آینده زمین در دست فولادسازان

در سال‌های اخیر توجه به گرمایش جهانی و پیامدهای نامطلوب استفاده از سوخت‌های فسیلی سبب شد دانشمندان و مهندسان صنعت فولاد جهان در یک رقابت جدید، به بررسی استفاده از سوخت هیدروژن به ‌جای سوخت فسیلی در فرآیند تولید فولاد مشغول گردند. گزارش شده است که صنعت آهن و فولاد مسئول انتشار بیش از ۸ درصد از گازهای گلخانه‌ای در جهان بوده و از سویی دیگر، بسیاری از تکنولوژی‌های فولادسازی نیز به مقدار قابل‌توجهی زغال‌سنگ نیاز دارند. این موارد، اهمیت توجه به کاهش آلایندگی‌های ناشی از صنعت فولاد را روشن می‌سازد. براساس توافق‌نامه پاریس، لازم است که در سال ۲۰۵۰میلادی، میزان انتشار گازهای گلخانه‌ای ناشی از صنعت فولاد به حدود ۴۰۰ تا ۶۰۰میلیون تن در سال کاهش یابد. در سال‌های اخیر، تولید فولاد سبز برای کاهش تولید گازهای گلخانه‌ای به‌شدت مطرح شده است. جایگزین کردن هیدروژن به‌جای کربن، پاک‌ترین روش برای تولید فولاد سبز است. بااین‌حال، یکی از چالش‌های اصلی در این روش، هزینه بالای تولید هیدروژن است. در مسیر کاهش هزینه‌های تولید فولاد سبز بدون سوخت فسیلی، هیدروژن تولیدشده با استفاده از انرژی‌های تجدیدپذیر، معروف به هیدروژن سبز، به‌عنوان یک واکنش‌دهنده برای جایگزینی سوخت‌های رایج در فرایند فولادسازی مورد استقبال قرار گرفته است. در کل، هیدروژن سبز به دو روش می‌تواند در تکنولوژی تولید فولاد به‌کار رود. در روش اول، از هیدروژن به‌عنوان یک تزریق جایگزین برای تزریق پودر زغال‌سنگ به کوره بلند استفاده می‌شود که می‌تواند انتشار کربن را تا ۲۰ درصد کاهش دهد. این روش موجب تولید فولاد بدون کربن نمی‌شود، زیرا درنهایت، زغال‌سنگ به کک تبدیل می‌شود و کربن در فرایند حضور دارد. در روش دیگر، هیدروژن می‌تواند به ‌عنوان یک احیاکننده جایگزین برای تولید آهن‌اسفنجی (DRI) استفاده شود که درنهایت با استفاده از کوره قوس الکتریکی به فولاد تبدیل می‌شود. این تکنولوژی تولید، با عنوان DRI/EAF مبتنی بر هیدروژن به‌ عنوان روش تولید فولاد سبز بدون کربن درحال ‌توسعه است. استفاده از هیدروژن سبز و همچنین برق تجدیدپذیر از باد، خورشید یا آب، تولید فولاد تقریبا بدون کربن با این روش را امکان‌پذیر می‌کند. فرایند تولید فولاد DRI/EAF  مبتنی بر هیدروژن سبز در مقیاس بزرگ شامل مراحل زیر است:
 ۱- تولید هیدروژن سبز: هیدروژن سبز، برخلاف هیدروژن خاکستری که از سوخت‌های فسیلی حاصل می‌شود، از الکترولیز آب در فرایندی که به مقدار زیادی برق نیاز دارد، تولید می‌شود. بااین‌حال، استفاده از انرژی‌های تجدیدپذیر نظیر نور خورشید و باد می‌توانند چالش مصرف زیاد برق در این روش را برطرف سازند.

