فولاد سبز چیست؟ بررسی روش تولید، مزایا، کاربردها
فولاد سبز چیست؟
فولاد سبز به فولادی گفته میشود که در فرآیند تولید آن، میزان انتشار گازهای گلخانه‌ای، به‌ویژه دی‌اکسیدکربن، به شکل قابل‌توجهی کاهش یافته باشد.
در واقع، فولاد سبز از نظر مقاومت، شکل‌پذیری، ضخامت یا ترکیبات شیمیایی لزوماً تفاوتی با فولاد معمولی ندارد. تفاوت اصلی این دو، در روش تولید و میزان کربن منتشرشده در طول فرآیند تولید است.
صنعت فولاد یکی از بزرگ‌ترین صنایع تولیدکننده دی‌اکسیدکربن در جهان محسوب میشود. به همین دلیل، شرکت‌های فولادسازی در سال‌های اخیر به دنبال استفاده از روش‌هایی مانند موارد زیر هستند:
- استفاده بیشتر از قراضه فولادی
- تولید فولاد در کوره قوس الکتریکی
- احیای مستقیم سنگ‌آهن
- استفاده از هیدروژن سبز
- تأمین برق از منابع تجدیدپذیر
- جذب و ذخیره‌سازی کربن
- ارزیابی چرخه عمر و صدور گواهی زیست‌محیطی
بنابراین، اصطلاح «فولاد سبز» بیشتر از آنکه به ظاهر یا کاربرد فولاد مربوط باشد، به ردپای کربن آن ارتباط دارد.
چرا تولید فولاد به سمت روش‌های سبز حرکت می‌کند؟
فولاد در ساخت‌وساز، خودرو، تجهیزات صنعتی، زیرساخت‌های شهری و بسیاریاد معمولاً به انرژی بسیار زیاد و سوخت‌های فسیلی وابسته معمولاً به انرژی بسیار زیاد و سوخت‌های فسیلی وابسته است.
در روش کوره‌بلند، از زغال‌سنگ کک‌شو برای احیای سنگ‌آهن استفاده میشود. این فرآیند موجب انتشار مقدار زیادی دی‌اکسیدکربن میشود. فشارهای زیست‌محیطی، قوانین جدید اقلیمی و افزایش تقاضا برای محصولات کم‌کربن، صنعت فولاد را به سمت فناوری‌های جدید سوق داده است.
مهم‌ترین دلایل توسعه فولاد سبز عبارت‌اند از:
- کاهش انتشار گازهای گلخانه‌ای
- کاهش وابستگی به زغال‌سنگ و سوخت‌های فسیلی
- پاسخ به قوانین جدید زیست‌محیطی
- افزایش امکان صادرات به بازارهای حساس به کربن
- کاهش اثرات زیست‌محیطی پروژه‌های ساختمانی
- افزایش شفافیت در زنجیره تأمین مصالح ساختمانی
فولاد سبز چگونه تولید میشود؟
فولاد سبز تنها از یک مسیر تولید نمی‌شود. چند فناوری مختلف برای کاهش انتشار در صنعت فولاد وجود دارد که مهم‌ترین آن‌ها عبارت‌اند از:
۱. استفاده از قراضه در کوره قوس الکتریکی
در این روش، به‌جای تولید فولاد از سنگ‌آهن خام، از قراضه فولادی استفاده میشود. قراضه در کوره قوس الکتریکی ذوب شده و به فولاد جدید تبدیل میشود.
این روش معمولاً نسبت به مسیر کوره‌بلند، انتشار کمتری دارد؛ اما میزان نهایی انتشار به عوامل زیر وابسته است:
- میزان قراضه مصرف‌شده
- نوع و کیفیت قراضه
- منبع برق کوره
- بازدهی کارخانه
- میزان حمل‌ونقل مواد اولیه
اگر برق مورد استفاده در کوره قوس الکتریکی از منابع تجدیدپذیر تأمین شود، میزان انتشار می‌تواند بیشتر کاهش یابد.
۲. احیای مستقیم با گاز طبیعی
در فرآیند احیای مستقیم، اکسیژن سنگ‌آهن بدون ذوب کامل آن جدا میشود و محصولی به نام آهن اسفنجی به دست می‌آید. این آهن اسفنجی سپس معمولاً در کوره قوس الکتریکی به فولاد تبدیل میشود.
