مجتمع فولاد روهینا جنوب – تولید فولاد با استفاده از هیدروژن بجای زغالسنگ یکی از مهمترین تحولات فناورانه در مسیر صنعت کمکربن به شمار میرود. صنعت فولاد بهطور سنتی وابستگی شدیدی به سوختهای فسیلی، بهویژه زغالسنگ ککشو، داشته است و همین موضوع آن را به یکی از بزرگترین منابع انتشار دیاکسیدکربن در جهان تبدیل کرده است. با افزایش نگرانیها درباره تغییرات اقلیمی و فشارهای قانونی و اقتصادی برای کاهش انتشار گازهای گلخانهای، فناوری فولاد هیدروژنی بهعنوان راهکاری انقلابی مطرح شده که میتواند ساختار این صنعت قدیمی را دگرگون کند.
روش سنتی تولید فولاد و چالش کربن
در روش متداول کوره بلند (Blast Furnace)، سنگآهن که عمدتاً اکسید آهن است، با کک (نوعی زغالسنگ فرآوریشده) واکنش میدهد. کربن موجود در کک، اکسیژن را از سنگآهن جدا میکند و آهن مذاب تولید میشود. اما محصول جانبی اصلی این واکنش، دیاکسیدکربن (CO₂) است. برای تولید هر تن فولاد خام، بهطور میانگین حدود ۱.۸ تا ۲ تن CO₂ در این مسیر منتشر میشود. با توجه به اینکه سالانه بیش از ۱.۸ میلیارد تن فولاد در جهان تولید میشود، سهم این صنعت در انتشار جهانی بسیار قابل توجه است.
مشکل اصلی اینجاست که در روش سنتی، کربن نهتنها منبع انرژی، بلکه عامل شیمیایی احیاکننده نیز هست. بنابراین حذف آن ساده نیست و نیازمند جایگزینی است که بتواند همان نقش شیمیایی را بدون تولید CO₂ ایفا کند.
هیدروژن بهعنوان عامل احیاکننده
در فناوری جدید، هیدروژن (H₂) بهجای کربن برای احیای سنگآهن استفاده میشود. واکنش اصلی به این صورت است:
اکسید آهن + هیدروژن → آهن فلزی + بخار آب
بهجای تولید دیاکسیدکربن، محصول جانبی این فرآیند آب (بهصورت بخار) است. اگر هیدروژن مورد استفاده از منابع تجدیدپذیر و از طریق الکترولیز آب تولید شود (موسوم به «هیدروژن سبز»)، کل زنجیره تولید فولاد میتواند تقریباً بدون کربن باشد.
این فرآیند معمولاً در قالب فناوری «احیای مستقیم سنگآهن» (DRI: Direct Reduced Iron) انجام میشود. در این روش، گندلههای سنگآهن در دمای بالا ولی پایینتر از نقطه ذوب، در تماس با گاز هیدروژن قرار میگیرند و به آهن اسفنجی تبدیل میشوند. سپس این آهن اسفنجی در کوره قوس الکتریکی ذوب شده و فولاد تولید میشود.
بزرگترین مزیت این روش، کاهش چشمگیر انتشار CO₂ است. در صورت استفاده کامل از هیدروژن سبز و برق تجدیدپذیر در کورههای قوس الکتریکی، انتشار کربن میتواند تا بیش از ۹۰ درصد نسبت به روش کوره بلند کاهش یابد. این موضوع برای کشورها و شرکتهایی که متعهد به اهداف «خالص صفر (Net Zero) هستند»، اهمیت استراتژیک دارد.
علاوه بر کاهش CO₂، آلایندههای دیگری مانند اکسیدهای گوگرد و ذرات معلق نیز کمتر تولید میشوند، زیرا زغالسنگ از چرخه حذف میشود. در نتیجه، این فناوری نهتنها به مقابله با تغییر اقلیم کمک میکند، بلکه کیفیت هوا در مناطق صنعتی را نیز بهبود میبخشد.
چالشهای فنی و اقتصادی
با وجود جذابیت بالا، تولید فولاد با هیدروژن بدون چالش نیست. نخستین چالش، تأمین حجم عظیم هیدروژن است. تولید هیدروژن سبز از طریق الکترولیز به مقدار زیادی برق نیاز دارد. برای یک کارخانه فولاد بزرگ، مصرف برق میتواند در حد مصرف یک شهر متوسط باشد. بنابراین توسعه همزمان نیروگاههای بادی، خورشیدی یا آبی ضروری است.
