همه چیز درباره فولاد سبز
همه چیز درباره فولاد سبز
فولاد سبز یا Green Steel یکی از تازه‌ترین نوآوری های صنعت تولید فولاد است. در واقع واژه سبز در کنار فولاد به معنای رنگ آن نیست؛ بلکه منظور تولید فولادی است که از نظر محیط زیستی اثر مخرب کمتری داشته باشد. بر اساس چشم انداز 2050 و 2060 نشست پاریس در سال 2015، کشورهای صنعتی بزرگ جهان ملزم شده‌اند تا تولید گازهای گلخانه‌ای خود را کاهش و در بعضی موارد به صفر برسانند.
صنعت فولاد یکی از بزرگترین منابع ایجاد این آلاینده‌ها خصوصا گاز کربن دی اکسید است. در این مقاله بررسی خواهیم کرد که فولاد سبز چیست و چرا راهی مطمئن برای رسیدن به این اهداف خواهد بود. پس با ما در بنیان فولاد همراه باشید.
فولاد سبز چیست
فولاد سبز یا فولاد تجدیدپذیر که در انگلیسی Green Steel نامیده می‌شود، نوعی فولاد است که بدون استفاده از سوخت‌های فسیلی رایج و بوسیله انرژی‌های تجدیدپذیر ساخته می‌شود. فرآیند ساخت فولاد سبز، بدون تولید دی‌اکسید کربن و یا با کمترین تولید آن همراه است که منجر به تولید حداقلی گازهای گلخانه‌ای خواهد بود.
فولاد سبز به عنوان یک راه حل برای کاهش آلایندگی و گرمایش جهانی مطرح شده است، زیرا صنعت فولادسازی یکی از بزرگترین منابع تخلیه دی‌اکسید کربن به جو است. برای درک بهتر حجم بالای آلایندگی صنعت فولاد، باید بدانید که بر اساس برخی تخمین ها 7 درصد و برخی دیگر 11 درصد کل دی اکسید کربن تولید شده بر اثر فعالیت‌های انسانی، بر اثر فرآیندهای سنتی تولید فولاد بوجود می‌آید. برای تولید هر تن فولاد، حدود 1.8 تن دی‌اکسید کربن تولید می‌شود و از این رو، تولید فولاد سبز یاGreen Steel می‌تواند به کاهش قابل توجه اثرات زیست‌محیطی صنعت فولادسازی منجر شود.
انواع فولاد سبز
فولاد سبز را می‌توان به لحاظ فرآیند ساختن آن به دو دسته اصلی تقسیم کرد: فولاد سبز الکتروشیمیایی و فولاد سبز هیدروژن. در هر دو روش با استفاده از انرژی تجدیدپذیر، آهن را از سنگ آهن جدا کرده و به فولاد تبدیل می‌کنند. در ادامه به طور مفصل‌تر به نحوه انجام هر یک از این فرآیندها خواهیم پرداخت.
فولاد سبز الکتروشیمیایی
در این روش، برای ساخت فولاد سبز الکتروشیمیایی، با استفاده از جریان الکتریکی آهن را از سنگ آهن جدا می‌کنند. برای انجام این کار سنگ آهن به صورت محلول یا پودر در آب قرار می‌گیرد و به الکترودهای مثبت و منفی موجود در آب متصل می‌شود. وقتی جریان الکتریکی از درون محلول موجود عبور می‌کند، آهن به الکترود منفی جذب می‌شود و اکسیژن به الکترود مثبت. بنابراین فقط آهن خالص باقی می‌ماند. سپس می‌توان آهن خالص را با کربن ترکیب کرد و فولاد بدست آورد؛ و یا حتی با دیگر عناصر مخلوط نمود و فولاد آلیاژی بدست آورد.
