چگونه فولاد سرانجام می تواند از شر عادت ذغال خود خلاص شود


با افزایش سرمایه گذاری شرکت های بزرگ و شرکت ها در انرژی های تجدیدپذیر ، کنترل ذغال سنگ در بخش برق جهانی در حال کاهش است. اما یک مصرف کننده عمده ذغال سنگ – صنعت فولاد – سخت تر است که این عادت را ترک کند.

شرکت های فولادی سالانه نزدیک به 2 میلیارد تن ماده با مقاومت بالا برای پل ها ، ساختمان ها ، راه آهن و جاده ها تولید می کنند. کوره هایی که سنگ آهن را برای تولید فولاد ذوب می کنند ، مقدار زیادی زغال سنگ مصرف می کنند. در نتیجه ، این صنعت تقریباً 8 درصد از انتشار دی اکسید کربن سالانه و همچنین سوپ آلاینده های سمی هوا را تشکیل می دهد.

فولادسازان جهانی با فشار فزاینده از سوی تنظیم کنندگان دولت و مصرف کنندگان برای انجام عملیات کربن زدایی روبرو هستند. به گفته کارشناسان ، این امر برای کاهش گرمایش کره زمین به 1.5 درجه سانتیگراد و جلوگیری از بیشترین تأثیرات تغییرات آب و هوایی ضروری است. در ماه های اخیر ، سه تولید کننده برجسته جهان – ArcelorMittal اروپا ، Baowu Steel چین و Nippon Steel ژاپن – تا سال 2050 با تکرار اهداف تعیین شده در کشورهای خود متعهد به انتشار صفر شده اند.

اما برای محدود کردن انتشار کربن فولاد ، این بخش باید روش تولید سنتی مواد را تغییر دهد.

در خارج از بوستون ، در حومه صنعتی ووبورن ، یک شرکت در تلاش است تا الکترون را جایگزین زغال سنگ کند. بوستون متال ، تیمی مشتق از م Instituteسسه فناوری ماساچوست یا MIT ، با استفاده از جریان های الکتریکی سنگ آهن را به مایع سفید نارنجی روشن تبدیل می کند که به فلز تبدیل می شود و مانند بلوک های فولادی خاکستری سرد می شود. این فرآیند باعث ایجاد انتشار گازهای گلخانه ای نمی شود و در صورت تأمین انرژی از طریق انرژی های تجدیدپذیر ، می تواند انتشار صفر باشد.

تادئوس کارنیرو ، مدیر اجرایی شرکت ، گفت که بوستون متال “دوره جدید متالورژی را آغاز می کند”. این شرکت 9 ساله در ژانویه 50 میلیون دلار از طریق تعدادی از سرمایه گذاران ، از جمله Breakthrough Energy Ventures به رهبری بیل گیتس و بخش سرمایه گذاری BHP ، یکی از بزرگترین شرکتهای معدن در جهان جمع آوری کرد. بودجه جدید به وی امکان می دهد یک کارخانه نمایشی در وبرن بسازد ، که می تواند 25000 تن فلز در سال تولید کند. در حال حاضر این شرکت در مجموع فقط چند تن فولاد تولید کرده است.

رویکرد بوستون متال یکی از انگشت شمار فناوری های حفاری با قابلیت تولید فولاد بدون کربن است. شرکت ها در حال آزمایش سیستم هایی در سراسر اروپا هستند که به جای ذغال سنگ از هیدروژن در کوره استفاده می کنند. در برزیل ، برخی از کارخانه های تولید فولاد بیوچار را که از ضایعات کشاورزی ساخته می شود ، مخلوط می کنند. شرکت های دیگر همچنان به استفاده از زغال سنگ ادامه می دهند ، اما در حال بررسی به روزرسانی امکانات با دستگاه های جذب کربن برای کاهش انتشار هستند.

فن آوری های آزمایش و مقیاس گذاری که انتشارات حاصل از تولید فولاد را از بین می برند ، تنها چالش کربن زدایی مواد ساختمانی نیست. محصولات سبزتر نیز باید در صنعتی با حاشیه سود نسبتاً کم و عرضه بیش از حد فولاد ارزان قیمت چینی رقابت کنند.

نیت آدن ، یکی از اعضای ارشد موسسه منابع جهانی که مطالعه می کند ، گفت: برای تساوی شرایط بازی ، آژانس های دولتی و مشاغل خصوصی باید سیاستی را تنظیم کنند که خرید فولاد با انتشار صفر را تشویق کند یا خرید تجهیزات متعارف را گران تر کند. بخش تحول صنعتی. (به عنوان مثال کالیفرنیا ، میزان کل انتشار کربن مرتبط با فولاد و سایر مواد مورد استفاده در پروژه های ساختمانی دولت را محدود می کند.)

آدن گفت: “ما در چند دهه گذشته تحقیق و توسعه کافی در این زمینه نداشته ایم.” “هیجان انگیز است.”


امروزه ، حدود 70٪ از فولاد به طور معمول تولید می شود: در کوره های غول پیکر ، بسیار داغ. ذغال تصفیه شده یا “کک” با اکسید آهن و سنگ آهک گرم و ذوب می شود ، سپس با اکسیژن تزریق می شود تا محتوای کربن مخلوط کاهش یابد و ناخالصی ها از بین برود.

تقریباً تمام فولاد باقیمانده از قراضه ساخته شده است که در کوره قوس الکتریکی ذوب می شود. در این روش از کک به عنوان ماده اولیه استفاده نمی شود. اما این برای گرم کردن فلز تا تقریباً 3000 درجه فارنهایت به مقدار قابل توجهی برق نیاز دارد – و بیشتر این انرژی از نیروگاه های زغال سنگ تأمین می شود.

