تولید فولاد با هیدروژن از آزمایشگاه به مقیاس صنعتی می رسد
دو مورد از شناخته شده ترین پروژه های تولید آهن اسفنجی با هیدروژن در جهان، در دو سال اخیر نتایج تولیدی مشخصی ثبت کرده اند؛ نشانه ای از حرکت این فناوری از مرحله آزمایشگاهی به سمت استقرار صنعتی -هرچند هنوز در مقیاسی کوچک نسبت به صنعت جهانی آهن اسفنجی با ظرفیت سالانه نزدیک به 76 میلیون تن که قرار است در نهایت کربن زدایی شود.
داده های کلیدی
- در سوئد، پروژه هیبریت (HYBRIT) -مشارکت مشترک فولادساز SSAB، معدن کار LKAB و شرکت انرژی Vattenfall- مرحله آزمایشی خود را در 27 آگوست 2024 به پایان رساند؛ پس از تولید بیش از 5,000 تن آهن اسفنجی با هیدروژن در کارخانه ای در شهر لولئو و آزمایش 175 پیکربندی مختلف فرایند، طبق گزارش LKAB. آهن اسفنجی تولیدشده به درجه فلزی شدن 98 تا 99 درصد و انتشار کربن نزدیک به صفر (حدود 0.05 تن معادل دی اکسید کربن به ازای هر تن فولاد) رسید و طبق این گزارش، مقاومت مکانیکی بهتری نسبت به نمونه های صنعتی مشابه داشت. این پروژه اکنون در مسیر استقرار در مقیاس صنعتی است و آزمایش ذخیره سازی هیدروژن آن تا سال 2026 ادامه دارد.
- در ژاپن، شرکت جی اف ای استیل (JFE Steel) در بازه سه روزه 29 ژوئن تا یکم ژوئیه 2025 حدود یک تن آهن اسفنجی را با استفاده از هیدروژن سبز در یک واحد آزمایشی با ظرفیت 15 کیلوگرم در ساعت در کارخانه ایست جاپان ورکس در چیبا تولید کرد؛ هیدروژن سبز مصرفی توسط شرکت های یاماناشی هیدروژن (YHC) و تومو شوکای تامین شده بود، طبق گزارش Global Hydrogen Review. جی اف ای هدف خنثی سازی کربن خود را حدود سال 2035 تعیین کرده، زودتر از هدف کلی صنعت فولاد ژاپن برای سال 2050؛ صنعت فولاد حدود 14 درصد از کل انتشار دی اکسید کربن ژاپن را تشکیل می دهد.
زمینه: اندازه صنعتی که این پروژه ها قصد تغییر آن را دارند
برای مقایسه مقیاس، کل تولید جهانی آهن اسفنجی با فناوری میدرکس -غالب ترین فرایند تجاری تولید آهن اسفنجی که امروز عمدتا با گاز طبیعی و نه هیدروژن کار می کند- در سال 2024 به 76.284 میلیون تن رسید، رشدی اندک 0.37 درصدی نسبت به 76.002 میلیون تن در سال 2023، طبق گزارش خلاصه عملیات 2024 شرکت میدرکس تکنولوژیز؛ تولید تجمعی میدرکس از زمان تجاری سازی این فرایند از 1.475 میلیارد تن عبور کرده است. در برابر این مقیاس، تولید آزمایشی 5,000 تنی هیبریت و آزمایش یک تنی جی اف ای هنوز حجم بسیار کوچکی برای اثبات مفهوم است -اما هر دو گامی فراتر از پژوهش آزمایشگاهی به سمت تاسیساتی هستند که می توانند به تولید تجاری برسند.
چرا برای کل صنعت اهمیت دارد
تولید فولاد یکی از دشوارترین بخش های صنعتی برای کربن زدایی است، زیرا روش متداول کوره بلند به کک (کربن) هم به عنوان سوخت و هم به عنوان عامل شیمیایی احیاکننده متکی است، و حتی آهن اسفنجی گازی -فناوری ای که در خاورمیانه از جمله ایران به طور گسترده استفاده می شود- همچنان به گاز طبیعی به عنوان عامل احیاکننده وابسته است و دی اکسید کربن به مراتب بیشتری نسبت به فرایند مبتنی بر هیدروژن منتشر می کند. جایگزینی عامل احیاکننده با هیدروژن سبز تولیدشده از برق تجدیدپذیر یکی از معدود مسیرهای اثبات شده فنی برای رسیدن به تولید فولاد اولیه با انتشار نزدیک به صفر است؛ به همین دلیل هر دو پروژه به عنوان نقاط مرجع برای شکل احتمالی گذار فناوری آینده، از سوی صنعت فولاد و معدن به دقت دنبال می شوند.
اهمیت برای صنعت فولاد ایران
ایران یکی از بزرگترین کاربران فناوری آهن اسفنجی مبتنی بر گاز (عمدتا فرایندهای نوع میدرکس) برای تولید فولاد اولیه در جهان است؛ فناوری ای که مهندسی فرایند اصلی مشترکی با آهن اسفنجی هیدروژنی دارد -تفاوت اصلی در نوع گاز احیاکننده است، نه در طراحی کلی کارخانه. این همپوشانی به این معناست که فولادسازان ایرانی از قبل نوعی معماری کارخانه را اداره می کنند که یک گذار به سمت هیدروژن بر پایه آن ساخته خواهد شد، و همین موضوع نتایج اولیه آزمایشی هیبریت و جی اف ای را به مرجع فنی مستقیمی برای صنعت داخلی تبدیل می کند؛ هرچند هیچ کدام از این دو پروژه در حال حاضر مشارکت ایرانی ندارند و هرگونه گذار در مقیاس بزرگ به آهن اسفنجی هیدروژنی برای ایران به هزینه و در دسترس بودن آینده هیدروژن سبز و برق تجدیدپذیر داخلی بستگی دارد.
محدودیت های داده و آنچه باید دنبال شود
هر دو پروژه هنوز در مرحله آزمایشی یا ابتدای صنعتی هستند، نه تولید تجاری: هیبریت هنوز تاریخ مشخصی برای آغاز تولید در مقیاس تجاری فراتر از عبارت «حرکت به سمت استقرار در مقیاس صنعتی» اعلام نکرده، و آزمایش جی اف ای یک اجرای کوتاه سه روزه بوده نه بهره برداری پیوسته. هیچ کدام از این دو شرکت در منابع بررسی شده مقایسه هزینه ای در برابر روش های متداول آهن اسفنجی گازی یا کوره بلند زغالی منتشر نکرده اند. شاخص های کلیدی برای دنبال کردن در آینده این است که آیا هر یک از این دو پروژه تصمیم سرمایه گذاری در مقیاس تجاری اعلام می کند، و هزینه هیدروژن سبز نسبت به گاز طبیعی چگونه تحول می یابد.