این روش نسبت به روش سنتی کوره بلند، تولید دی‌اکسید کربن بسیار کمتری دارد، زیرا از هیچ سوخت فسیلی استفاده نشده و در نتیجه هیچ گاز گلخانه‌ای در فرآیند تولید نمی‌شود. البته میزان آلایندگی این فرآیند بستگی به منبع انرژی الکتریکی دارد که چقدر سبز باشد. به این معنی که در تولید انرژی الکتریکی لازم برای تولید این فولاد چه میزان سوخت فسیلی استفاده شده است. اگر در تولید برق لازم از انرژی تجدیدپذیر استفاده شود، می‌توان از فولاد سبز الکتروشیمیایی به عنوان یک روش پایدار و پاک بهره برد.
فولاد سبز هیدروژن
دومین روش تولید فلاد سبز، فولاد سبز هیدروژن است. این نوع فولاد سبز با استفاده از هیدروژن به عنوان عامل کاهنده، آهن را از سنگ آهن جدا می‌کند. در این فرآیند، ابتدا سنگ آهن به صورت کلوخه یا پودر در کوره قرار می‌گیرد و سپس با هیدروژن گرم شده واکنش می‌دهد. در نتیجه این واکنش، محصول بدست آمده آهن خالص و آب خواهد بود. بعد از جداسازی آب، آهن خالص می‌تواند با کربن ترکیب شود و فولاد مورد نظر ساخته شود. همچنین در حین همین فرآیند، می‌توان با ترکیب دیگر عناصر مورد نظر، فولاد آلیاژی با کیفیت بالا تولید کرد.
در این روش هم به دلیل سوخت پاک استفاده شده برای ساخت فولاد، تولید دی اکسید کربن بسیار اندکی نسبت به روش سنتی کوره بلند خواهیم داشت؛ زیرا تنها محصول جانبی این فرآیند آب است که آن را نیز می‌توان بازیافت کرد و مجددا برای تولیدات بعدی استفاده کرد.
البته باید خاطر نشان کرد که میزان سبز بودن این فرآیند هم مانند فولاد سبز الکتروشیمیایی که از برق استفاده می‌کرد، بستگی به منبع هیدروژن دارد که تولید آن چقدر سبز و پاک بوده باشد. در نتیجه اگر هیدروژن با استفاده از الکترولیز آب و با انرژی تجدیدپذیر تولید شود، فولاد سبز هیدروژن به عنوان یک روش پایدار و سبز مورد استفاده قرار خواهد گرفت.
تفاوت فولاد سبز با فولاد سنتی چیست؟
تفاوت فولاد سبز و سنتی را می‌توان از چند جهت بررسی کرد که در ادامه به آن خواهیم پرداخت.
قیمت تمام شده تولید
یکی از بزرگترین چالش‌های حال حاضر تولید فولاد سبز، هزینه تولید بسیار بالای آن است. در بهینه‌ترین شرکت‌های تولیدکننده Green Steel، قیمت پروسه تولید 40 درصد و در بعضی از شرکت‌ها تا 100 درصد از فولاد سنتی بالاتر است. این امر باعث شده کشورهای در حال توسعه و بطور کل فقیرتر، علاقه چندانی به تولید این نوع فولاد نداشته باشند. چرا که نه تنها هزینه برای مجتمع‌های تولید کننده فولاد بالاتر خواهد رفت، بلکه این امر مسلما تاثیر مستقیمی بر قیمت نهایی محصول نیز خواهد داشت که در نهایت مشتری ملزم به پرداخت این افزایش هزینه خواهد بود.
از دیگر عوامل تاثیرگذار در قیمت نهایی تکنولوژی و دانش مورد نیاز برای تولید فولاد سبز است که در حال حاضر در اختیار تعداد معدودی از کشورهاست و دست یافتن به این دانش و پایه گذاری زیرساخت‌های مورد نیاز احتیاج به سرمایه گذاری‌های فراوانی خواهد داشت؛ از آنجا که بخش قابل توجهی از فولاد دنیا در کشورهای در حال توسعه مثل ایران تولید می‌شود، علاقه زیادی به تغییر پرهزینه این رویه وجود ندارد.
