فولاد سبز چیست؟

به صورت کلی فولاد سبز یکی از بهترین روش های مدرنیته برای کاهش آلودگی حاصل از کربن و گازهای گلخانه ای به شمار می آید. بهتر است بدانید امروزه بیش از 2 میلیون تن سالیانه برای صنایع مختلف مورد استفاده قرار می گیرد و وابسته به استفاده از آلاینده ترین سوخت فسیلی یعنی زغال سنگ می باشد.

زغال سنگ نیز سبب شده تا میزان آلودگی کربن جهان از 7 تا 9 درصد باشد که همواره رو به افزایش است. فولاد سبز یا Green Steel یکی از بهترین فرآیندهای تولید فولاد به شمار می آید که با نام های فولاد پایدار و کم کربن نیز شناخته می شود. این موضوع به تولید کمتر کربن این محصول برمی گردد. کاهش اثرات زیست محیطی حاصل از این روند از مهم ترین مزیت های فولاد سبز به شمار می آید؛ از این رو در ادامه به بررسی هزینه های تولید، روند اجرا و سایر مشخصات این فرآیند پرداخته ایم تا بدانید آینده صنعت فولاد به کدام سمت خواهد رفت.

اهمیت و مزایای استفاده از فولاد سبز

فرآیند فولاد سبز به دنبال استفاده از روش های جایگزین در جهت سازگاری با محیط زیست می باشد که از این طریق انتشار کربن نیز کاهش می یابد. رویکردهای مختلفی در فرآیند فولاد سبز وجود دارند، اما پیش از آن باید گفت صنایع فولاد در ایران فولاد سبز به شمار نمی آیند. با این وجود به دلیل استفاده از فناوری احیا مستقیم و گاز طبیعی در 90 درصد فرآیند ها، میزان تولید گاز کربنیک در مقایسه با استفاده و کک بسیار پایین تر می آید.

از سوی دیگر برای انتقال گاز به صنایع فولاد مانند زغال سنگ از جاده و ریل استفاده نمی شود؛ به همین دلیل به کارگیری سوخت فسیلی انجام نمی شود و در نتیجه فرآیند تولید فولاد در کشور ایران و کشورهای حاشیه خلیج فارس که از فرآیند هایی مشابه استفاده می کنند، نیمه سبز نامیده می شود. در ادامه به بررسی مزیت های مهم در فرآیند فولاد سبز پرداخته شده است:

جذب و ذخیره ‌سازی کربن (CCS):

فرآیند فولاد سبز سبب ادغام فناوری های جذب کربن می شوند که در نتیجه انتشار CO2 تولید شده در طول روند تولید را جمع آوری می کند. در نهایت این گاز ها یا در زیر زمین ذخیره شده یا در سایر فرآیند های صنعتی برای جلوگیری از انتشار در جو به کار برده می شوند. این روش به تازگی در ژاپن استفاده می شود تا بخشی از گاز کربنیک در یک فرآیند دیگر به کار برده شود.

استفاده از انرژی های تجدید پذیر:

منظور از فرآیند فولاد سبز، استفاده از منابع انرژی تجدیدپذیر مانند انرژی باد، خورشیدی، آبی یا زمین گرمایی برای تامین انرژی فرآیند فولادسازی است. در واقع به کارگیری انرژی پاک به جای سوخت های فسیلی، قادر است میزان استفاده از کربن را کاهش دهد.

استفاده از هیدروژن:

به کارگیری هیدروژن یک روش تازه است که در تست های مختلف نتایج مثبتی داشته است. در واقع هیدروژن یک منبع انرژی پاک و جایگزین برای سوخت های مبتنی بر کربن در فرآیند فولاد سازی است و سبب کاهش قابل توجه انتشار گاز های گلخانه ای می شود.

بازیافت:

استفاده از قراضه ها در این فرآیند یک نوع روش فولاد سبز به شمار می آید؛ زیرا میزان گاز کربنیک تولید شده بسیار کمتر از تولید فولاد با استفاده از سنگ آهن می باشد.

فرآیند تولید فولاد سبز

استاندارد ترین روش برای تولید فولادهای سبز، احیای مستقیم سنگ‌ آهن مبتنی بر هیدروژن است. ابتدا سنگ آهن جامد با استفاده از هیدروژن به آهن اسفنجی تبدیل شده و سپس محصول میانی به دست آمده درون کوره الکتریکی قرار گرفته تا پس از ذوب شدن، فولاد سبز تولید شود.

در این فرآیند به جای سوخت ‌های فسیلی و بسیار مضر، از هیدروژن سبز یا آبی استفاده می ‌شود که به جای انتشار کربن، اکسیژن تولید می نماید. در واقع فولاد سبز با تقسیم مولکول های آب که توسط انرژی های تجدید پذیر تولید می شوند، به دست می آید. البته این فرآیند 30 درصد گران تر از فولاد سنتی می باشد.

