طرح کارخانه احیامستقیم Midrex با استفاده از هیدروژن در کارخانه فولاد سبز برنامه‌ریزی‌شده‌ Blastr در اینکو، فنلاند

تالیف و گردآوری: محمدرضا نیکوسخن، مدیرعامل شرکت Connection S.r.l ایتالیا

گروه رسانه‌ای پردازش- صنعت فولاد که یکی از بخش‌های بسیار کربن‌محور است، باید انتشار گازهای گلخانه‌ای خود را کاهش دهد. در تحلیل‌های اخیر، کارشناسان فولاد از شرکت مشاوره‌ای Arthur D. Little، نمای کلی‌ از وضعیت کنونی تولید فولاد سبز و چالش‌های مربوط به هزینه‌ها، تأمین انرژی و آمادگی زنجیره تأمین در مسیر آینده‌ای بدون CO2 برای صنعت فولاد ارائه می‌دهند.

صنعت فولاد باید ظرف شش سال آینده، میزان انتشار جهانی خود را ۲۵ درصد کاهش دهد تا با هدف ۱/۵ درجه‌ توافق‌نامه‌ پاریس همسو شود که مستلزم کاهش سالانه بیش از چهار درصد است.
با این حال، آژانس بین‌المللی انرژی (IEA) در پایان سال ۲۰۲۳ نتیجه‌گیری کرد که این بخش در مسیر دستیابی به انتشار خالص صفر تا نیمه‌ قرن نیست و انتشار کلی همچنان هر ساله افزایش می‌یابد.
این امر ضرورت تحول سریع در یکی از صنایع بسیار آلاینده و دشوار برای کاهش انتشار را برجسته می‌کند.

درحال‌حاضر، بخش فولاد ۷ درصد از انتشار جهانی CO2 را به خود اختصاص می‌دهد که عمدتاً ناشی از وابستگی به سوخت‌های فسیلی در فرآیند احیا است. در نتیجه، محرک‌های قوی بازار، گذار به فولاد سبز را تسریع می‌کنند؛ فولادی که با کمترین میزان گازهای گلخانه‌ای (GHG) تولید می‌شود:
فشارهای مقرراتی، به‌ویژه در اتحادیه اروپا، توافق‌نامه‌هایی مانند توافق پاریس و پیمان سبز اروپا (Green Deal)، همراه با سیاست‌های تجاری نظیر مکانیزم تعدیل مرز کربن (CBAM) اتحادیه اروپا، شرکت‌ها را مجبور به کاهش انتشار در سراسر زنجیره‌های تأمین (دامنه‌های ۱، ۲ و ۳) می‌کنند.
فشارهای مقرراتی شدید، در مقایسه با بازارهای نوظهوری مانند هند و آفریقا، موجب تسریع در پذیرش فولاد سبز در اتحادیه اروپا شده‌اند. در عین حال، توافق‌نامه‌های بین‌المللی، آگاهی رو به رشد زیست‌محیطی و نیاز دسترسی به بازارهای صادراتی، پذیرش فولاد سبز را در اقتصادهای نوظهور نیز پیش می‌برند.

تقاضای تجاری شرکت‌های بزرگ در حال کاهش کربن عملیات خود هستند و فولاد بدون کربن را برای دستیابی به اهداف انتشار خود تأمین می‌کنند. شرکت‌هایی مانند ولوو، مرسدس بنز، بی‌ام‌و و جنرال موتورز به‌طور فعال متعهد به تهیه فولاد سبز هستند.
انتظارات اجتماعی در تقاضای عمومی فزاینده برای شیوه‌های تولید پایدار و شفاف بر تصمیمات سرمایه‌گذاران و سیاست‌گذاری‌ها تأثیر می‌گذارد.
یکی از امیدوارکننده‌ترین راه‌حل‌ها، احیامستقیم سنگ‌آهن با استفاده از هیدروژن به‌جای کک است که محصول جانبی آن به‌جای CO2، آب می‌باشد. این دیدگاه، اصول اساسی بازار و وضعیت کنونی فولاد سبز را بررسی کرده و بر فناوری‌ها و مسیرهایی تمرکز دارد که به سمت صنعتی بدون کربن هدایت می‌شوند.

مسیرهایی به‌سوی فولاد سبز
دو مسیر اصلی برای کاهش انتشار در صنعت فولاد وجود دارد، چه به‌صورت جداگانه و چه ترکیبی:
• احیامستقیم با هیدروژن سبز که در این روش، به‌جای کک، از هیدروژن به‌عنوان عامل احیا استفاده می‌شود که به‌صورت نظری می‌تواند انتشار CO2 را حذف کند. این فرآیند اغلب به‌عنوان فناوری “احیامستقیم آهن – کوره قوس‌الکتریکی” (DRI-EAF) شناخته می‌شود.
• جذب و ذخیره‌سازی کربن (CCS) که در این روش، CO2 حاصل از فرآیند تولید فولاد سنتی جذب و ذخیره می‌شود.