۲- تولید آهن اسفنجی: گندله سنگ‌آهن با هیدروژن احیاشده تا آهن‌اسفنجی تولید گردد. با استفاده از هیدروژن به‌عنوان ماده احیاکننده، فقط بخار آب آزاد می‌شود.
۳- تولید فولاد خام با استفاده از کوره قوس الکتریکی: در کوره قوس الکتریکی، استفاده از منابع تجدیدپذیر در تولید برق می‌تواند مسیر را برای تولید فولاد سبز بدون انتشار کربن فراهم سازد.
بااین‌حال، در‌حال‌حاضر، هیدروژن سبز تنها در مقادیر کم تولید شده و توسعه آن می‌تواند چشم‌انداز روشنی را برای صنعت فولاد سبز به دنبال داشته باشد. شرکت‌های فولادسازی پیش‌رو نظیر آرسلورمیتال و بائو چین گام‌های بزرگی را برداشته و انتظار می‌رود که در آینده‌ای نزدیک، شاهد کاهش هزینه‌های تولید فولاد سبز باشیم. نخستین گام جدی در مسیر تولید فولاد سبز با هیدروژن سبز توسط مشارکت چندین شرکت در کشور سوئد آغاز شد. روش تولید مذکور، روش هایبریت، یک طرح نوآورانه بود که به‌عنوان نخستین تکنولوژی فولادسازی بدون سوخت فسیلی و تقریباً فاقد اثری از کربن در کشور سوئد مطرح شد. مسیر تولید به روش HYBRIT مشابه فرایندهای احیا مستقیم است و تنها به‌جای انتشار کربن، هیدروژن با اکسیدهای آهن واکنش می‌دهد و آب تشکیل می‌شود. در واقع، جایگزینی هیدروژن به‌عنوان سوخت سبب می‌شود که محصول خروجی به‌جای آلاینده‌های کربنی، بخار آب باشد که مجدداً نیز می‌تواند در چرخه سبز تولید مورد استفاده قرار گیرد. جالب است که شرکت HYBRIT نخستین فولاد سبز بدون سوخت فسیلی را در سال ۲۰۱۹ میلادی تولید کرده و گروه خودروسازی ولوو اولین محصول آن را خریداری و در ساخت خودروهای سنگین خود به کار برد. طبق پیش‌بینی‌ها در سال ۲۰۲۶ چنین فولادی در مقیاس تجاری روانه بازار خواهد شد. بد نیست بدانیم که خودروسازی مرسدس بنز آلمان نیز برای استفاده از فولاد سبز در قطعات خودرو با امضای قراردادی به یکی از مشتریان بزرگ شرکت سوئدی تبدیل شده است. ازآنجاکه بیشتر تولیدکنندگان فولاد در ایران، از روش قوس الکتریکی استفاده می‌کنند، مسیر برای دست‌یابی به فولاد سبز مبتنی‌بر هیدروژن هموارتر از کشورهایی است که بیشتر فولاد خود را با کوره بلند تولید می‌کنند. همچنین، با توجه به موقعیت جغرافیایی ایران، شرایط برای تولید برق از انرژی‌های تجدیدپذیر موردنیاز برای تولید هیدروژن مهیاست. از سویی دیگر، با توجه به روند خشکسالی در ایران، آب به‌عنوان یکی از محصولات جانبی تولید فولاد سبز می‌تواند بخش عمده‌ای از مصرف آب موردنیاز در صنعت تولید فولاد داخل را جبران کند.