چالش دوم، زیرساخت ذخیرهسازی و انتقال هیدروژن است. هیدروژن گازی سبک، قابل اشتعال و دارای ویژگیهای نفوذپذیری بالاست و نگهداری و انتقال آن نیازمند لولهها، مخازن و استانداردهای ایمنی ویژه است. از نظر متالورژیکی نیز، رفتار احیای سنگآهن با هیدروژن کمی متفاوت از گازهای کربنی است. کنترل دما، سرعت واکنش و کیفیت آهن اسفنجی تولیدی نیازمند بهینهسازیهای دقیق است تا خواص مکانیکی فولاد نهایی حفظ شود.
در حال حاضر، فولاد هیدروژنی گرانتر از فولاد تولیدشده با روش سنتی است. دلیل اصلی، هزینه بالای هیدروژن سبز و برق تجدیدپذیر است. با این حال، انتظار میرود با کاهش قیمت انرژیهای تجدیدپذیر، بهبود فناوری الکترولیز و اعمال مالیات کربن یا محدودیتهای زیستمحیطی، شکاف هزینه بهتدریج کمتر شود.
سرمایهگذاری اولیه برای تبدیل یا احداث کارخانههای جدید نیز بسیار بالاست. شرکتها باید کورههای جدید، سیستمهای DRI، تجهیزات الکترولیز و زیرساختهای هیدروژن را نصب کنند. این موضوع نیازمند حمایتهای دولتی، مشوقهای مالی و سیاستهای پایدار بلندمدت است.
وضعیت جهانی و پروژههای پیشرو
چندین کشور صنعتی پیشرفته بهطور جدی وارد این حوزه شدهاند. در اروپا، پروژههایی در سوئد، آلمان و فنلاند در حال توسعهاند که هدف آنها تولید فولاد تجاری با استفاده از هیدروژن سبز است. این کشورها به دلیل دسترسی به برق کمکربن (آبی، بادی و هستهای) مزیت نسبی دارند. برخی شرکتهای بزرگ خودروسازی و ساختمانی نیز قراردادهایی برای خرید «فولاد سبز» امضا کردهاند تا ردپای کربنی محصولات خود را کاهش دهند. این روند نشان میدهد که تقاضا برای فولاد کمکربن در حال شکلگیری است و بازار بهتدریج حاضر است برای محصول پاکتر، هزینه بیشتری بپردازد.
برای کشورهایی که تولیدکننده بزرگ فولاد هستند، این تحول هم فرصت و هم تهدید است. از یک سو، اگر نتوانند فناوریهای کمکربن را بپذیرند، ممکن است در آینده با تعرفههای کربنی یا محدودیتهای صادراتی مواجه شوند. از سوی دیگر، کشورهایی که منابع غنی انرژی تجدیدپذیر (خورشید، باد) دارند، میتوانند به قطب تولید هیدروژن سبز و فولاد پاک تبدیل شوند. این موضوع نیازمند برنامهریزی ملی، توسعه زیرساخت برق، سرمایهگذاری در تحقیق و توسعه و تربیت نیروی انسانی متخصص است.
در پایان:
تولید فولاد با هیدروژن بهجای زغالسنگ یکی از کلیدیترین مسیرهای کاهش کربن در صنایع سنگین است. این فناوری با جایگزینی کربن بجای هیدروژن در نقش احیاکننده، انتشار دیاکسیدکربن را بهطور بنیادین کاهش میدهد. با وجود چالشهای فنی، زیرساختی و اقتصادی، روند جهانی نشان میدهد که حرکت بهسوی فولاد هیدروژنی آغاز شده و احتمالاً در دهههای آینده به یکی از استانداردهای اصلی تولید فولاد تبدیل خواهد شد. موفقیت در این مسیر وابسته به توسعه انرژیهای تجدیدپذیر، کاهش هزینه هیدروژن سبز و همکاری نزدیک میان دولتها، صنعت و مراکز پژوهشی است. این تحول میتواند نقشی تعیینکننده در دستیابی به اقتصاد کمکربن و مهار تغییرات اقلیمی ایفا کند.
مطالب مشابه:
- نسل جدید فولاد؛ قویتر، سبکتر و بهتر
- کوره قوس الکتریکی و نقش آن در صنعت فولاد
- نقش میلگرد در معماری نوین
- نقش میلگرد در مقاومت ساختمان
- استانداردهای فولاد و سرنوشت کیفیت پروژه
- بررسی انواع کورههای ذوب + جدول مقایسه
- قراضه فولاد، موتور پنهان توسعه فولاد سبز
- راهنمای آشنایی با آهن اسفنجی
- نقش فولاد در ظهور شهرهای مدرن
- فولاد، بستر توسعه انرژیهای تجدیدپذیر
- ساختمانهای زنده با فولاد هوشمند
- فولاد؛ قهرمان امنیت غذایی
- نورد، هنر شکل دهی به فولاد
- مزایا و معایب فولاد آلیاژی در صنایع مختلف