احیای مستقیم با گاز طبیعی نسبت به کوره‌بلند انتشار کمتری دارد، اما همچنان کاملاً بدون کربن نیست. گاز طبیعی در این مسیر بیشتر به‌عنوان یک فناوری انتقالی شناخته میشود.
۳. احیای مستقیم با هیدروژن سبز
یکی از مهم‌ترین فناوری‌های آینده فولاد سبز، استفاده از هیدروژن سبز است.
در این روش، هیدروژن جایگزین بخشی از گاز طبیعی یا زغال‌سنگ در فرآیند احیای سنگ‌آهن میشود. محصول جانبی اصلی این واکنش، آب است و در صورت استفاده از برق تجدیدپذیر برای تولید هید برق تجدیدپذیر برای تولید هیدروژن، انتشار مستقیم دی‌اکس کاهش یابد.
هیدروژن سبز معمولاً از طریق الکترولیز آب تولید میشود. در این فرآیند، برق حاصل از منابعی مانند انرژی خورشیدی یا بادی، آب را به هیدروژن و اکسیژن تجزیه می‌کند.
البته تولید فولاد با هیدروژن با چالش‌هایی نیز همراه است:
- نیاز به مقدار بسیار زیاد برق تجدیدپذیر
- هزینه بالای تولید هیدروژن
- نیاز به زیرساخت انتقال و ذخیره‌سازی
- ضرورت استفاده از سنگ‌آهن مناسب
- نیاز به سرمایه‌گذاری سنگین در تجهیزات
۴. جذب و ذخیره‌سازی کربن
در برخی کارخانه‌ها، گاز دی‌اکسیدکربن تولیدشده در فرآیند صنعتی جمع‌آوری و سپس ذخیره یا در صنایع دیگر استفاده میشود. این فناوری با نام‌های CCS و CCUS شناخته میشود.
جذب کربن می‌تواند انتشار را کاهش دهد، اما بهتنهایی به معنی تولید فولاد کاملاً سبز نیست. میزان موفقیت این روش به مقدار واقعی کربن جذب‌شده، نحوه ذخیره‌سازی و مصرف انرژی تجهیزات بستگی دارد.
تفاوت فولاد معمولی، فولاد کم‌کربن و فولاد سبز
این اصطلاحات گاهی به‌جای یکدیگر استفاده می‌شوند، اما معنای یکسانی ندارند.
|
اصطلاح |
مفهوم |
|
فولاد معمولی |
فولادی که با روش‌های متداول تولید شده و ممکن است انتشار بالایی داشته باشد |
|
فولاد کم‌کربن |
فولادی که میزان انتشار آن نسبت به روش مرجع کاهش یافته است |
|
فولاد نزدیک به صفر |
فولادی که انتشار آن به یک محدوده بسیار پایین نزدیک شده است |
|
فولاد سبز |
اصطلاح عمومی برای فولادی با ردپای کربن پایین‌تر |
|
فولاد کربن‌خنثی |
فولادی که انتشار آن با کاهش، جذب یا جبران کربن به تراز خالص صفر می‌رسد |
نکته مهم این است که کلمه «سبز» بهتنهایی یک استاندارد فنی واحد و جهانی نیست. برای بررسی واقعی یک محصول باید مقدار انتشار، مرز محاسبه و روش ارزیابی آن مشخص باشد.
کاربرد فولاد سبز در صنعت ساختمان
فولاد یکی از پرکاربردترین مصالح در صنعت ساختمان است و در بخش‌های مختلف استفاده میشود، از جمله:
- اسکلت فلزی
- تیر و ستون
- سازه‌های سبک
- پروفیل‌های سقف کاذب
- پروفیل‌های درای‌وال
- سازه‌های گالوانیزه سبک
- قاب‌های فلزی
- نما و زیرسازی
- سوله و سازه‌های صنعتی
در صنعت ساختمان، استفاده از فولاد سبز یا کم‌کربن می‌تواند به کاهش ردپای زیست‌محیطی پروژه کمک کند. بااین‌حال، سبز بودن فولاد نباید باعث نادیده‌گرفتن الزامات فنی شود.
برای انتخاب پروفیل مناسب، موارد زیر همچنان اهمیت اساسی دارند:
- ضخامت واقعی ورق
- شکل و ابعاد مقطع
- مقاومت مکانیکی
- کیفیت فرم‌دهی
- میزان و کیفیت پوشش گالوانیزه
- دقت ابعادی
- استاندارد تولید
- شرایط حمل و نگهداری
وضعیت فولاد سبز در ایران چگونه است؟
ایران یکی از کشورهای مهم تولیدکننده فولاد و آهن اسفنجی است و تجربه قابل‌توجهی در فناوری احیای مستقیم دارد. همین موضوع می‌تواند از نظر فنی، زمینه مناسبی برای حرکت به سمت تولید فولاد کم‌کربن ایجاد کند.
