نیروگاه‌های هیدروژن سبز در کنار کارخانه‌های فولاد سبز برای افزایش کارایی

26 مه 2023توسط Changlong Wang و همکاران – اعتبار: Shutterstock

مسابقه برای رسیدن به صفر خالص کربن در حال شتاب گرفتن است. همین هفته های گذشته، جو بایدن، رئیس‌جمهور ایالات متحده و آنتونی آلبانیز، نخست‌وزیر استرالیا، از پیمان آب و هوایی برای تقویت همکاری‌ها رونمایی کردند. این حرکت نشان می‌دهد استرالیا در حال تبدیل شدن به یک رهبر جهانی در عرضه انرژی‌های تجدیدپذیر و تامین مواد معدنی حیاتی است.

ذخایر غنی سنگ آهن استرالیا و انرژی خورشیدی ارزان، راه دیگری را برای ما ارائه می دهد. اگر کارخانه‌های هیدروژن سبز را در نزدیکی تأسیسات فولاد سبز قرار دهیم، می‌توانیم صنعت فولاد بسیار آلاینده را از سوخت‌های فسیلی دور کنیم.

تحقیقات جدید ما نشان می‌دهد که قرار دادن کارخانه ها در مکان‌های غنی از خورشید و آهن مانند پیلبارای استرالیای غربی و شبه‌جزیره ایر استرالیای جنوبی می‌تواند به غلبه بر “مشکل اولین محرک” هیدروژن سبز کمک کند: شما نمی‌توانید صنعت هیدروژن را بدون خریدار داشته باشید.

چگونه کار می کند؟

 از انرژی خورشیدی ارزان برای تبدیل آب به هیدروژن و اکسیژن استفاده می شود. این هیدروژن سبز در فاصله کوتاهی به یک کارخانه فولاد سبز منتقل می شود که از هیدروژن و الکتریسیته برای تولید آهن از سنگ معدن استفاده می کند و سپس از کوره قوس الکتریکی برای ذوب فولاد استفاده می کند.

از آنجایی که ما با راه هایی برای کربن زدایی بخش فولاد دست و پنجه نرم می کنیم که 8 درصد انرژی جهان را مصرف می کند و 7 درصد از کل انتشار کربن مربوط به انرژی را تولید می کند، باید فوراً به دنبال فرصت هایی مانند این باشیم. به عنوان یک امتیاز، انرژی ارزان از خورشید و باد می تواند آهن و فولاد استرالیایی را در سطح جهانی رقابتی تر کند.

چرا استرالیا اینقدر موقعیت خوبی دارد؟

ما بزرگترین صادرکننده سنگ آهن در جهان هستیم. در زیر خاک قرمز ما حدود 56 میلیارد تن سنگ آهن تا سال 2021 نهفته است. درآمد صادراتی به 133 میلیارد دلار استرالیا در 2021-2022 رسید. ما همچنین با صادرات 72 میلیارد دلاری زغال سنگ متالورژیکی، از روش تولید فولاد با انتشار گازهای گلخانه ای فعلی سود می بریم.

پتانسیل استرالیا به عنوان یک تامین کننده هیدروژن سبز اغلب ترویج می شود. بودجه فدرال امسال 2 میلیارد دلار برای کمک به تحقق آن اختصاص داده است. اما فاصله ما از سایر نقاط جهان خطوط لوله را بسیار گران می کند و حمل و نقل هیدروژن دشوار است.

یک راه حل استفاده از آن در اینجا است. هیدروژن سبز می تواند تولید بیشتر آهن و فولاد را در خشکی امکان پذیر کند.

اگر سایر کشورها این کار را انجام دهند، فولادسازی پاک تغییرات عمده ای در صادرات سنگ آهن ما ایجاد خواهد کرد. به طور سنتی، 96 درصد از صادرات ما رایج ترین نوع سنگ معدن، هماتیت است. اما این در حال حاضر برای فولادسازی سبز مناسب نیست.در مقابل، سنگ معدن مگنتیت تنها 4 درصد از صادرات را به خود اختصاص می دهد، اما می توان از آن در فولادسازی سبز بر پایه هیدروژن استفاده کرد.