در تأسیسات تحقیقاتی بوستون متال ، فرآیند تولید فولاد در یک سیلندر فلزی چمباتمه به نام سلول الکترولیت انجام می شود. برق از بالا تأمین می شود و از طریق لوله ای مانند دودکش ساخته شده از آلیاژ پایه کروم جریان می یابد. سپس جریان الکتریکی از یک محلول مایع ساخته شده از اکسید آهن و سایر مواد معدنی فلزی عبور می کند. این امر مذاب اکسید را گرم می کند و منجر به واکنش های شیمیایی می شود که منجر به تولید گاز اکسیژن و آهن مایع می شود. حباب های اکسیژن از بالا تا زمانی که استخرهای آهن تقویت شده در پایین محفظه در نهایت به فولاد تبدیل می شوند.

دونالد سادوی ، استاد شیمی مواد در انستیتوی فناوری ماساچوست ، گفت که او برای اولین بار با ایده “الکترولیز اکسید مذاب” دهه های پیش در حالی که به بررسی روش های جایگزین برای تولید آلومینیوم ، یک فلز دیگر ساخته شده توسط یک فرآیند پر کربن ، می پرداخت ، . در سال 2012 ، وی با همکاری دو شریک شرکت برق-متالورژی بوستون (که به آن بوستون متال نیز گفته می شود) را تاسیس کرد و آنها شروع به آزمایش روش در سلولهای آزمایشگاهی به اندازه جام های بالایی کردند. این شرکت اکنون سه خط آزمایشی را در تأسیسات وبرن اجرا می کند.

با سرمایه گذاری 50 میلیون دلاری از شرکت Breakthrough ، BHP و دیگران ، Sadoway گفت هدف این است که این فن آوری را در مقیاس وسیع نشان دهد تا سرمایه گذاران را ترغیب به حمایت از ساخت یک تأسیسات صنعتی کند. در صورت تحقق این گیاه آینده ، وی تخمین می زند که فرآیند Boston Metal حدود 20 درصد انرژی کمتری نسبت به یک کوره بلند بلند مصرف خواهد کرد. و اگر این تاسیسات بتواند از انرژی فراوان ارزان و ارزان از منابع تجدید پذیر ، شاید از نیروگاه برق آبی استفاده کند ، هزینه فولاد آن کمتر از رقبا است.

وی گفت: “ما انتظار داریم كه فلز بهتری را با هزینه كمتر و بدون انتشار CO2 تولید كنیم.”


همانطور که بوستون فلز تلاشهای خود را برای الکترولیز گسترش می دهد ، بسیاری از شرکتهای فولادی برای محدود کردن انتشار ، به هیدروژن اعتماد می کنند.

هیدروژن در حین احتراق گازهای گلخانه ای ساطع نمی کند و می تواند با استفاده از الکتریسیته تجدید پذیر برای تجزیه مولکول های آب تولید شود (اگرچه بیشتر هیدروژن امروزه از طریق فرآیندی به نام اصلاح متان بخار با گاز طبیعی تولید می شود). در تولید فولاد ، هیدروژن باعث یک واکنش شیمیایی می شود که با حذف اکسیژن از سنگ آهن ، نیاز به زغال سنگ تصفیه شده در کوره بلند را از بین می برد.

ArcelorMittal مستقر در لوکزامبورگ در آلمان در حال ساخت کارخانه نمایشی با استفاده از این روش است – DRI هیدروژن ، برای “کاهش آهن مستقیم”. صنایع سنگین میتسوبیشی ژاپن قصد دارد این فناوری را امسال در کارخانه تولید فولاد 250،000 تنی در اتریش آزمایش کند. و در سوئد ، سازنده فولاد SSAB و شرکای آن یک کارخانه آزمایشی برای تولید منابع هیدروژن و آزمایش هیدروژن-DRI ساخته اند و فقط از برق آبی برای هر دو عملیات استفاده می کنند.

ساخت صنعت فولاد هیدروژن نه تنها برای ساخت کارخانه های جدید بلکه برای تولید ، حمل و نقل و ذخیره سازی هیدروژن سبز نیز به هزینه های قابل توجهی نیاز دارد. برای اینکه این پروژه ها در دنیای فولاد ارزان قیمت مقرون به صرفه باشند ، قیمت هیدروژن و برق تجدیدپذیر باید به شدت کاهش یابد ، در حالی که قیمت دی اکسید کربن باید افزایش یابد ، آدن در گزارش 2020 به عنوان عضوی از یک تیم متخصص بین المللی نوشت

چالش بلند مدت دیگری برای پروژه های جدید و تمیز وجود دارد. تقاضا برای فولاد در بازارهای اصلی از جمله ایالات متحده و ژاپن در حال کاهش یا راکد است. تولیدکنندگان در حال حاضر بیش از نیاز دنیا فولاد تولید می کنند. در همین حال ، شرکت های ساختمانی و خودروسازان به طور فزاینده ای از آلومینیوم سبک ، پلاستیک و حتی چوب در پروژه های خود استفاده می کنند. به گفته آدن ، این می تواند توجیه سرمایه گذاری یا تحقیقات آینده را دشوار کند.

با این وجود صنعت فولاد همچنان بخش مهمی از اقتصاد جهانی است – و همچنین منبع قابل توجهی از انتشار گازهای گلخانه ای است.

آدن گفت: “واضح است که در چند دهه آینده به فولاد نیاز خواهیم داشت.” “بنابراین من فکر می کنم همه این پروژه های جدید ارزش آن را دارند.”




منبع: nama-news.ir

دیدگاهتان را بنویسید

Comment
Name*
Mail*
Website*