اصرار دارند سالیان طولانی‌تری را از معادن زغال‌سنگ خود به عنوان منبع اصلی تامین انرژی مورد نیاز خویش بهره‌مند شوند، درحالی‌که برای فولاد سبز، باید تأسیسات جدید ساخته یا فناوری‌های موجود اصلاح شوند که مستلزم سرمایه‌گذاری‌های بسیار عظیمی است، خصوصا اینکه بعد از به قدرت رسیدن ترامپ در آمریکا، او نیز بر استفاده و فعال کردن معادن زغال‌سنگ و نیز افزایش تولید فولاد اصرار دارد.

برآورد هزینه‌ها:

طبق برآوردها، هزینه جایگزینی یک کوره بلند سنتی با تکنولوژی DRI مبتنی بر هیدروژن بین یک تا دو میلیارد دلار متناسب با ظرفیت‌ها است. برای راه‌اندازی تولید هیدروژن سبز در مقیاس صنعتی، سرمایه‌گذاری چند صد میلیارد دلاری در سطح جهانی مورد نیاز است.

• قیمت بالای هیدروژن سبز

برای تولید فولاد سبز، هیدروژن باید از طریق الکترولیز آب با استفاده از انرژی تجدیدپذیر تولید شود. اما هزینه تولید هیدروژن سبز درحال‌حاضر حدود سه تا شش دلار به ازای هر کیلوگرم است که بالاتر از قیمت گاز طبیعی و زغال‌سنگ می‌باشد. هزینه بالای برق تجدیدپذیر و تجهیزات الکترولیز، این مشکل را تشدید می‌کند.

مقایسه اقتصادی: تولید یک تن فولاد با استفاده از هیدروژن سبز حدود ۱۰۰ تا ۱۵۰ دلار گران‌تر از فولاد تولیدی با زغال‌سنگ است.

• رقابت‌پذیری و قیمت تمام‌شده فولاد سبز

فولاد سبز درحال‌حاضر گران‌تر از فولاد سنتی است و این مساله رقابت‌پذیری آن را کاهش می‌دهد. قیمت فولاد معمولی در بازارهای جهانی بین ۶۰۰ تا ۸۰۰ دلار در هر تن است، اما فولاد سبز می‌تواند ۲۰ تا ۳۰ درصد گران‌تر باشد. در نبود مشوق‌های دولتی و مالیات بر کربن، بسیاری از مشتریان و صنایع تمایلی به پرداخت هزینه اضافی ندارند.

راهکار پیشنهادی به شرح زیر است:

1.  ایجاد یارانه‌های دولتی و مالیات بر کربن برای افزایش جذابیت اقتصادی فولاد سبز.
2.  گسترش قراردادهای خرید تضمینی فولاد سبز با شرکت‌های بزرگ صنعتی.

• کمبود زیرساخت‌های تولید و توزیع هیدروژن

برای گسترش فولاد سبز، باید زنجیره تأمین هیدروژن سبز توسعه یابد که شامل نیروگاه‌های برق تجدیدپذیر (خورشیدی، بادی، آبی)، الکترولیزرهای صنعتی، خطوط لوله انتقال هیدروژن، سیستم‌های ذخیره‌سازی و حمل‌ونقل است. درحال‌حاضر، شبکه انتقال هیدروژن در بسیاری از مناطق جهان وجود ندارد و ایجاد این زیرساخت‌ها سال‌ها زمان و میلیاردها دلار سرمایه‌گذاری نیاز دارد.

• نبود سیاست‌های حمایتی قوی در برخی کشورها

برخی از کشورها هنوز مشوق‌های مالیاتی یا قوانین سخت‌گیرانه برای کاهش انتشار کربن در فولادسازی ندارند. کشورهایی که قیمت پایین انرژی فسیلی دارند (مانند چین و هند) ممکن است تمایل کمتری به سرمایه‌گذاری در فولاد سبز داشته باشند. نبود نرخ یکپارچه مالیات بر کربن در سطح جهانی می‌تواند رقابت‌پذیری فولادسازانی که به سمت فولاد سبز حرکت می‌کنند را کاهش دهد.