کیفیت و خواص محصول نهایی
محصول نهایی تولید شده در فولاد سبز یا Green Steel و فولاد سنتی در واقع از لحاظ خواص فیزیکی و ظاهری فرق خاصی باهم ندارند. تنها فرق این دو در روش تولید آن‌هاست. فولاد سنتی در کوره‌های بلند و یا قوس الکتریکی و با استفاده از سوخت‌های سنتی و فسیلی مثل سوزاندن ذغال سنگ ساخته می‌شود. همانطور که اشاره شد فرآیند سنتی تولید فولاد، مقدار بسیار زیادی آلاینده زیست محیطی تولید می‌کند؛ اما فولاد سبز در تلاش است که میزان این آلاینده‌ها را به حداقل و ترجیجا به صفر برساند.
کاربرد فولاد سبز در برابر فولاد سنتی
از آنجا که خواص و کیفیت این دو فولاد فرق خاصی باهم ندارند، محصولات تولید شده آن دو نیز با هم تفاوتی نخواهند داشت. شمش فولاد سبز را هم می‌توان به شکل مورد نظر در آورد و با آن محصولات مورد نیاز ساختمان سازی مثل تیرآهن، لوله، میلگرد، در و پنجره و ... ساخت و یا برای صنایع مختلفی همچون خودروسازی، کشتی‌سازی، صنایع نظامی، لوازم خانگی و هرآنچه که مورد نیاز است، بهره برد.
مزایای فولاد سبز
بیشترین مزیت تولید فولاد سبز یا Green Steel نسبت به فولاد سنتی، از بعد محیط زیستی آن است. این امر نه تنها از دید تغییرات اقلیمی و گرمایش جهانی، بلکه از نظر سلامت جوامع کشورهای تولید کننده نیز از اهمیت بسزایی برخوردار است. به صورت کلی این مزایا را می‌توان در موارد زیر خلاصه کرد.
کاهش تولید گاز دی‌اکسید کربن
تولید فولاد سبز می‌تواند به کاهش قابل توجه تخلیه دی‌اکسید کربن به جو منجر شود. بر اساس گزارش سازمان ملل، صنعت فولادسازی حدود ۷ درصد از تخلیه دی‌اکسید کربن جهان را تشکیل می‌دهد. بنابراین، جایگزین کردن روش‌های سنتی با روش‌های سبز می‌تواند به کاهش گرمایش جهانی و حفظ منابع طبیعی کمک کند.
افزایش رقابت‌پذیری
تولید فولاد سبز می‌تواند به افزایش رقابت‌پذیری صنعت فولادسازی منجر شود. با توجه به تقاضای رو به افزایش بازار برای محصولات پایدار و پاک، سازندگان فولاد سبز می‌توانند مزیت رقابتی پیدا کنند و بازار خود را گسترش دهند که این امر بویژه در کشورهای توسعه یافته و جهان اول صادق خواهد بود؛ چراکه عمده مصرف کنندگان در این کشورها دغدغه‌های محیط زیستی را جدی می‌گیرند و حاضر به پرداخت هزینه بالاتر برای محصولی پاک‌تر خواهند بود. همچنین تولید فولاد سبز در بلند مدت می‌تواند هزینه‌های عملیاتی و نگهداری را کاهش و بهره‌وری را افزایش دهد.
افزایش امنیت تامین فولاد
تولید فولاد سبز می‌تواند به افزایش امنیت تولید فولاد کشورهای سازنده کمک کند. با استفاده از انرژی تجدیدپذیر و هیدروژن، فولادسازان سبز به مرور از واردات نفت و گاز بی‌نیاز خواهند بود. این امر از این بابت اهمیت ویژه‌ای دارد که کشورهای تولید کننده این نوع فولاد در برابر نوسانات قیمت و تحریم‌های بین‌المللی مقاوم می‌شوند. این امر خصوصا در سال‌های اخیر مصداق پیدا نموده است؛ زیرا تجربه دوران کرونا و جنگ‌های روسیه و اوکراین نشان داد که مسائل ژئوپولیتیک تا چه حد می‌تواند در قیمت نفت و سایر سوخت‌های فسیلی تاثیرگذار باشد.
