انجمن جهانی فولاد؛ منظور ما وقتی از فولاد کم کربن صحبت می‌کنیم، چیست؟

اندرو پورویسمدیر ایمنی ، محیط زیست و فناوری ، worldsteel12 آوریل 2021

نیکلاس والترز مدیر ، ارتباطات و سیاست های عمومی ، worldsteel12 آوریل 2021

تاریخ صنعت ما از بسیاری جهات نشان دهنده جوامعی است که در آن فعالیت می‌کنیم و از زمان انقلاب صنعتی، تولید آهن و فولاد از طریق زغال سنگ تأمین می‌شود.

این وضعیت، در حال تغییر است و صنعت فولاد، مانند سایر عناصر جامعه، در حال تحول است تا در آینده از تولید گازهای دی اکسید کربن و سایر گازهای گلخانه‌ای در تولید محصولات و خدمات کاهش دهد. زبان مرتبط با این تغییر هنوز در حال توسعه است و در نتیجه، طیف گسترده‌ای از عبارات توسط ذی‌نفعان مختلف استفاده می‌شود. این عبارات غالباً به جای یکدیگر استفاده می‌شوند اما گاهی اوقات می‌توانند معنای کاملاً متفاوتی داشته باشند. چه چیزی باید از کاربردهای متنوع و فزاینده عبارت فولاد سبز برداشت کنیم؟ از نظر برخی، این یک اصطلاح بازاریابی است که هیچ تعریف و مرزی ندارد. در سوی دیگر، برخی معتقدند این اصطلاحی است که نیاز به صدور گواهینامه دارد و گستره کل حوزه پایداری را پوشش می‌دهد.

و مشکل فقط در فولاد سبز نیست. فولاد سبز فولاد پاک شماست یا فولاد کربن صفر؟ و کجا مرزهای بین فولاد خالص صفر، فولاد کربن صفر و فولاد کم کربن تعیین شده است؟

در worldsteel، ما برخی تعاریف را ارائه می‌دهیم که هنگام صحبت در مورد این مباحث، منظور ما را شفاف می‌کند. صنعت و اعضای ما در حال کار برای توسعه و راه‌اندازی خانواده جدیدی از محصولات فولادی هستند که با بار کربن بسیار کمتری نسبت به گذشته تولید شده‌اند. این فولاد کم کربن با استفاده از فن آوری‌ها و روش‌هایی تولید می‌شود که منجر به انتشار میزان انتشار به میزان قابل توجهی کمتر از تولید معمولی می‌شود.

هنوز در سال 2021 بیشتر فولاد با استفاده از احیاکننده‌های مبتنی بر سوخت فسیلی تولید می‌شود. با این حال، بسیاری از فولادسازان فن آوری‌هایی را به کار گرفته‌اند که به میزان قابل توجهی میزان انتشار را کاهش می‌دهد. مثال‌ها عبارتند از:

    Aço Verde do Brasil از 100٪ ذغال برای تولید محصولات فولادی و آهن با کربن کم استفاده می‌کند.

    ArcelorMittal در حال ساخت تاسیساتی در مقیاس بزرگ در گنت، بلژیک برای تبدیل گازهای زائد کارخانه‌های فولادی به اتانول است که می‌تواند در طیف وسیعی از برنامه‌ها از جمله تولید سوخت‌های مصنوعی مورد استفاده قرار گیرد. یک مرکز تجاری مشابه با تولید 30 میلیون لیتر اتانول برای فروش در سال اول بهره‌برداری، در سال 2018 در Shougang Steel در چین شروع به کار کرد.

    فولاد امارات در امارات متحده عربی قبل از تزریق به یک میدان نفتی بالغ برای ذخیره سازی دائمی، بیش از 800kt CO2 در سال از جریان گاز غنی از CO2 از کارخانه آهن سازی گرفته می‌شود.

    فولاد Rocky Mountain EVRAZ در کلرادو در حال انتقال از زغال سنگ به خورشیدی است. نیروگاه EVRAZ بزرگترین نیروگاه خورشیدی در کشور است که به یک مشتری اختصاص یافته است.

    HBIS، یکی از پیشروترین تولیدکنندگان فولاد چینی، در حال ساخت یک پروژه نمایشی متالورژی هیدروژن با ظرفیت 1.2 مگابایت است. این پروژه با استفاده از فن آوری‌های هیدروژن سبز و آبی به بررسی مسیر صفر انتشار CO2 از فرآیند ساخت آهن و فولاد می‌پردازد.

    میکرو آسیاب Nucor در Sedalia، میسوری، اولین کارخانه فولاد ایالات متحده است که با انرژی باد کار می‌کند. این کارخانه مشارکتی بین شرکت فولاد و شرکت محلی است که پس از توافق خرید برق بین شرکت‌ها نیروگاه را تأمین می‌کند.

