پنج روش تولید فولاد سبز و راه‌های فنی هر کدام

تهیه و تنظیم: مهندس محمدحسن جولازاده، عضو هیات‌مدیره انجمن آهن و فولاد ایران

گروه رسانه‌ای پردازش – در تعریف، فولاد سبز به فولادی گفته می‌شود که به‌صورت اقتصادی با کیفیت مطلوب موردنظر، تولید شده باشد به گونه‌ای که هوا، آب و یا خاک را آلوده نکند، به تجهیزات به کار رفته آسیب نرساند و مهم‌تر اینکه، سلامتی انسان و موجودات زنده را به خطر نیندازد. یکی از چالش‌های امروزی صنایع فولاد جهان به حداقل رساندن میزان انتشارگاز CO_۲ است. در شرایط کنونی در فرآیندهای موجود فولادسازی در سطح جهان، میانگین میزان انتشار گاز CO_۲ در جدول (۱) نشان داده شده است.

جدول (۱): میانگین میزان انتشار گاز CO_۲ در فرآیند های مختلف تولید فولاد جهان

در شرایط کنونی، میانگین انتشار گاز CO_۲ در صنایع فولاد جهان، ۱/۹۲ تن CO_۲ به‌ازای هر تن فولاد خام است که شامل اسکوپ‌های ۱، ۲ و۳ می‌باشد. درحالی‌که میانگین انتشار گاز CO_۲ در صنایع فولاد ایران، ۱/۴۷۴ تن CO_۲ بازای هر تن فولاد خام است.

امروزه در سطح دنیا، پنج روش برای رسیدن به فولاد سبز تعریف شده است که عبارتند از:

1. احیا بر اساس گاز هیدروژن
2. تولید فولاد در کوره قوس‌الکتریکی با انرژی تجدیدپذیر
3. جذب و انبارداری گاز CO_۲
4. به‌کارگیری پسماندهای بیوماس و پلاستیک به‌عنوان سوخت جایگزین
5. الکترولیز سنگ‌آهن

اقدامات اولیه در راستای تولید فولاد سبز در سال ۱۹۹۰ از پروتکل کیوتوی ژاپن آغاز شده است. بر اساس قطعنامه صادرشده در آن نشست، کلیه کشورها موظف شدند تا سال ۲۰۱۰، میزان انتشار گاز CO_۲ خود را در صنایع مختلف از جمله صنعت فولاد به میزان ۱۰ درصد کاهش دهند.

یکی از کشورهای موفق در این امر، کشور آلمان بوده است که در این مدت زمان توانست، میزان انتشار گاز CO_۲ در تولید فولاد خام و محصولات نهایی را به ترتیب ۱۲ و ۱۱/۸ درصد کاهش داده است. شایان ذکر است که در سال ۲۰۲۴ میزان انتشار گاز CO_۲ در واحد‌های نورد آلمان، ۱۴۰ کیلوگرم برتن محصول نهایی بوده است.

شرکت AVB برزیل که با فرآیند کوره‌بلند- کنورتور اکسیژنی کار می‌کند با استفاده از فضای سبز اکالیپتوس ۵۱ هزار هکتاری، به‌کارگیری سرباره کوره‌بلند در تولید سیمان، استفاده از سرباره کنورتور اکسیژنی در کوره‌بلند و به‌کارگیری گازهای فرآیندی در واحد نورد و شارژ زغال چوب به جای کک در کوره‌بلند سبزترین فولاد جهان را تولید می‌کند.

میانگین انتشار گاز CO_۲ در این شرکت، منفی ۴۰ کیلوگرم CO_۲ به‌ازای هر تن فولاد است. به‌عبارت دیگر، به‌ازای هرتن فولاد تولیدی، ۴۰ کیلوگرم گاز CO_۲ از اتمسفر جذب می‌کند.