سلامت فیزیکی ملت‌های تولید کننده
همانطور که مختصرا اشاره شد، بیشترین آسیب تولید آلاینده‌های زیست محیطی در کشورهای تولیدکننده فولاد متوجه مردم این کشورهاست. انواع بیماری‌های پوستی، قلبی، ریوی و طیف گسترده‌ای از بیماری‌ها رابطه مستقیمی با میزان آلاینده موجود در هوای این کشورها دارد. با بررسی هوای کشورهای عمده تولید کننده فولاد سنتی مثل چین و بیماری‌های ایجاد شده، کاملا واضح است که باید بصورت اساسی در نحوه فرآیندهای صنعتی تجدید نظری جدی صورت بگیرد.
چالش‌های فولاد سبز
حال که از مزایای فولاد سبز صحبت شد، بهتر است در مورد چالش‌هایی که این محصول با آن روبروست نیز صحبت کنیم. البته باید توجه کرد که تولید فولاد سبز صنعتی نوپاست و مسلما با پیشرفت دانش این حوزه و سرمایه‌گذاری دولت‌ها و جوامع بین‌المللی، این چالش‌ها تا حد زیادی برطرف خواهند شد.
فناوری نوپا
تولید فولاد سبز هنوز در مرحله آزمایشگاهی یا نمونه اولیه است و نیاز به توسعه و بهبود فناوری دارد. برخی از چالش‌های فنی تولید این نوع فولاد به شرح زیر است:
- کاهش مصرف انرژی: در حال حاضر تولید این نوع فولاد در مقایسه با روش سنتی به انرژی بیشتری احتیاج دارد. چراکه تلاش برای مهار آلاینده‌ها احتیاج به کوره‌ها و سیستم تولید کاملا متفاوتی دارد.
افزایش کیفیت و خواص فولاد: از آنجا که فرآیند سنتی ذوب آهن و تولید فولاد قرن‌ها قدمت دارد، افزایش کیفیت و خواص فولاد تولید شده در این روش نسبت به فولاد سبز بدلیل آزمون و خطاهای فراوان و پیشرفت دانش این حوزه بسیار راحت‌تر است - حل مشکلات ایمنی و محیطی: هیدروژن مورد نیاز برای تولید فولاد سبز می‌تواند خطرآفرین باشد؛ از همین رو حمل و انبار کردن این گاز، ممکن است با خطراتی مرگبار همراه باشد. به همین دلیل یکی از بزرگترین تمرکزها در این حوزه بر روی ایمن‌تر ساختن این بخش از فرآیند تولید آن است.
- ادغام با فرآیندهای موجود: در هر صنعتی برای پیشرفت سریع‌تر باید بتوان از دانش بدست آمده توسط گذشتگان استفاده کرد. همانطور که دانشمند بزرگ نیوتون می‌گوید اگر من دورتر میبینم بخاطر آن است که بر روی شانه‌های غول‌ها ایستاده ام. از همین رو تولیدکنندگان Green Steel بدنبال آن هستند که بتوانند با ادغام دانش موجود در این حوزه و نوآوری، این مسیر را با سرعت بیشتری طی کنند.
هزینه بالا
همانطور که گفته شد تولید فولاد سبز هنوز هزینه بالاتری نسبت به روش‌های سنتی دارد. عوامل متعددی بر روی قیمت این نوع فولاد مؤثر هستند که از مهم‌ترین آن‌ها می‌توان به موارد زیر اشاره کرد:
- هزینه شامل قیمت بالای هیدروژن: تولید گاز هیدروژن پروسه‌ای هزینه بر است که خود انرژی زیادی را مصرف می‌نماید. از طرفی به دلیل خطرات و چالش‌هایی که تولید، نگهداری و حمل آن دارد، هزینه این فرآیندها بسیار بالاتر از سوخت‌های سنتی است.