راهکار پیشنهادی:

1. تعرفه‌های کربنی جهانی برای جلوگیری از واردات ارزان فولاد کربنی از کشورهایی که قوانین سخت‌گیرانه ندارند.
2. سرمایه‌گذاری دولتی در زیرساخت‌های هیدروژن و انرژی تجدیدپذیر.

• عدم‌اطمینان از تقاضای بازار برای فولاد سبز

بسیاری از صنایع مانند خودروسازی، ساختمان‌سازی و تولید ماشین‌آلات هنوز تقاضای پایدار و گسترده‌ای برای فولاد سبز ندارند. شرکت‌های مصرف‌کننده فولاد اغلب هزینه تولید و قیمت نهایی محصول را در اولویت قرار می‌دهند و اگر فولاد سبز گران‌تر باشد، ممکن است به آن روی نیاورند.

راهکار پیشنهادی:

1. قراردادهای خرید بلندمدت با شرکت‌هایی که به کاهش انتشار کربن متعهد هستند (مانند خودروسازانی که به کربن صفر متعهد شده‌اند).
2. ترویج گواهی‌های زیست‌محیطی که نشان می‌دهد یک محصول با فولاد سبز ساخته شده است.
3. نوسانات قیمت برق و انرژی تجدیدپذیر

قیمت برق از منابع تجدیدپذیر همچنان متغیر است و بستگی به عوامل متعددی مانند هزینه ذخیره‌سازی انرژی، سیاست‌های حمایتی و فناوری‌های جدید دارد. در برخی کشورها، قیمت برق تجدیدپذیر هنوز بالاتر از سوخت‌های فسیلی است که هزینه تولید فولاد سبز را افزایش می‌دهد.

راهکار پیشنهادی:

• سرمایه‌گذاری در ذخیره‌سازی انرژی (باتری‌های صنعتی، هیدروژن سبز) برای کاهش وابستگی به تولید متناوب انرژی‌های تجدیدپذیر.
• توسعه قراردادهای PPA (Power Purchase Agreement) که قیمت برق تجدیدپذیر را برای مدت طولانی تثبیت می‌کند.

نتیجه‌گیری: آیا فولاد سبز اقتصادی خواهد شد؟

با پیشرفت فناوری و کاهش هزینه تولید هیدروژن سبز، فولاد سبز در آینده رقابتی‌تر خواهد شد. همچنین با وضع مالیات‌های کربنی و افزایش تقاضا برای محصولات کم‌کربن، مزایای اقتصادی فولاد سبز بیشتر خواهد شد. سرمایه‌گذاری در زیرساخت‌های تولید و توزیع هیدروژن و انرژی تجدیدپذیر، کلید کاهش هزینه‌ها در بلندمدت است.

پیش‌بینی می‌شود که تا سال ۲۰۳۰، هزینه تولید فولاد سبز تا ۳۰ درصد کاهش یابد و با حمایت‌های دولتی و نوآوری‌های فناوری، این صنعت بتواند رقابتی‌تر شود.

در سال ۲۰۲۴، اتحادیه اروپا افزایش قابل‌توجهی در واردات محصولات فولادی را تجربه کرد. بر اساس گزارش‌ها، از ژانویه تا ژوئیه ۲۰۲۴، واردات محصولات نورد فولادی به بازار اروپا به ۱۸/۵۸ میلیون تن رسید که نسبت به مدت مشابه در سال ۲۰۲۳، به میزان شش درصد افزایش داشته است. از این میزان، ۷/۳۶ میلیون تن مربوط به محصولات فولادی ورق تخت (افزایش ۴/۵ درصدی) و ۴/۱ میلیون تن مربوط به محصولات تخت پوشش داده شده (افزایش ۲۱/۴ درصدی) بوده است.