مانع اصلی برسر راه تولید فولاد سبز

واضح است که پاک تر نمودن یکی از بزرگ‌ترین صنایع منتشرکننده  کربن یک راه‌حل کلیدی در راستای مبارزه با تغییرات آب و هوایی است. میزان انتشارات صنعت فولاد تا سال ۲۰۵۰ باید به میزان ۵۰ درصد کاهش یابد و پس از آن نیز به کاهش مداوم ادامه داده تا به اهداف آب و هوایی مطابق با آژانس بین‌المللی انرژی (IEA) برسد. اما این هدف مهم چگونه قابل دستیابی خواهد بود؟ بسیاری اعتقاد دارند که فولاد سبز پاسخ این مسئله است. اساسا تعریف فولاد سبز، تولید فولاد بدون استفاده از سوخت فسیلی است. هیدروژن سبز یک راه‌حلی ست که می تواند به کاهش رد پای کربن در صنعت فولاد کمک بنماید. هیدروژن هنگام سوختن تنها آب تولید می‌کند و اگر خود هیدروژن نیز با استفاده از الکترولیز آب و تنها با استفاده از انرژی الکتریکی تجدیدپذیر تولید گردد، پس این هیدروژن به طور کامل خالی از انتشار کربن خواهدبود. همچنین هیدروژن اگر با استفاده از سوخت‌های فسیلی و تکنولوژی‌های جذب، استفاده و ذخیره کربن  تولید گردد، بسیار کم کربن خواهدبود که تحت عنوان هیدروژن آبی شناخته می شود. کوره‌های قوس الکتریکی گزینه دیگری هستند. این کوره‌ها به تدریج در حال جایگزین شدن به جای انواع کوره بلندهای متداول هستند، اما این کوره‌ها همیشه با استفاده از منابع تجدیدپذیر تغذیه نمی‌شوند و بنابراین فولادی که تولید می‌کنند همیشه سبز نخواهد بود. بسیاری از بزرگترین تولیدکنندگان فولاد دنیا برنامه هایی برای کاهش ردپای کربن خود با استفاده از کوره‌های قوس الکتریکی دارند. اما گزارشات نشان می‌دهد که گذار از کوره‌های بلند قدیمی به کوره‌های قوس الکتریکی در وضعیت رکود است و به طرز چشمگیری از اهداف کربن زدایی کامل فاصله دارد. براساس این گزارش تنها ۳۱ درصد از ظرفیت تولید فولاد در جهان از کوره‌های الکتریکی استفاده می نمایند و متاسفانه تنها ۲۸ درصد از ظرفیت‌های در حال احداث از این تکنولوژی بهره خواهندبرد، که راه حل این مشکل ممانعت از سرمایه گذاری در کوره‌های بلند با سوخت زغال سنگ و تسریع روند سرمایه‌گذاری در فولادسازی‌هایی با تکنولوژی کوره قوس الکتریکی است. راه حل هیدروژنی نیز با موانعی روبرو هستند، مانع اصلی بر سر راه تولید فولاد سبز، در دسترس بودن هیدروژن کم کربن است. افزایش مقیاس تولید فولادسبز نیاز به مقادیر زیادی از هیدروژن سبز یا آبی دارد. در مورد هزینه های تولید فولاد سبز، می توان گفت که تولید هیدروژن پاک در مقیاس صنعتی نیاز به سرمایه‌گذاری‌های میلیارد دلاری در بخش تولید انرژی‌های تجدیدپذیر خواهد داشت که یک کلید اساسی در راستای تحقق هدف دستیابی به صفر خالص تا سال ۲۰۵۰ در اروپا است. آرسلورمیتال، بزرگترین تولیدکننده فولاد در اروپا، بیان می‌کند که کربن‌زدایی از فرایندهای تولید، همگام با اهداف اتحادیه اروپا، می‌تواند تا ۴۰ میلیارد دلار هزینه داشته باشد. چین نیز متعهد شده است که تا سال ۲۰۶۰ به شرایط کربن خنثی برسد که این امر مستلزم کربن‌زدایی از صنعت فولاد چین بوده که مسئول انتشار یک سوم کل انتشارات کربن در این کشور است. حفظ محیط‌زیست یکی از اصلی‌ترین رئوس برای توسعه پایدار در بخش معدن است که در سال‌های اخیر بیش از گذشته مورد توجه معدنکاران قرار گرفته است. امروز شرکت‌های بزرگ معدنی و صنایع معدنی اقدامات زیست‌محیطی را جزو اولویت های اصلی خود قرار داده اند تا بتوانند به توسعه پایدار دست پیدا کرده و کمترین آسیب را به محیط‌زیست وارد کنند. متاسفانه در گذشته به دلیل عدم توجه به محیط‌زیست، تقابل میان بخش معدن و محیط‌زیست شدت گرفت و بسیاری از فعالان این بخش مخالف برخی فعالیت‌های معدنی بودند. چنین نگاهی باعث شد تا برخی از پروژه های معدنی مشمول گذر زمان و تاخیر در اجرا شوند، در حالی که با افزایش توجه به محیط‌زیست و تعریف استانداردهای لازم، عبور از این مشکل امکان‌پذیر بود. رفته رفته فعالان بخش معدن تعامل با محیط زیست و منابع طبیعی را در دستور‌کار قرار دادند تا بتوانند با حداقل آسیب از ذخایر موجود بهره‌برداری کنند.