بااین‌حال، تولید آهن اسفنجی با گاز طبیعی را نباید با تولید فولاد سبز مبتنی بر هیدروژن سبز یکسان دانست.
در منابع منتشرشده درباره ایران، خبرهایی درباره آغاز تحقیقات شرکت MME در زمینه احیای مستقیم با هیدروژن دیده میشود. این موضوع نشان‌دهنده توجه صنعتی و پژوهشی به فولاد سبز است؛ اما با توجه به شواهد عمومی قابل‌دسترس، نمی‌توان از آن نتیجه گرفت که تولید گسترده و تجاری فولاد سبز در ایران آغاز شده است.
مهم‌ترین چالش‌های توسعه فولاد سبز در ایران عبارت‌اند از:
- تأمین برق پایدار و کم‌کربن
- هزینه بالای تولید هیدروژن سبز
- نیاز به سرمایه‌گذاری سنگین
- محدودیت زیرساخت‌های ذخیره و انتقال هیدروژن
- تأمین آب در مناطق صنعتی
- دسترسی به سنگ‌آهن مناسب
- ضرورت تدوین استاندارد و نظام پایش انتشار
- نیاز به گواهی‌های معتبر بین‌المللی
پروژه‌های معروف فولاد سبز در جهان
پروژه HYBRIT
پروژه HYBRIT در سوئد با هدف توسعه تولید آهن اسفنجی با استفاده از هیدروژن انجام شده است. در این پروژه، هیدروژن جایگزین زغال‌سنگ در مرحله احیای سنگ‌آهن میشود.
این پروژه یکی از نمونه‌های مهم توسعه فناوری فولاد کم‌کربن است، اما باید میان مرحله آزمایشی، تولید پایلوت و تولید تجاری در مقیاس بزرگ تفاوت قائل شد.
پروژه Stegra
شرکت Stegra نیز در سوئد روی تولید فولاد با هیدروژن و برق تجدیدپذیر فعالیت می‌کند. این پروژه نشان می‌دهد که توسعه فولاد سبز تنها به فناوری وابسته نیست و موضوعاتی مانند تأمین سرمایه، زیرساخت انرژی، زمان‌بندی ساخت و بازار فروش نیز اهمیت زیادی دارند.
آینده فولاد سبز
انتظار می‌رود در سال‌های آینده، تقاضا برای فولاد کم‌کربن در صنایع مختلف افزایش پیدا کند. صنعت ساختمان نیز به‌تدریج به سمت استفاده از مصالحی خواهد رفت که علاوه بر عملکرد فنی، اطلاعات زیست‌محیطی قابل‌اعتماد داشته باشند.
توسعه فولاد سبز به چند عامل وابسته است:
- کاهش هزینه هیدروژن سبز
- افزایش ظرفیت برق تجدیدپذیر
- ایجاد زیرساخت‌های انتقال انرژی
- حمایت‌های مالی و قانونی
- تدوین استانداردهای دقیق
- افزایش تقاضای مصرف‌کنندگان
- ارائه EPD و داده‌های شفاف از سوی تولیدکنندگان
با توسعه این زیرساخت‌ها، فولاد کم‌کربن می‌تواند نقش مهمی در کاهش ردپای کربن ساختمان‌ها، زیرساخت‌ها و صنایع ایفا کند.
جمع‌بندی
فولاد سبز به فولادی گفته میشود که با انتشار کربن کمتر و استفاده از فناوری‌های پاک‌تر تولید شده باشد. استفاده از قراضه در کوره قوس الکتریکی، احیای مستقیم با گاز طبیعی، احیای مستقیم با هیدروژن سبز و جذب کربن از مهم‌ترین مسیرهای کاهش انتشار در صنعت فولاد هستند.
بااین‌حال، هر فولاد تولیدشده با کوره قوس الکتریکی یا هر محصول گالوانیزه‌ای را نمی‌توان فولاد سبز نامید. برای اثبات این ادعا باید میزان انتشار، منبع انرژی، روش تولید، مرز ارزیابی چرخه عمر و مدارکی مانند EPD بررسی شود.