با این حال، اطلاعات دقیقی درباره میزان درآمد اتحادیه اروپا از واردات فولاد در سال ۲۰۲۴ و آمار تفکیکی واردات فولاد از هر کشور به کشورهای اروپایی در دسترس نیست. برای دسترسی به این اطلاعات، می‌توان به گزارش‌های رسمی اتحادیه اروپا، سازمان تجارت جهانی (WTO) یا انجمن جهانی فولاد (World Steel Association) مراجعه کرد.

در سال‌های اخیر، کشورهای اروپایی و انگلستان گام‌های مهمی در جهت تولید فولاد سبز و کاهش انتشار کربن برداشته‌اند. در ادامه این موضوع به بررسی اقدامات اساسی این کشورها در دو بخش می‌پردازیم.

• کشورهایی که استفاده از هیدروژن را جایگزین زغال‌سنگ یا گاز طبیعی کرده‌اند

سوئد: این کشور با پروژه HYBRIT، به‌طور موفقیت‌آمیزی از هیدروژن برای تولید فولاد سبز استفاده کرده و آماده صنعتی‌سازی این فناوری است. این اقدام می‌تواند یکی از آلوده‌ترین صنایع جهان را پاکسازی کند.

ایتالیا: شرکت‌های Snam، Tenaris و Tenova در یک همکاری مشترک، استفاده از هیدروژن را در کارخانه فولاد Tenaris در دالمینه، شمال ایتالیا، آزمایش کرده‌اند. این آزمایش با هدف کاهش انتشار گازهای گلخانه‌ای در صنعت فولاد انجام شده است.

• کشورهایی که در سال ۲۰۲۴ موفق به سرمایه‌گذاری برای تولید فولاد سبز شده‌اند

انگلستان: صنعت فولاد انگلستان درحال گذار از تولید مبتنی بر زغال‌سنگ به روش‌های پایدارتر است. اخیراً، دولت انگلستان ۵۰۰ میلیون پوند به پروژه‌ای در پورت تالبوت اختصاص داده است. با این حال، کشورهای دیگر مانند اسپانیا، سوئد و آلمان پیش‌تر سرمایه‌گذاری‌های قابل‌توجهی در زمینه فولاد سبز انجام داده‌اند.

آلمان: تولیدکنندگان فولاد آلمانی درحال سرمایه‌گذاری و گذار به تولید از طریق کوره‌های قوس‌الکتریکی (EAF) هستند که این امر امکان استفاده از قراضه را فراهم می‌آورد، انتشار کربن را به‌طور چشمگیری کاهش می‌دهد و وابستگی به مواد خام وارداتی را کاهش می‌دهد.

فرانسه: تولیدکنندگان فولاد فرانسوی نیز در حال مشارکت در سرمایه‌گذاری و گذار به تولید از طریق کوره‌های قوس‌الکتریکی (EAF) هستند که به کاهش انتشار کربن و استفاده از قراضه کمک می‌کند.

لوکزامبورگ: تولیدکنندگان فولاد در لوکزامبورگ نیز به سمت استفاده از کوره‌های قوس‌الکتریکی (EAF) حرکت کرده‌اند که این امر به کاهش انتشار کربن و استفاده از قراضه کمک می‌کند.

اتریش: تولیدکنندگان فولاد اتریشی نیز درحال گذار به تولید از طریق کوره‌های قوس‌الکتریکی (EAF) هستند که این امر به کاهش انتشار کربن و استفاده از قراضه کمک می‌کند.

این اقدامات نشان‌دهنده تعهد جدی کشورهای اروپایی و انگلستان به کاهش انتشار کربن و حرکت به سمت تولید فولاد پایدار است. انتظار می‌رود ایران نیز بتواند تا پایان سال ۱۴۰۵ برنامه جامع کاهش انتشار گازکربنیک حاصل از تولید صنایع آهن و فولاد خود را تدوین و ارائه نماید.