بررسی روش‌های تولید فولاد سبز در جهان

به گزارش ایلنا و به نقل از سایر رسانه، بازار و صنعت فولاد طی دهه‌های اخیر، جهش‌های قابل‌توجهی را تحت‌تاثیر گسترش فعالیت‌های صنعتی و در نتیجه افزایش روزافزون تقاضای فولاد تجربه کرده است و انتظار می‌رود در سال‌های آتی نیز روند صعودی این صنعت ادامه داشته باشد. این مسئله با نظر به سهم قابل‌توجه صنعت فولاد در انتشار دی‌اکسیدکربن و از طرفی نیز الزام به کاهش حداقل ۵۰ درصدی انتشار دی‌اکسیدکربن تا سال ۲۰۵۰، ضرورت روی آوردن فعالان این صنعت به استفاده از تکنولوژی‌هایی در راستای تولید فولاد سبز را در سال‌های آتی آشکار می‌کند. میدرکس پایه هیدروژن، الکترولیز و فلش، چند نمونه از تکنولوژی‌هایی هستند که در حال‌ حاضر به‌منظور کاهش میزان انتشار دی‌اکسیدکربن در صنعت فولاد مورد استفاده قرار می‌گیرند.

 فولاد سبز، در اصطلاح فولادی است که با روشی تولید شود که میزان انتشار گازهای گلخانه‌ای بسیار کمی داشته باشد. باتوجه به افزایش روزافزون تقاضای فولاد در بازارهای جهانی، تولید این فلز در کشورهایی مانند چین، هند، ایران و سایر کشورهای فعال در این حوزه رو به افزایش است.

از سوی دیگر، تامین انرژی برای صنعت فولاد باتوجه به غیرقابل‌تجدید بودن منابع انرژی فسیلی، می‌تواند یکی از چالش‌های مهم پیش‌روی این صنعت باشد.

در روش الکترولیز، ابتدا سنگ‌آهن در یک محلول الکترولیت حل شده و با عبور جریان برق از این محلول، امکان جداسازی آهن فراهم می‌شود. برای انجام این کار معمولا می‌توان از محلولی حاوی اکسیدهای سیلیکون، کلسیم، منیزیم و آلومینیوم در دمای هزار و ۶۰۰ درجه سانتیگراد استفاده کرد. یون‌های منفی اکسیژن به سمت‌ اند با بار مثبت و یون‌های مثبت آهن به‌سمت کاتد حرکت می‌کنند. فرآیند احیا در این روش طی واکنش (Fe۲O۳+e–®Fe+O۲) انجام می‌شود و محصول آن نیز آهن فلزی و اکسیژن خواهد بود. الکترولیز اکسید مذاب، یک روش الکتروشیمیایی بدون کربن برای تجزیه اکسید فلزی به‌طورمستقیم به فلز مایع و گاز اکسیژن است. از منظر زیست‌محیطی نیز، آنچه روش الکترولیز اکسید مذاب را جذاب می‌کند، توانایی آن در استخراج فلز بدون تولید گازهای گلخانه‌ای است. از این‌رو، یک ‌اند خنثی که قادر به حذف اکسیژن است، یک فعال‌کننده حیاتی برای این فناوری محسوب می‌شود. برای این منظور، ایریدیوم در سلول‌های آهن‌سازی که با 2 الکترولیت مختلف کار می‌کنند، استفاده می‌شود.

مکانیسم احیا با این روش شبیه به فرآیند هال- هروولت برای تولید آلومینیوم است که شامل تجزیه الکترولیتی اکسید آلومینیوم محلول در یک حلال فلوراید مذاب شامل کرایولیت است. در الکترولیز اکسید مذاب، واکنش کمکی تولید اکسیژن محسوب می‌شود. با این حال، تولید اند برای این فرآیند به‌علت دمای بیش از نقطه ذوب آهن ( هزار و ۵۳۸ درجه سانتیگراد)، قدرت انحلال‌پذیری بالای یک مذاب اکسید چندجزئی و تکمیل گاز اکسیژن خالص در فشار اتمسفر با چالش روبه‌رو است. علاوه‌براین، برای برآورده ساختن الزامات تولید یک فرآیند صنعتی، اند باید چگالی جریان بالایی داشته باشد.

فناوری آهن‌سازی فلش، با کاهش بسیار در مصرف انرژی و انتشار دی‌اکسیدکربن به‌عنوان یک فناوری تحول‌آفرین جدید برای آهن‌سازی، جایگزین فناوری‌های مبتنی بر تولید دی‌اکسیدکربن در حال توسعه است. فناوری آهن‌سازی فلش، ظرفیت کاهش مصرف انرژی را به‌میزان ۳۲ تا ۵۷ درصد و کاهش انتشار دی‌اکسیدکربن را به‌میزان ۶۱ تا ۹۶ درصد در مقایسه با میانگین عملکرد روش کوره‌بلند فعلی دارد. نخستین اقدامات در این فناوری تحت حمایت مالی موسسه آهن و فولاد امریکا در دانشگاه یوتا در حال توسعه است.

در فرآیند تولید آهن با استفاده از تکنولوژی فلش، از عوامل کاهنده گازی مانند گاز طبیعی، هیدروژن، گاز سنتز یا ترکیبی از آنها استفاده می‌شود. از این عوامل کاهنده در این روش باید به‌صورت مستقیم و پیوسته استفاده شود. آزمایش در کوره فلش آزمایشگاهی، منجر به ایجاد یک پایگاه داده سینتیک در محدوده وسیعی از شرایط عملیاتی و طراحی کامل یک رآکتور پیشرفته شده و با همکاری آرسورمیتال و دانشگاه یوتا، خط تولید ۱۰۰هزار تن در سال به این روش راه‌اندازی شده است.

این فناوری مزایای انرژی و زیست‌محیطی قابل‌توجهی خواهد داشت که عمدتا از حذف مراحل کک‌سازی و گندله‌سازی در فناوری آهن‌سازی کوره‌بلند ناشی می‌شود. این روش نسبت به روش کوره بلند، به‌طورمتوسط تا ۵۷ درصد صرفه‌جویی در مصرف انرژی به‌دنبال دارد. علاوه‌براین، استفاده از کک در کوره بلند در کنار سایر آلاینده‌ها، بیش از ۱.۱ تن دی‌اکسیدکربن به‌ازای هر تن آهن تولید می‌کند که با فناوری جدید تا حد زیادی کاهش می‌یابد. فرآیند تولید آهن با استفاده از تکنولوژی فلش همچنین می‌تواند به‌گونه‌ای طراحی شود که با هیدروژن خالص کار کند تا از توسعه اقتصاد هیدروژنی استفاده کند.