    Tata Steel در حال توسعه فناوری ابتکاری جدید ذوب از طریق پروژه HIsarna خود است. فناوری HIsarna می‌تواند بدون کک، یا تاسیسات تجمع آهن تولید کند و یک جریان گاز زباله غنی از CO2 ایجاد کند که به طور ایده آل برای CCS مناسب است.

    thyssenkrupp Steel و Nippon Steel Corporation یک سری آزمایشات را برای استفاده از هیدروژن، با هدف کاهش قابل توجهی انتشار CO2 ناشی از ساخت فولاد در یک کوره بلند آغاز کرده‌اند.

فولاد تولید شده با استفاده از تمام این فن آوری‌ها می‌تواند به عنوان فولاد کم کربن در نظر گرفته شود، اگرچه به احتمال زیاد آن‌چه که در حال حاضر فولاد کم کربن محسوب می‌شود ممکن است تا سال 2050 با تنظیم مقررات، انتظارات و فن‌آوری‌های جامعه کاملاً تغییر کرده باشد.

بسیاری از اصطلاحات دیگر در صنعت ما و ذی‌نفعان برای اشاره به فولاد تولید شده با استفاده از این فن‌آوری‌های تولید نسل بعدی استفاده می‌شود.

worldsteel فولاد کم کربن را ترجیح می‌دهد و از آن استفاده می‌کند، مانند برق کم کربن، ما احساس می‌کنیم درک آن بصورت شهودی آسان‌تر است و معنی آن روشن است.

طرف‌های مختلف از فولاد سبز استفاده کرده و تفسیر می‌کنند که معنای متفاوتی دارد، غالباً در چارچوب بازاریابی محصولات جدید با آگاهی از محیط زیست است. این برای اشاره به فولاد تولید‌شده با استفاده از فناوری پیشرفته، فولاد تولید شده از قراضه، فولاد مورد استفاده مجدد و دوباره تولید شده و فولاد معمولی از طریق بازنشستگی واحدهای کربن یا کمک هزینه‌ها استفاده شده است. با توجه به این عدم وجود شفافیت و تنوع ذاتی فولاد سبز عبارتی نیست که جهان استفاده می‌کند.

برای اینکه کربن آن کاملاً صفر باشد، فولاد باید تولید شود و هیچ گونه انتشار CO2 وجود نداشته باشد. رسیدن به این سطح  و تصور یک فناوری تولید که بتواند در سال 2021 به این هدف دست یابد دشوار است.

ممکن است بسیاری به سمت این حرکت کنند، اما صفر مطلق مشکل است و احتمالاً بدون استفاده از روش جبران برای انتشار کربن باقی‌مانده غیرقابل تحقق است. این انتشارات باقی‌مانده ممکن است از طریق استفاده از الکترودهای کربن دار یا استفاده از گاز طبیعی در فرآیندهای مرتبط، در زنجیره تامین ایجاد شود.

در نهایت فولاد باید حاوی مقداری کربن باشد، زیرا همین امر باعث تمایز آن از آهن خالص می‌شود. گرچه این کربن آلیاژی ضروری می‌تواند از منابع غیرفسیلی تأمین شود، اما وجود آن باعث می‌شود فولاد کربن صفر چیزی نادرست باشد.

اگر با این وجود می‌توان تعادل بین گازهای گلخانه‌ای وارد شده در جو را هنگام تولید فولاد و انتشار گازهایی که در اتمسفر خارج می‌شود، به دست آورد‌، می‌توان از فولاد حاصل به عنوان فولاد خالص صفر یا خنثی از کربن نام برد.

تولید فولاد خالص صفر ممکن است برای دستیابی به خنثی بودن واقعی به جبران خسارات در بخش‌های دیگر نیاز داشته باشد و مهم این است که اگر ادعاهای خنثی سازی کربن مطرح شود، تولیدکنندگان درباره مرزها، روش‌های ممیزی آن‌ها و کیفیت و اعتبار هرگونه جبران خسارات استفاده‌شده شفاف باشند.

چند شرکت فولادی شروع به بازاریابی فولاد بدون فسیل کرده‌اند. فولاد عاری از فسیل، فولادی است که بدون استفاده از سوخت‌های فسیلی مانند زغال سنگ یا گاز طبیعی و همچنین هیچ انرژی حاصل از سوخت فسیلی تولید می‌شود.