- نیاز به سرمایه‌گذاری در زیرساخت‌های جدید: ساخت زیرساخت‌های لازم برای تولید فولاد سبز نیاز به میلیاردها دلار سرمایه‌گذاری دارد که هر کشوری از عهده آن بر نمی‌آید. در حال حاضر تنها کشور چین و چند کشور اروپایی از پس این مبالغ سرسام آور بر آمده اند که آن‌هم بواسطه سرمایه‌گذاری دولتی در این زمینه بوده است.
- نبود حمایت مالی و قانونی: همانطور که در بالا گفته شد، حمایت مالی بسیاری برای چنین پروژه‌هایی لازم است. اغلب دولت‌ها در حال حاضر علاقه‌ای به این امر ندارند و ترجیح می‌دهند به روش‌های سنتی خود پایبند بمانند. از همین رو قوانین حمایتی از این تکنولوژی هم هنوز وجود ندارد تا بتواند به عنوان اهرم فشار سازندگان را مجاب کند تا به روش‌های پاک‌تر رو بیاورند.
- عدم وجود بازار کافی: هنوز خریداران کافی برای این محصول وجود ندارد. هرچند کشورهای پیشرفته به این محصول تمایل نشان داده‌اند، تعداد کسانی که حاضرند از جیب خود برای حفظ محیط زیست مایه بگذراند کافی نیست، چه برسد به کشورهای ضعیف‌تر. به همین دلیل ریسک پیدا نکردن مشتری تاثیر قابل درکی بر روی نظر تولیدکنندگان می‌گذارد.
مقاومت سازمانی و اجتماعی
تولید فولاد سبز نیاز به تغییر در ساختار و فرهنگ صنعت فولادسازی دارد. ولی همانطور که می‌دانیم تغییر هیچ زمان راحت نیست، حتی زمانی که از فواید این تغییر باخبریم؛ حال آنکه فولاد سبز هنوز در مرحله‌ای است که در کنار فواید، مشکلاتی را نیز به همراه دارد. برخی از موانع را می‌توان در موارد زیر دسته بندی کرد:
- عدم همکاری ذینفعان: دولت‌ها و تولید کنندگانی که از تولید فولاد سنتی درآمدزایی دارند، به هیچ وجه مایل به تغییر رویه خود و رو آوردن به فولاد سبز نیستند. به همین دلیل با استفاده از لابی‌های سیاسی و مالی خود، در مسیر قانون‌گذاری فولاد سبز سنگ‌اندازی می‌کنند.
- عدم آگاهی و اطمینان از فولاد سبز: برخی هنوز به کیفیت و خواص فولاد سبز ایمان ندارند. از آنجا که این محصول هنوز به اندازه کافی در پروژه‌ها استفاده نشده، خریداران می‌ترسند به دلیل استفاده از روش‌های متفاوت تولید نسبت به فولاد سنتی، این فرآورده از کیفیت و خواص کافی نسبت به رقبای سنتی‌اش برخوردار نباشد.
- ترس از از دست دادن شغل و بازار: برخی دیگر از آن می‌ترسند که با به روی کار آمدن این تکنولوژی، شغل خود در کارخانه‌های سنتی را از دست بدهند. از طرفی تولیدکنندگان سنتی هم بیم آن را دارند که فولاد سبز هر روز بخش بزرگ‌تری از بازار را در اختیار خود بگیرد؛ تا جایی که فروش آن‌ها را کاهش دهد و به مرور از بازار خارج شوند.
