مروری بر تلاش‌ها برای کاهش مصرف نیکل و ارزان‌تر شدن فولاد زنگ‌نزن

گروه رسانه‌ای پردازش – مقاله حاضر در خصوص مزیت تمرکز بر گریدهای فولاد زنگ‌نزن بحث می‌کند که حاوی سطوح نسبتاً پایین نیکل برای دستیابی به مزایای اقتصادی و زیست‌محیطی هستند. در توضیح این موضوع باید گفت، ما فرصتی عالی داریم تا تحول انرژی و صرفه‌جویی مالی را ممکن سازیم. اگر مصرف نیکل در فولاد زنگ‌نزن کاهش یابد، می‌توان تأثیر بزرگی بر قیمت و در دسترس بودن نیکل برای انواع باتری، الکترولیزرها و… انجام شود و در عین حال می‌توان مصرف مقرون به صرفه نیکل در فولاد زنگ‌نزن را ارتقا داد.

پیشینه

مواد معدنی بسیار مهم هستند. قدرت‌های بزرگ جهان تلاش می‌کنند مواد معدنی را در هر سرزمینی که وجود دارند یا استخراج می‌شوند یا فرآوری می‌گردند، تحت کنترل خود درآورند. مطالعات مهمی انجام شده‌ است که پیچیدگی‌های چشم‌انداز عرضه و تقاضا را گزارش و به مضامین آن‌ها برای صلح، سعادت و مانایی تمدن بشری اشاره کرده‌ است.

نیکل ماده‌ای استراتژیک و کلیدی با رشد سریع تقاضا محسوب می‌شود که این رشد اساساً ناشی از رشد تقاضا برای باتری‌های لیتیومی‌ـ‌یونی (LIB) مورد استفاده در خودروهای برقی (EV) است هر چند که در سال ۲۰۲۴، ۶۵ درصد از سه میلیون و ۵۰۰ هزار تن تولید نیکل هم‌چنان برای ساخت فولاد زنگ‌نزن استفاده شده بود. در سال‌های ۲۰۲۳ و ۲۰۲۴، مازاد عرضه نیکل نسبت به تقاضای آن رخ داد که باعث شد قیمت هر تن آن در بازار بورس فلزات لندن (LME) به ۱۵ تا ۱۶ هزار دلار برسد و برخی معادن پر هزینه تعطیل شوند. این در حالی است که در گذشته، کمبود نیکل باعث شده قیمت هر تن در بازار بورس فلزات لندن به ۳۰ تا ۵۰ هزار دلار برسد.

انتظار می‌رود افزایش برآورد شده تقاضا باعث کاهش عرضه شود علیرغم اینکه برخی معادن جدید و پروژه‌های بزرگ هم‌چنان در حال توسعه هستند. مطالعات آژانس بین‌المللی انرژی و کمیسیون تحول انرژی (ETC) نیاز به سرمایه‌گذاری دَه‌ها میلیارد دلار در تولید نیکل اولیه و هم‌چنین در کارخانجات بازیافت باتری‌های لیتیومی‌ـ‌یونی برای تولید نیکل ثانویه و سایر فلزات را نشان می‌دهند.

هم‌چنین، هر دو تحقیق این موضوع را در نظر گرفته‌اند که ممکن است از فناوری‌ در حال تکامل باتری برای کاهش کمبودها و قیمت‌های بالای نیکل (Ni) استفاده شود. ممکن است تولیدکنندگان طرح‌های باتری‌های لیتیومی‌ـ‌یونی بدون نیکل را انتخاب کنند که معمولاً چگالی انرژی پایین‌تری از باتری‌های لیتیومی‌ـ‌یونی با کاتدهای مبتنی‌بر نیکل دارند.

گزارش کمیسیون تحول انرژی، نیکل را به عنوان ماده‌ای شناسایی کرده که ممکن است عرضه آتی آن با توجه به ذخایر موجود محدود شود. البته، به نظر می‌رسد هر دو تحقیق تقاضای آتی نیکل اولیه برای فولاد زنگ‌نزن و سایر آلیاژها را دست کم گرفته‌اند.

به‌کارگیری بهترین روش‌ها در انتخاب گریدهای فولاد زنگ‌نزن می‌تواند به کاهش مصرف نیکل اولیه تا یک میلیون تن در سال کمک کند که تولید مقرون به صرفه باتری‌های لیتیومی‌ـ‌یونی را امکان‌پذیر می‌سازد

تقاضای آتی دست کم گرفته شده؟

منابع متمرکز بر صنعت فولاد زنگ‌نزن، استمرار رشد با نرخ رشد ترکیبی سالانه (CAGR) 3 تا ۷ درصد را پیش‌بینی می‌کنند. محاسبات ذیل با فرض رشد پنج درصدی CAGR برای صنعت فولاد زنگ‌نزن ارایه شده‌اند.