کشور کوچک لوکزامبورگ در سال ۱۹۷۱ دارای ۴۶ کوره‌بلند بوده و میزان تولید فولاد آن ۷/۵ میلیون بوده است درحال‌حاضر، لوکزامبورگ دو میلیون تن فولاد سبز در کوره‌های قوس‌الکتریکی با شارژ ۱۰۰ درصد قراضه تولید می‌کند. در جدول (۳) روند شارژ آهن‌اسفنجی گرم در کوره‌های الکتریکی جهان به نمایش گذاشته شده است. در شکل (۱) میانگین انتشار ویژه گاز CO_۲ در صنایع فولاد آلمان برای فولاد خام و محصولات نهایی فولاد در سال‌های ۱۹۹۰ و ۲۰۲۴ دیده می‌شود.

کم‌هزینه‌ترین روش برای رسیدن به فولاد سبز در ایران، بهینه‌سازی شرایط موجود است. در کشور ما، پتانسیل زیادی برای کاهش مصرف انرژی و انتشار گاز CO_۲ وجود دارد که آن، روش شارژ گرم آهن‌اسفنجی در کوره‌های قوس‌الکتریکی است. با این اقدام می‌توان ۲۵ درصد مصرف انرژی برق را کاهش داد و از انتشار ۱۰ درصد گاز CO_۲ جلوگیری کرد. گفتنی است در شرایط کنونی ۹۲ درصد از فولاد کشور در کوره‌های الکتریکی با شارژ تقریبا ۱۰۰ درصدی آهن‌اسفنجی به‌دست می‌آید.

در‌حال‌حاضر در ایران، فقط شرکت‌های پاسارگاد و اردکان، فرآیند شارژ گرم آهن‌اسفنجی در کوره‌های الکتریکی را اجرا می‌کنند. در صورت اجرای این فرآیند در بقیه شرکت‌ها، بالغ‌بر ۱/۲ میلیارد دلار صرفه‌جویی خواهد شد. در سال گذشته از ۱۴۴/۱ میلیون تن تولید آهن‌اسفنجی در جهان، نزدیک به ۱۷ میلیون تن یعنی ۱۱/۸ درصد کل تولید، به‌صورت گرم در کوره‌های قوس‌الکتریکی شارژ شده است.

مزایای شارژ گرم آهن‌اسفنجی را می‌توان به این شرح بیان کرد:

• بهره‌وري توليد ۱۵ الي ۲۰ درصد افزايش مي‌يابد.
• ميزان مصرف انرژي برق به‌ازاي هر تن فولاد مذاب ۱۲۰ الي ۱۴۰ كيلووات ساعت كاهش مي‌يابد .
• ميزان مصرف الكترود گرافیتی به‌ازاي هر تن فولاد مذاب ۰/۵ الي ۰/۶ كيلوگرم كاهش مي‌يابد.
• ميزان مصرف نسوز به‌ازاي هر تن فولاد مذاب ۱/۸ الي ۲ كيلوگرم كاهش مي‌يابد.
• انتشار گاز CO_۲ به میزان ۱۰ درصد کاهش می‌یابد.
• تلفات حرارتي در حين انتقال با بونكر آب‌بندی‌شده، كمتر از °C5 در ساعت است.
• قيمت تمام‌شده فولاد به ميزان ۸ الي۱۰ دلار بر تن فولاد ارزان مي‌شود.

درصورتی‌که شارژ گرم آهن‌اسفنجی در کوره‌های قوس‌الکتریکی ایران به اجرا دربیاید، میانگین انتشار گاز CO_۲ به میزان ۱/۳۲۷ تن CO_۲ به‌ازای هر تن فولاد خواهد شد.

پیشنهاد به‌کارگیری شارژ گرم آهن‌اسفنجی در کوره‌های قوس‌الکتریکی، ۱۶ سال پیش به وزارت‌خانه ارایه شده بود. شارژ قراضه، شارژ چدن مذاب ، شارژ قراضه پیش‌گرم‌شده در کوره‌های قوس‌الکتریکی و به‌کارگیری گاز CO_۲ در صنایع دیگر از روش‌های صرفه‌جویی انرژی و کاهش انتشار گاز CO_۲ است.