استرالیا دارای ذخایر عظیم سنگ معدن مگنتیت است که قبلاً تقاضای زیادی برای آن وجود نداشت. اما این کانه ها در شرایط اقتصادی مناسب ارزشمند خواهند شد.یک همبستگی قوی بین هاب های هیدروژنی بالقوه و عملیات فعلی و آینده سنگ آهن وجود دارد.

و در حالی که می‌توانیم مشکل کربن فولاد را با بازیافت بسیار بهتر این ماده ارزشمند حل کنیم، به دلیل مشکلات مربوط به تبدیل ضایعات به فولاد قابل استفاده مجدد و حذف آلاینده‌ها، همچنان به فولاد جدید معادل حدود 50 درصد از نرخ فعلی تولید در سال 2050 نیاز داریم. .

مراکز عمده سنگ آهن در پیلبارا و شبه جزیره ایر در حال حاضر دارای بنادر، نیروی کار و زیرساخت های دیگر هستند. این باعث می شود که آنها اولین انتخاب منطقی برای قرار دادن همزمان خورشید، باد و هیدروژن با آهن و فولاد باشند.

ما مدل‌سازی کردیم که اگر این سایت‌ها نیروی بادی و خورشیدی را برای تولید هیدروژن گسترش دهند، چه اتفاقی می‌افتد و متوجه شدیم که هزینه فولاد سبز می‌تواند به طور قابل‌توجهی به حدود 900 دلار در هر تن تا سال 2030 و 750 دلار در هر تن تا سال 2050 کاهش یابد.

استرالیا با صادرات آهن و فولاد سبز می‌تواند ارزش تجاری را افزایش دهد، انتشارات گلخانه‌ای جهانی را کاهش دهد و صادرات ما را با تلاش‌های جهانی کربن‌زدایی مرتبط کند. فولاد با توجه به اینکه برای تولید انرژی خورشیدی و بادی بسیار حیاتی است، اهمیت بیشتری پیدا خواهد کرد.

مدل سازی اخیر ما مزایای کلیدی را در پیوند هاب های هیدروژن و عملیات سنگ آهن در آینده پیدا کرده است.

اول، از مشکل انتقال هیدروژن جلوگیری می کند، که به خصوص به شکل مایع، می تواند گران و انرژی بر حمل و نقل باشد.

و دوم، قرار دادن همزمان هیدروژن سبز باعث رونق فوری این صنعت می شود. در حال حاضر، هیدروژن سبز در مراحل اولیه قبل از افزایش مقیاس است و دانش هزینه ها را کاهش می دهد.

برای رقابت با زغال سنگ کک، هیدروژن سبز باید ارزان تر شود. بخشی از این امر ناشی از کاهش قیمت انرژی های تجدیدپذیر، الکترولیزهای بهتر برای تولید هیدروژن و قیمت کربن است. اما بخشی از آن محل تولید هیدروژن خواهد بود که بتوان از آن استفاده کرد.

انتخاب سایت مهمترین نکته است. در حالی که دسترسی به زیرساخت و سنگ معدن ارزان مهم است، هزینه فولاد سبز تا حد زیادی به هیدروژن ارزان قیمت و انرژی های تجدید پذیر ارزان بستگی دارد.

دولت های ایالتی و فدرال استرالیا از هیدروژن به عنوان صنعت آینده حمایت می کنند. برای رفتن و

برای رسیدن به واقعیت به مشوق های سیاستی، وام های کم بهره، بودجه تحقیق و توسعه و سرمایه گذاری در زیرساخت ها نیاز است.سیاست‌های تقویت انرژی‌های تجدیدپذیر و توسعه اقتصاد هیدروژنی، محیط مساعدتری را برای تولید فولاد سبز ایجاد می‌کند.

اگر ما ثروت خورشیدی، هیدروژن و سنگ آهن خود را ترکیب کنیم، می توانیم به سبز شدن تولید جهانی فولاد کمک کنیم و همچنین شرایط را برای صنعت صادرات هیدروژن سبز ایجاد کنیم.