در سال ۲۰۲۴، بالغ‌بر ۶۵ درصد تولید نیکل اولیه یعنی حدود دو میلیون و ۴۰۰ هزار تن، برای تولید ۶۰ میلیون تن فولاد زنگ‌نزن ذوب شده استفاده شد. این بدان معنا است که نیکل اولیه، حدود چهار درصد فولاد زنگ‌نزن ذوب شده را تشکیل می‌دهد.

با فرض نرخ ثابت، میزان نیکل اولیه و پنج درصد CAGR، چهار میلیون و ۱۰۰ هزار تن نیکل اولیه برای تولید ۱۰۰ میلیون تن فولاد زنگ‌نزن در سال ۲۰۳۵ مورد نیاز خواهد بود. این رقم پنج میلیون و ۲۰۰ هزار تن در سال ۲۰۴۰ و ۸ میلیون و ۵۰۰ هزار تن در سال ۲۰۵۰ خواهد بود. برآوردهای به مراتب پایین‌تر آژانس بین‌المللی انرژی برای نیکل موجود در آلیاژها مبتنی‌بر انتظارات افزایش فزاینده بازیافت فولاد زنگ‌نزن در چین و دیگر کشورهای آسیایی و هم‌چنین رشد پایین‌تر تولید فولاد زنگ‌نزن است.

تغییر به آلیاژهایی با نیکل پایین‌تر

در نظر گرفتن مجدد انتخاب گرید فولاد زنگ‌نزن می‌تواند روشی برای کاهش تقاضای نیکل اولیه باشد. فولاد زنگ‌نزن اصلی دارای ۱۸ درصد کروم برای مقاومت در برابر پوسیدگی و خوردگی و ۸ درصد نیکل برای تثبیت ساختار آستنیتی است که باعث خصوصیات مکانیکی مطلوب می‌شود.

این مبنای فولاد زنگ‌نزن آستنیتی “سری ۳۰۰” است که ۸ تا ۱۲ درصد نیکل دارد. امروزه، صدها گرید فولاد زنگ‌نزن وجود دارند. فولاد زنگ‌نزن آهن‌دار سری ۴۰۰ معمولاً کمتر از یک درصد نیکل دارد و نوسان در قیمت نیکل شرکت‌هایی هم‌چون IKEA را مجاب کرده دست به تلاشی مستمر برای تغییر از فولاد زنگ‌نزن سری ۳۰۰ به سری ۴۰۰ در راستای استفاده در محیط‌های خانگی بزنند.

به علاوه، انجمن فولاد زنگ‌نزن جهان به این نکته اشاره کرده که فولاد زنگ‌نزن سری ۴۰۰ با مقاومت ارتقا یافته در برابر پوسیدگی و خوردگی، هم‌اکنون موجود است که می‌تواند جایگزین فولاد زنگ‌نزن سری ۳۰۰ در اکثر محیط‌ها با دمای همان محیط شود. وقتی ویژگی‌های مکانیکی فولاد زنگ‌نزن آستنیتی مورد نیاز است، فولاد زنگ‌نزن سری ۲۰۰ حاوی سه تا شش درصد نیکل نیز موجود است. این آلیاژ حاوی میزان کافی منگنز و نیکل برای تثبیت ساختار آستنیتی است.

جدول (۱): سناریوهای A و B نشانگر اثرات به‌کارگیری بهترین روش در انتخاب گریدهای فولاد زنگ‌نزن و مسیرهای فرآوری با استفاده از حداقل نیکل اولیه هستند

در چین و سایر کشورهای آسیایی که در آنها تولید فولاد زنگ‌نزن سریع‌ترین رشد را دارند، سری‌های ۴۰۰ و ۲۰۰ ارجحیت دارند اما استفاده از فلزات قراضه بازیافت شده در نرخ پایینی صورت می‌گیرد زیرا ماده موجود آنقدر قدیمی نشده که بتواند باعث تولید فلزات قراضه گردد. در اروپا و آمریکاشمالی، فولاد زنگ‌نزن سری ۳۰۰ هم‌چنان غالب و نرخ استفاده از فلز قراضه بالا است هر چند که این ترکیبی از فولاد زنگ‌نزن و فولاد نرم است. به نظر می‌رسد ارجحیت فولاد زنگ‌نزن سری ۳۰۰ مثالی از رخوت بازار به دلیل انتظارات مصرف‌کنندگان، مشخصات و نقشه‌های قطعات؛ وجود فلزات قراضه و روش‌های انبارسازی در زنجیره عرضه و تامین است.