ممکن است تا به حال نام فولاد سبز را زیاد شنیده باشید. با این وجود بهتر است بدانید امروزه استفاده از فولاد سبز یا Green Steel از جایگاه به خصوصی در صنایع مختلف برخوردار است. در واقع فولاد سبز نوعی فرآیند است که با نام های فولاد پایدار و فولاد کم کربن نیز شناخته می شود، نوعی فرآیند برای تولید فولاد است که در آن اثرات زیست محیطی حاصل از این روند، مانند انتشار گاز کربن در هوا کاهش می یابد و به حداقل می رسد.

فرآیند تولید سنتی فولاد مربوط به 2 هزار سال قبل و استفاده از ذغال سنگ و کک تحت عنوان مبنع انرژی و کربن برای احیا سنگ آهن می باشد. تولید فولاد به روش سنتی سبب انتشار گازهای گلخانه ای و قابل توجهی مانند دی اکسید کربن (CO2) می شود. با این وجود می توان گفت 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 موارد 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.

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 و چگونه تولید می 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.

تفاوت فولاد سبز با فولاد 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.

در حال حاضر بسیاری از کشورهای توسعه یافته از فرآیند فولاد سبز استفاده می کنند که از طریق روش الکترولیز و آب و برق انجام می گیرد. از مزیت های این روش می توان به استفاده از انرژی های تجدیدپذیر، قابلیت بازیافت، کاهش آلاینده ‌های زیست محیطی، استفاده از هیدروژن سبز، کاهش انتشارات جوی و گازهای گلخانه ‌ای اشاره کرد.

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 ورق های فولادی که از این فرآیند ها به وجود می آید، ورق سرد یا روغنی 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 روغنی و در نتیجه کاهش تقاضا مواجه می شویم. ورق های روغنی یکی از پرکاربرد ترین ورق های فولادی در صنایع سبک و کوچک به شمار می آیند که با داشتن گریدهای مختلف علاوه بر به کارگیری در صنایع، در تولید سایر محصولات مانند فولاد گالوانیزه و پوشش دار نیز به کار برده می شوند.

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.

حتما بخوانید:ورق روغنی چیست؟

چه کسانی بر روی تولید فولاد سبز کار می کنند؟

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:

  • 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.

فرآیند فولاد سبز چگونه انجام می شود؟

استاندارد ترین روش برای تولید فولادهای سبز، احیای مستقیم سنگ‌آهن 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.

کاربرد فولاد سبز

از این فرآیند برای تولید انواع مقاطع فولادی مانند ورق، میلگرد، تیرآهن، لوله، نبشی، ناودانی، بدنه و موتور خودرو، خطوط لوله دریایی و ... استفاده می شود.

مزایا و فواید استفاده از فولاد سبز

مزیت های استفاده از فولاد سبز شامل موارد زیر است:

  • کربن زدایی از صنعت فولاد و در نهایت حذف آن
  • کاهش و حذف تولید گازهای گلخانه‌ ای که در نهایت باعث کاهش آلودگی محیطی می گردد
  • جایگزینی هیدروژن به جای کربن که موجب تولید O2 می ‌شود
  • جایگزین انرژی ‌های تجدیدپذیر به جای تجدیدناپذیر
  • حذف کامل هزینه تهیه و استفاده از فیلترهای تصفیه کننده هوا در شهرک ‌های صنعتی
  • حذف روش‌ های سنتی تولید فولاد، یعنی گرم کردن سنگ ‌آهن در کوره ‌های بلند که سبب ایجاد دمای بالا می شود.

مشکلات استفاده از فرآیند 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 تولید ورق سیاه که نخستین ورق فولادی 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 سیاه مواجه می شویم. سایر مشکلات استفاده از این روش شامل موارد زیر است:

  • مشکلات برنامه ریزی، اجرا و همکاری در یک دولت با صنعت فولاد
  • حمل، ذخیره و استفاده از هیدروژن به دستگاه مخصوصی نیاز دارد که تنها در برخی کشورهای جهان تولید می شوند
  • عوامل اقتصادی، عملیاتی، دانش و فناوری، تیم پشتیبان، آمادگی دولت، سرمایه گذاری و تولید دستگاه
  • افزایش هزینه ها
  • تغییر از کوره‌ های بلند سنتی به کوره ‌های قوس الکتریکی «سخت» بوده و به شکل قابل ‌توجهی مانع اهداف کربن ‌زدایی می گردد.
  • افزایش مقیاس این فناوری به مقادیر زیادی هیدروژن سبز یا آبی نیاز دارد.