از این رو می توانید حدس بزنید هزینه تولید با استفاده از این روش ممکن است بالاتر رفته و در نتیجه نرخ ورق ها و مقاطع فولادی مانند قیمت ورق گالوانیزه، روغنی و ... نیز افزایش یابد. فولاد گالوانیزه یکی از محصولات محبوب در بین سایر مقاطع است که مقاومت ویژه ای در برابر رطوبت، زنگ زدگی و خوردگی دارد؛ به همین دلیل کاربردهای زیادی را به خود اختصاص می دهد و نرخ آن برای متقاضیان از اهمیت بالایی برخوردار است.

حتما بخوانید:ورق گالوانیزه چیست +کاربرد و مزایای آن

هزینه تولید فولاد سبز

درست است که استفاده از فرآیند فولاد سبز، مزیت های بسیاری دارد، اما چالش برانگیز بوده و نیازمند دستگاه های قوی و قدرتمند می باشد. هزینه تولید مقاطع فولادی در این روش 30 الی 100 درصد افزایش می یابد. به طور مثال برای ساخت ورق روغنی که یک ورق فولادی با خواص بهبود یافته و سطح درخشان به شمار می آید و نرخ مقرون به صرفه ای دارد، اگر با استفاده از فرآیند فولاد سبز و دستگاه های آن انجام شود، با افزایش هزینه تولید و در نتیجه قیمت ورق روغنی مواجه می شویم. این موضوع به سبب وجود موارد زیر در تولید فولاد سبز است:

نیاز به استفاده از دستگاه های مخصوص و کمیاب در جهت حمل، ذخیره و استفاده از هیدروژن
مشکلاتی که در برنامه ریزی و اجرا خواهد بود
اعمال تغییرات از کوره های بلند به قوس الکتریکی
بیشتر بودن مقیاس فولاد سبز به سبب استفاده از هیدروژن سبز یا آبی

حتما بخوانید:ورق روغنی چیست؟

کاربرد فولاد سبز

امروزه استفاده از محصولات فولادی از نظر مقاطع و ورق های مسطح بسیار حائز اهمیت است. این فلزات نقش مهمی را در ساخت تجهیزات بسیاری از صنایع و حتی راه اندازی آن ها ایفا می کنند. حال تصور کنید اگر تولیدات فولاد که روز به روز بیشتر می شود، آلودگی های بیشتری ایجاد کند، چه مشکلاتی از نظر محیط زیست، سلامتی انسان و ... به وجود خواهد آمد.

کاربرد فولاد سبز به عنوان بهترین فرآیند مدرنیته امروزی در ساخت محصولات فولادی و در نتیجه برطرف کردن مشکلات آلودگی، کاهش انتشار کربن، کاهش انتشار گاز های گلخانه ای، کاهش استفاده از انرژی های تجدید ناپذیر و ... خواهد شد. از این رو انواع ورق های فولادی گرم، سرد، پوششی و موج دار، مقاطع فولادی نظیر میلگرد، تیراهن، نبشی و ... به وسیله این فرآیند با بهترین کیفیت ساخته خواهند شد.

تفاوت فولاد سبز با سنتی

در واقع تفاوت فولاد سبز و سنتی به میزان آلودگی های آن ها باز می گردد. مهم ترین شعار تولید کنندگان فولاد سبز، حفظ هوای پاک بدون استفاده از سوخت های فسیلی در تولید مقاطع فولادی است. کارخانه های فولادی سهم بزرگی از انتشار گازهای گلخانه ای را به خود اختصاص داده اند.

محصول نهایی هر دو روش یکسان هستند، اما روند تولید و دستگاه های هر کدام با یک دیگر تفاوت دارد. فولاد سبز با استفاده از کوره های برق یا هیدروژن تولید می شود و انتشار کربن در آن نزدیک به صفر است؛ در صورتی که فرآیند تولید فولاد سنتی در کوره های زغال سنگ و همراه با انتشار کربن و گاز های گلخانه ای انجام می گیرد.

از دیگر تفاوت های این دو روش قیمت نهایی فلزات تولیدی از آن ها است. به طور مثال یکی از نخستین ورق های فولادی که از این فرآیند ها به وجود می آید، ورق سیاه یا گرم است که نرخ آن در مقایسه با ویژگی هایی که دارد، مقرون به صرفه می باشد.

حال اگر به روش فولاد سبز در کشور تولید شود، با افزایش قیمت ورق سیاه و در نتیجه کاهش تقاضا مواجه می شویم. ورق های سیاه یکی از پرکاربرد ترین ورق های فولادی در صنایع عظیم و صنعتی به شمار می آیند که با داشتن گریدهای مختلف علاوه بر به کارگیری در صنایع، در تولید سایر محصولات ورق های اسیدشویی و سرد نیز به کار برده می شوند.