معدنکاری سبز جزو الزامات بخش معدن

این موضوع در کشورهای معدنی دنیا نیز به خوبی قابل رویت است و می‌توان از تجربیات آنها در این بخش نیز استفاده کرد. حرکت به سمت معدنکاری سبز می‌تواند راهگشای این مشکل باشد. معدنکاری سبز فناوری جدیدی است که شرکت‌های معدنی زیادی در جهان تلاش می‌کنند تا با استفاده از آن آسیب‌‌های زیست‌محیطی معدنکاری را به حداقل برسانند. ایران جزو کشورهای با پتانسیل خوب معدنی است که این موضوع را در دستورکار قرار داده اما فعالیت‌های معدن و معدنکاری در محیط‌زیست و منابع طبیعی زیرساخت‌‌ها و شرایط خاص خود را می‌طلبد که بخشی از آن باید از سوی معدنکاران و بخشی دیگر باید با حمایت‌های ویژه از سوی دولت فراهم شود. درحال‌حاضر فعالیت‌‌های معدنکاری در ایران به گونه‌ای است که محدوده بزرگی را به شکل آزمون و خطا مورد بررسی قرار داده و با حفاری‌های بسیار، در آخر رگه مورد نظر را که برای آنها ارزش اقتصادی دارد پیدا کرده و نسبت به برداشت از آن اقدام می‌‌کنند. این درحالی است که با استفاده از فناوری‌های نوین می‌‌توان در مرحله نخست به نقاطی که برداشت از آن ارزش اقتصادی دارد، دست یافت و دیگر به ساخت جاده‌‌های مختلف تخریب پوشش گیاهی و مانند آنکه موجب تخریب محیط‌زیست می‌شود، نیاز نخواهد بود. در این بین علاوه‌بر ورود تکنولوژی‌های جدید که شاید متاثر از شرایط تحریمی کار دشواری باشد باید به سمت توسعه آموزش‌ها در بخش معدنکاری سبز نیز حرکت کرد. البته با توجه به تاکید‌های صورت گرفته در بحث استفاده از ظرفیت دانش‌بنیان‌ها، می‌توان بر مشکلات ناشی از تحریم نیز فائق آمد و به سراغ بومی‌سازی برخی تکنولوژی‌ها رفت. از سویی دیگر نوسازی ناوگان ماشین‌آلات معدنی نیز می‌تواند گامی دیگر در راستای کاهش مخاطرات زیست‌محیطی باشد که بخشی از آن نیازمند حمایت‌های دولت به ویژه وزارت صنعت، معدن و تجارت است.
معدنکاری سبز جزو الزامات بخش معدن است. در تمامی کشورهای دنیا کسانی که به عنوان بهره‌بردار معدنی در این بخش مشغول به فعالیت هستند، باید کمترین آسیب را به محیط‌زیست وارد کنند. اما متاسفانه سال‌ها قبل در ایران توجه چندانی به این موضوع صورت نمی‌گرفت، زیرا ما به صورت علمی و حرفه ای با آن برخورد نمی کردیم.  این موضوع باعث شد تا سازمان حفاظت محیط‌زیست و منابع طبیعی نسبت به فعالیت‌های معدنی بدبین شوند و احساس کنند معدنکاری به معنای تخریب محیط‌زیست است. در حالی چنین دیدگاهی نسبت به بخش معدن شکل گرفت که معدن ارزش‌افزوده و رونق اقتصادی را به همراه دارد و نقش مهم در کاهش وابستگی به اقتصاد نفتی ایفا می‌کند.  در نتیجه لازم است استانداردهایی منطبق با شرایط ایران برای معدنکاری تعریف شود. شاید در برخی موارد ما بهتر از استانداردهای اروپا عمل کنیم اما در برخی موارد هم نزدیک به آنها اقدام می‌کنیم. ایران دارای اقلیم و آب و هوای متفاوت است. از سویی دیگر امروز شاهد بحران خشکسالی هستیم که می‌تواند بخش کشاورزی را تحت‌تاثیر قرار دهد در نتیجه باید به فکر جایگزین کردن درآمدهای بخش کشاورزی و اشتغال موجود در آن بود که معدن می تواند با برنامه‌ریزی دقیق و کارشناسی یکی از جایگزینی‌های این موضوع باشد. البته فراموش نکنیم این برنامه‌ریزی باید به صورتی باشد که آسیب‌های وارده به محیط‌زیست به حداقل میزان خود برسد. از سویی دیگر باید احیا و بازسازی معادن نیز در دستورکار و برنامه‌های معدنکاران قرار بگیرد.  بدون شک با چنین برنامه‌ریزی‌ای که جمیلی به آن اشاره داشت می‌توان شاهد کاهش چالش‌های موجود میان معدنی‌ها و محیط‌زیست بود که خود این بخش را به توسعه پایدار نزدیک‌تر می‌کند. بی‌تردید باید تعامل و تفاهم میان محیط‌زیست و بخش معدن در دستورکار باشد. در ایران نیازمند انجام اکتشافات تکمیلی هستیم تا میزان مزیت‌های معدنی و مناطق آن مشخص شود. اما این موضوع باید در راستای استانداردهای محیط زیست صورت بگیرد.
 همچنین باید چالش‌ها در این‌باره را به حداقل رساند و باید به این‌‌باور دست پیدا کرد که نیازمند بهره‌برداری از نعمت‌‌های خدادادی هستیم تا حداکثر ارزش‌افزوده را برای ما به همراه داشته باشد.
بهره‌برداری از این ذخایر نیز نیازمند اجازه ارگان‌ها و سازمان‌های مختلف برای انجام اکتشافات تکمیلی است.

منبع: روزگار معدن