تمام فولادهای فسیلی کم کربن خواهند بود، اما نمی‌توان تمام فولادهای کم کربن را فسیلی توصیف کرد. به عنوان مثال، فولاد کم کربن تولید شده در تأسیساتی که از جذب و ذخیره کربن استفاده می‌کند (CCS) هنوز هم می‌تواند از گاز طبیعی یا زغال سنگ استفاده کند، اما از انتشار CO2 به جو جلوگیری می‌کند. اگر زیست توده نقشی داشته باشد، اطمینان از اینکه با مسئولیت پذیری از منبع آن تهیه شده است، مهم خواهد بود.

فولاد پاک یک اصطلاح فنی است که در بخش فولاد برای اشاره به فولادهایی حاوی سطوح کم ناخالصی، اکسیدها، ترکیبات یا سطح کم یا فوق العاده کم کربن محلول در فلز استفاده می‌شود. این عبارت معمولاً مورد استفاده قرار می‌گیرد، از جمله توسط worldsteel در «مطالعه روی فولاد پاک» 2004، معنی خاصی دارد. از آن‌جا که در چنین جهانی در زمینه تغییر آب و هوا به فولاد پاک اشاره نمی‌کند.

بدون کربن نیز در ارتباط با فولاد بیان دشواری است، به هر حال، فولاد بدون کربن آهن است و محتوای کربن فولاد دقیقاً کنترل می‌شود تا به خواص مورد نیاز در یک گروه خاص برسد. برای تبدیل آهن به فولاد از طریق فرآیند تصفیه، باید کربن به آهن کاهش یافته هیدروژن اضافه شود.

گفتگوی تغییر اقلیم اغلب از نظر نیاز به کربن زدایی از جامعه انجام می‌شود. worldsteel به طور کلی از این عبارت برای اشاره به تولید فولاد استفاده نمی‌کند، زیرا این انتشارات حاصل از تولید فولاد است که باید عاری از GHGs / CO2 باشد، نه خود فرآیند.

بسیاری از فناوری‌های امیدوار کننده موفق هنوز از کربن به عنوان یک عامل کاهش دهنده شیمیایی استفاده می‌کنند اما از انتشار گازهای گلخانه‌ای مضر در جو جلوگیری می‌کنند. بنابراین، در حالی که انتشار گازهای گلخانه‌ای از صنعت ما در نهایت کربن زدایی می‌شود، ممکن است فرایند آهن‌سازی به این صورت نباشد.

فناوری دستیابی به موفقیت، فولاد کم کربن را به روشی کاملا متفاوت با کوره بلند، فناوری DRI یا EAF تولید می‌کند. نمونه‌هایی از فناوری دستیابی به موفقیت در حال توسعه عبارتند از: کاهش هیدروژن، استفاده از CCS، الکترولیز سنگ آهن، مجموعه فن‌آوری‌های استفاده و ذخیره سازی جذب کربن (CCUS) و فرآیندهای جدید کاهش ذوب.

هیدروژن یک بردار اصلی است که اجازه می‌دهد میزان انتشار گازهای گلخانه‌ای از بخش آهن و فولاد به طور قابل توجهی کاهش یابد و بسیاری از اعضای worldsteel در حال بررسی این گزینه فناوری هستند. به هیدروژن اغلب بسته به اعتبار کمی کربن، یک رنگ نسبت داده می‌شود.

وقتی worldsteel در مورد هیدروژن کم کربن صحبت می‌کند، منظور ما این است:

• هیدروژن سبز از طریق الکترولیز آب تولید می‌شود و از طریق برق تجدیدپذیر تأمین می‌شود.
• هیدروژن آبی از طریق فرآیند اصلاح متان بخار همراه با CCS از گاز طبیعی ساخته می‌شود.
• هیدروژن همچنین می‌تواند با استفاده از الکترولیز با استفاده از منابع دیگر برق کم کربن مانند هسته‌ای یا CCS تولید شود. ما همچنین این را فولاد کم کربن می‌دانیم.

هیدروژن فسیلی از سوخت‌های فسیلی ساخته می‌شود، به طور عمده:

• هیدروژن خاکستری از طریق فرآیند اصلاح متان بخار و بدون CCS از گاز طبیعی ساخته می‌شود بنابراین CO2 به جو منتقل می‌شود.
• هیدروژن قهوه‌ای یا سیاه از طریق گازدهی زغال سنگ تولید می‌شود و منجر به انتشار قابل توجهی بالاتر از سایر رنگ‌ها می‌شود.

با هدف بهبود بهره‌وری تولید فولاد در حال حاضر، برای حمایت از اعضای ما در کار با سایت‌های خود در سطح عملکرد متناسب با کارآمدترین سایت‌های جهان. تنظیم یک برنامه انتقالی است و نباید به عنوان ارائه راه حلی برای چالش‌های تغییر اقلیم صنعت فولاد تلقی شود.