با این وجود در حال حاضر یکی از پر اهمیت ترین احتیاجات جهانی، تولید فولاد با استفاده از روش های جدیدتر و با آلودگی کمتر است؛ زیرا آلاینده‌ های تولید شده در صنایع فولادسازی، زندگی انسان ‌ها و موجودات زنده دیگر را به خطر می‌ اندازند.

بزرگترین تولیدکنندگان فولاد سبز در جهان

برخی از بزرگترین فولادسازان جهان گام هایی برای تولید فولاد سبز برداشته اند تا بتواند در چند دهه آینده از مصرف سوخت های فسیلی دست بکشند. در حال حاضر پروژه تولید فولاد سبز در شمال سوئد نزدیک به دایره قطب شمال در حال اجرا بوده و در آن به جای زغال سنگ از هیدروژن سبز استفاده می کنند. سایر استفاده کنندگان نیز از این فرآیند به شرح زیر هستند:

شرکت سوئدی SSAB AB که به کمک هیدروژن سبز در سال 2019 اولین فولاد را بدون سوخت فسیلی تولید می کرد. نتیجه حاصل از آن را گروه Volvo خریداری کرد تا برای تولید کامیون از آن استفاده کند.
آرسلور میتال از هیدروژن سبز استفاده می کند و در حال راه اندازی سایت تولید فولاد در اسپانیا و تا سال 2025 است.
گروه ریو تینتو (Rio Tinto) بزرگترین تولیدکننده سنگ آهن یک پروژه پایلوت با سطح آلایندگی کم را آغاز کرده که در آن از بیومس (Biomass) به جای کک برای تولید فولاد استفاده می کند.
فولاد بائو چین (China Baowu Steel Group Corp.) که بزرگترین فولادساز جهان است، تا سال 2050 به وضعیت کربن خنثی می رسد.

آینده فولاد سبز در جهان

امروزه استفاده از فولاد سبز برای نجات آینده فولاد در جهان از ضرورت بسیار زیادی برخوردار است؛ زیرا فولاد در حال حاضر به تنهایی در حدود 8 درصد از دی اکسید کربن جهان را منتشر می کند. این موضوع نیز به کوره های بلند زغال سنگ و سوزاندن این ماده در آن ها بر می گردد که کثیف ترین فرآیند به شمار می آید.

استفاده از فولاد سبز سبب می شود تا به جای این کوره ها، کوره های قوس الکتریکی جایگزین شوند و تغییرات این موضوع به همراه هزینه هایی دارد، بسیار بالا می باشد. کوره های برقی و هیدروژنی که از هیدروژن آبی یا سبز استفاده می کنند، سبب شده تا این آلودگی ها بسیار کم شود و تمیز شدن آب و هوا را به همراه کاهش سرعت بالا رفتن دمای کره زمین در پی داشته باشد. از این رو پیش بینی می شود در آینده فولاد سبز به سبب فشارهای سیاسی و محیط زیستی رشد کرده و مالیات کربن و افزایش مقررات زیست محیطی این موضوع را ترتیب دهند.

تغییرات مثبتی نیز در این زمینه اعمال می شود؛ زیرا به کارگیری فولاد سبز سبب افزایش تقاضا برای برق سبز و منابع انرژی های تجدید پذیر خواهد شد و همین موضوع به توسعه انرژی پایدار و کاهش انتشار گازهای گلخانه ای کمک می کند.

حتما بخوانید:روش های کاهش مصرف انرژی کارخانجات فولادی

جمع بندی

در نهایت امروزه صنعت فولاد به همراه فرآیند های تولید آن همواره نیاز به توسعه در جهت کاهش آسیب های زیست محیطی دارد. استفاده از فولاد سبز یکی بهترین راه ها برای کاهش آسیب های زیست محیطی و کاهش انتشار گازهای گلخانه ای است. سایر مزیت های فولاد سبز که در مطلب به صورت کامل توضیح داده شدند نیز شامل جذب و ذخیره سازی کربن، استفاده از انرژی های تجدید پذیر مانند انرژی باد، خورشید، زمین گرمایی و آبی، استفاده بیشتر از هیدروژن و در نتیجه کاهش انتشار گاز کربن دی اکسید و در نهایت قابلیت بازیافت و بازیابی بهتر هستند.

هر کدام از این مزیت ها به تنهایی کمک شایانی به حفظ محیط زیست و تمامی عوامل آن می کنند. در ایران فولاد سبز به علت معایبی که در مبحث هزینه های بالا و دستگاه های بسیار پیشرفته دارد، هنوز جا نیفتاده است، اما به دلیل استفاده از فناوری احیا مستقیم و گاز طبیعی در فرآیندهای فراوری سنگ آهن و تولید فولاد مذاب، میزان تولید گاز کربنیک نسبت به کک بسیار پایین تر است.