کربن زدایی با تولید سوخت هیدروژنی

از آنجایی که مبارزه با تغییرات آب و هوایی در سراسر جهان افزایش یافته است، نیاز به واکنش صنایع و اقتصادها فوری است.

البته، بخش‌های مختلف مقادیر متفاوتی از گازهای گلخانه‌ای (GHG) را منتشر می‌کنند و در نتیجه مسیرهای متفاوتی برای کربن‌زدایی دارند.
تولید فولاد و آهن ، جایی که انتشارات مرتبط با انرژی تقریباً ۶.۱ درصد از انتشار جهانی را تشکیل می دهد .

چشم انداز تولید فولاد مدرن

در سطح جهان، تولید فولاد خام در سال ۲۰۲۱ به ۱۹۵۱ میلیون تن رسید.

این تولید در سراسر جهان از جمله هند، ژاپن و ایالات متحده پخش می شود و اکثریت قریب به اتفاق (۱۰۳۳ میلیون تن) در چین متمرکز شده است.

اما علیرغم تولید در بسیاری از مکان‌های مختلف در سطح جهان، تنها دو روش اصلی تولید فولاد در طول زمان اصلاح و مورد استفاده قرار گرفته‌اند : کوره قوس الکتریکی (EAF) و تولید کوره اکسیژن پایه کوره بلند (BF-BOF).

هر دو روش به طور سنتی از سوخت‌های فسیلی استفاده می‌کنند و در سال ۲۰۱۹، ۳.۶ گیگا تن دی‌اکسید کربن (CO 2 ) منتشر شد:

به همین دلیل است که یکی از راه های اصلی کربن زدایی صنعت فولاد، جایگزینی سوخت های فسیلی است.

نقش هیدروژن در تولید فولاد سبز

البته یکی از بزرگ‌ترین چالش‌های پیش روی این صنعت، نحوه کربن زدایی و تولید فولاد سبز در یک بازار بسیار رقابتی است.

تولید فولاد به عنوان یک کالای تجارت جهانی با حاشیه هزینه خوب، با مسائل عمده ژئوپلیتیکی از جمله اختلافات تجاری و تعرفه ها همراه بوده است. اما به دلیل تغییرات آب و هوایی، تقاضای ناگهانی و انبوه برای تولید کربن دوست نیز وجود دارد.

و اینجاست که هیدروژن نقش کلیدی دارد. فولادی که به‌طور سنتی در کوره بلند ساخته می‌شود، از کک (سوختی با کربن بالا که با حرارت دادن زغال‌سنگ بدون هوا ساخته می‌شود) به عنوان منبع سوختی برای گرم کردن گلوله‌های سنگ آهن و مایع کردن اجزای خالص آهن استفاده می‌کند. این مقدار زیادی گازهای گلخانه ای را دفع می کند تا آهن به اندازه ای گرم شود که ذوب شود (۱۲۰۰ درجه سانتیگراد) و با ضایعات مخلوط شده و به فولاد تبدیل شود.

روش فولاد سبز در عوض از هیدروژن برای تبدیل گلوله‌های آهن به آهن اسفنجی ، آهن فلزی استفاده می‌کند که سپس می‌تواند برای تشکیل فولاد پردازش شود. این فرآیند همچنین در دمای بالا اما زیر نقطه ذوب آهن (۸۰۰ تا ۱۲۰۰ درجه سانتیگراد) انجام می شود که باعث صرفه جویی در هزینه های انرژی می شود.

و با معرفی سوخت‌های غیرفسیلی برای ایجاد گلوله‌های آهن و برق تجدیدپذیر برای تبدیل آهن اسفنجی و ضایعات به فولاد، می‌توان سوخت‌های فسیلی را از فرآیند حذف کرد و در نتیجه انتشار گازهای گلخانه‌ای را به میزان قابل توجهی کاهش داد.

آینده تولید فولاد سبز

با توجه به تقاضای عظیم جهانی برای فولاد ، نیاز به هیدروژن و انرژی های تجدیدپذیر مورد نیاز برای تولید فولاد سبز به همان اندازه قابل توجه است.

بر اساس گزارش AFRY و آژانس بین‌المللی انرژی‌های تجدیدپذیر، تولید جهانی فولاد در سال ۲۰۲۱ با استفاده از روش فولاد سبز به ۹۷.۶ میلیون تن هیدروژن نیاز دارد.

و برای انتقال واقعاً بدون کربن به فولاد سبز، صنعت انرژی همچنین باید بر تولید هیدروژن سبز با استفاده از الکترولیز تمرکز کند. برخلاف روش هایی که گاز طبیعی را برای آزادسازی هیدروژن می سوزانند، الکترولیز مستلزم تقسیم آب ( H2O ) به اکسیژن و هیدروژن با استفاده از منابع انرژی تجدید پذیر است.
بنابراین، تولید کامل فولاد سبز از هیدروژن سبز، الکترولیزهای فعال بر روی انرژی‌های تجدیدپذیر و انرژی‌های تجدیدپذیر اضافی برای تمام بخش‌های زنجیره تامین استفاده می‌کند:

در حال حاضر، هزینه‌های تولید هیدروژن سبز بالاتر از روش‌های سنتی سوخت‌های فسیلی است و به هزینه‌های هم سطح منابع انرژی تجدیدپذیر وابسته است. این بدان معناست که آنها بسته به منطقه متفاوت هستند، اما همچنین با افزایش ظرفیت تولید و یارانه برای انرژی های تجدیدپذیر و هیدروژن سبز، کاهش خواهند یافت.

و بسیاری از تولیدکنندگان بزرگ فولاد اروپایی در حال حاضر با امکانات آزمایشی و در مقیاس بزرگ برای تولید فولاد سبز پیشرو هستند. آلمان به تنهایی حداقل هفت پروژه در دست اجرا دارد، از جمله ArcelorMittal و ThyssenKrupp، دو تا از ۱۰ فولادساز بزرگ جهان از نظر درآمد.