تفاوت اصلی بین فرآیند سنتی کوره بلند – کوره اکسیژن پایه (BF-BOF) و فرآیند DRI-EAF چیست؟
فرآیند BF-BOF که به کک وابسته است، مقدار زیادی CO2 تولید می‌کند و بیش از ۷۰ درصد از تولید فولاد خام جهانی را شامل می‌شود. در مقابل، DRI-EAF با استفاده از هیدروژن سبز، در فرآیند احیا، CO2 تولید نمی‌کند. با این حال، تأمین فعلی هیدروژن برای DRI-EAF عمدتاً مبتنی‌بر سوخت‌های فسیلی است (۷۰درصد از گاز طبیعی، ۳۰ درصد از زغال‌سنگ) که باعث تولید CO2 می‌شود. افزایش تولید هیدروژن سبز از منابع تجدیدپذیر ضروری است.

موانع گذار به فولاد سبز
فولاد سبز پتانسیل دارد، اما پنج مانع کلیدی، روند پذیرش آن را کند کرده‌اند:

۱) هزینه: تولید فولاد سبز گران‌تر از فولاد سنتی است، چرا که نیاز به مصرف بیشتر برق برای تولید هیدروژن (الکترولایزرها)، کوره‌های قوس‌الکتریکی، گندله‌های با کیفیت احیامستقیم (DR-grade)، هیدروژن سبز و ارتقاءهای زیرساختی قابل توجه دارد. با این حال، قیمت‌گذاری کربن می‌تواند فولاد سنتی را به دلیل انتشار بالای آن، گران‌تر کند. برای رقابتی شدن فولاد سبز، قیمت کربن باید به حدود ۹۰ تا ۱۰۰ یورو به‌ازای هر تن CO2 برسد، درحالی‌که میانگین فعلی در اتحادیه اروپا حدود ۸۰ یورو است. مکانیزم‌هایی مانند CBAM و قانون کاهش تورم آمریکا می‌توانند پویایی بازار را با بازتاب هزینه‌ واقعی انتشار CO2 تغییر دهند و فولاد سبز را جذاب‌تر کنند.

۲) کمبود سنگ‌آهن با کیفیت بالا: فناوری DRI-EAF به گندله‌های سنگ‌آهن DR-grade نیاز دارد. درحال‌حاضر، کمتر از پنج درصد از عرضه جهانی سنگ‌آهن را این نوع تشکیل می‌دهد. انتظار می‌رود تا سال ۲۰۳۰، تقاضا برای این گندله‌ها به‌شدت افزایش یابد و اگر پروژه‌های معدنی جدید توسعه نیابند یا راهی برای استفاده از سنگ‌های با عیار پایین‌تر پیدا نشود، عرضه جهانی با محدودیت مواجه خواهد شد.
۳) کمبود انرژی پاک: به‌طور متوسط، تولید فولاد سبز سه تا چهار برابر برق بیشتری نسبت به فرآیند سنتی BF-BOF مصرف می‌کند. این امر عمدتاً به دلیل نیاز انرژی‌بر الکترولیز برای تولید هیدروژن سبز و مصرف بالای برق در کوره‌های قوس‌الکتریکی است. تخمین زده می‌شود، تبدیل صنعت فولاد اروپا به تولید مبتنی‌بر هیدروژن، تقاضای برق را به میزان ۱۵ تا ۲۰ درصد از مصرف برق فعلی اتحادیه اروپا افزایش دهد که به نصب حدود ۵۰ هزار توربین بادی جدید نیاز دارد.
۴) دسترس‌پذیری هیدروژن سبز: کمتر از ۰/۱ درصد از تولید جهانی هیدروژن، هیدروژن سبز است، درحالی‌که برای فولاد سبز حیاتی است. تا سال ۲۰۲۴، تنها چهار درصد از پروژه‌های اعلام‌شده‌ هیدروژن کم‌انتشار به مرحله تصمیم‌گیری نهایی سرمایه‌گذاری یا ساخت رسیده‌اند، درحالی‌که نزدیک به ۷۰ درصد از ظرفیت الکترولایزر تعهد شده در چین است. هزینه‌ها هنوز ۱/۵ تا ۶ برابر بیشتر از هیدروژن فسیلی است.

۵) کمبود قراضه فولاد: فرآیند احیامستقیم به قراضه فولاد نیاز دارد و پیش‌بینی می‌شود تقاضا از عرضه پیشی بگیرد. سیاست‌های حمایت‌گرایانه کشورهای مختلف برای حفظ عرضه داخلی قراضه و اعمال تعرفه‌های صادراتی بالا، می‌تواند این مسئله را تشدید کند. برای کاهش این خطر، شرکت‌های فولادی به‌طور استراتژیک اقدام به خرید یاردهای قراضه کرده‌اند و اکنون ۲۵ تا ۳۰ درصد از قراضه جهانی در اختیار آن‌هاست. این کمبود احتمالاً منجر به افزایش قیمت قراضه شده و می‌تواند ظرفیت تولید فولاد سبز را محدود کند.