- عدم حمایت سیاسی و رسانه‌ای: به دلیل لابی‌هایی که بهشان اشاره شد، حمایت کافی سیاسی و رسانه‌ای از این فرآورده وجود ندارد. این مسئله به حدی جدی است که خیلی از مردم مثل شما که این مطلب را می‌خوانید، شاید اندک اطلاعاتی راجع به فولاد سبز داشته باشند و یا حتی چیزی در مورد آن نشنیده باشند.
تولید فولاد سبز در ایران و جهان
در حال حاضر در ایران هیچ یک از کارخانه‌های تولید فولاد ایران قادر به تولید فولاد سبز نیستند. کارخانه فولاد سبز گیلان هم فقط مشابهت اسمی با این پروژه دارد. البته اخیرا قدم‌های مثبتی در این مسیر برداشته شده است و مجتمع صنعتی اسفراین که یکی از بزرگترین تولید کننده‌های فولاد آلیاژی خاورمیانه است، قصد آن را دارد تا با ایجاد یک نیروگاه خورشیدی 50 مگاواتی و با همکاری شرکت‌های دانش بنیان اقدام به تولید فولاد سبز کند.
در کشورهای دیگر اما قدم‌های مثبت زیادی در جهت ایجاد این تکنولوژی صورت گرفته است. اولین شرکتی که اقدام به تولید فولاد سبز کرد شرکتی سوئدی با نام SSAB AB بود که توانست در سال 2019 بدون استفاده از هیچ سوخت فسیلی، نخستین فولاد سبز را تولید نماید.
از دیگر کشورهایی که در حال سرمایه‌گذاری گسترده‌ای بر روی این نوع فولاد می‌باشد، کشور چین است. این کشور که حدود نیمی از کل فولاد دنیا را تولید می‌کند، در نشست پاریس متعهد شده است که میزان انتشار دی اکسید کربن خود را تا سال 2050 به صفر برساند. شرکت China Baowu Steel Group Corp که در ایران به بائو استیل شهرت دارد و چهارمین تولید کننده عمده فولاد جهان است، برنامه بلند مدتی برای تبدیل شدن به قطب اصلی این صنعت نموده است.
جمع بندی
کارخانه‌های تولید فولاد یکی از بزرگترین آلاینده‌های محیط زیستی دنیا هستند. تاثیر مستقیم این آلاینده‌ها بر سلامت کره زمین و ساکنین‌اش، کشورها را مجاب کرده است تا فکری جدی برای حل این مشکل بکنند و این راه حل فولاد سبز یا Green Steel است. محصولی که می‌تواند بدون استفاده از سوخت‌های فسیلی و با کمک هیدروژن و الکتریسیته فولاد مورد نیاز دنیا را تامین کند. چالش‌های زیادی در این زمینه وجود دارد که با سرمایه‌گذاری، پیشرفت تحقیقات و در نتیجه دانش این زمینه و آموزش نیروی کار متخصص به مرور برطرف خواهند شد.
در کنار این چالش‌ها، مزایای بسیاری نیز وجود دارد که برخی از آن‌ها کاهش آلاینده‌های زیست محیطی و کاهش وابستگی به سوخت‌های فسیلی و در نتیجه امنیت تامین فولاد است. بررسی کردیم و دیدیم که هم در جهان و هم در کشور خودمان، افراد و شرکت‌های پیشرویی در این زمینه وجود دارند که با خلاقیت و دوراندیشی، در حال خلق آینده این صنعت هستند.
ما در بنیان فولاد با مدیریت جناب آفای مهندس شبستری همواره به دنبال آشنا کردن شما با تکنولوژی‌های روز در زمینه تولید آهن آلات و فولاد هستیم. برای خواندن مطالب بیشتر به وبلاگ ما سر بزنید. همچنین برای اطلاع از قیمت روز آهن، فولاد و مشتقات آن از صفحه خرید ما دیدن کنید و یا برای مشاوره رایگان با همکاران ما تماس بگیرید.
ثبت دیدگاه