5 طرق رائدة لإزالة الكربون من الفولاذ

30 نوفمبر، 2022
- علوم الحياة

تعتمد الاقتصادات والتقنيات الحديثة بشكل كبير على الفولاذ كمادة بناء. ونظرًا لأهميته في أسلوب حياتنا، فليس من المستغرب أن يكون لقد زاد الطلب على الحديد والصلب أكثر من ثلاثة أضعاف منذ عام 1970. والنتيجة المباشرة لهذا الاعتماد هي التأثير البيئي لإنتاجه. تمثل صناعة الحديد والصلب 8٪ من انبعاثات ثاني أكسيد الكربون العالمية وبالتالي فهو أحد الملوثات الرئيسية. وهذا يتطلب تطوير وتنفيذ التقنيات التي يمكن أن تساعد في إزالة الكربون من مصانع الصلب.

تحديات إزالة الكربون من الصلب

تتطلب صناعة الصلب بنية تحتية ثقيلة واستثمارات ضخمة في إنشاء مصانع الإنتاج. الأصول مثل الفرن العالي التي تم إنشاؤها مرة واحدة تستمر لمدة 20-40 سنة. وهذا يجعل من الصعب إدخال تغييرات على عملية التصنيع أو نقل المصانع. ما يقرب من 60٪ من الوحدات الفولاذية تستخدم طريقة BF-BOF عالية الكربون الأمر الذي يتطلب كميات وفيرة من الحرارة لعملية الصهر، وهو ما يفسر المستويات العالية من انبعاثات ثاني أكسيد الكربون. ونتيجة لذلك، فإن الحواجز المالية التي تحول دون إزالة الكربون من الصلب هي واحدة من القيود الرئيسية أمام الإصلاح في هذا القطاع.

عوامل القيادة ال مبادرات إزالة الكربون

إن الطلب على الفولاذ الأخضر يشكل استجابة الشركة المصنعة ويؤدي إلى تصاعد التغييرات، على الرغم من القيود. ويأتي هذا الطلب من:

العملاء يطلبون منتجات الصلب الصديقة للكربون. على سبيل المثال، استثمرت شركة BMW في شركة Boston Metal الناشئة في مجال الصلب النظيف في الولايات المتحدة لجعل محفظتها الصناعية صديقة للبيئة.
تعمل الحكومات على مستوى العالم على تشديد متطلبات انبعاثات الكربون. تعتبر اتفاقيات المناخ المهمة مثل اتفاقية باريس والصفقة الخضراء الأوروبية وما إلى ذلك مثالاً على ذلك.
زيادة الوعي حول الاستدامة. إن التهديد الذي يلوح في الأفق المتمثل في تغير المناخ يدفع الجميع إلى إعادة التفكير في خياراتهم. أصبح المستثمرون الآن أكثر اهتمامًا باستثمار أموالهم في تقنيات المستقبل التي تتضمن ابتكارات مستدامة.

طرق لإزالة الكربون من مصانع الصلب

استبدال فحم الكوك في الفرن
فحم الكوك هو العامل الأساسي المستخدم لإنتاج الحرارة وتقليل خام الحديد. وهذه العملية هي مصدر الحد الأقصى للانبعاثات. وللحد من ذلك، يتم النظر في بدائل أقل تلويثًا لفحم الكوك، مثل فحم الكوك المعتمد على الكتلة الحيوية، وفحم الكوك الأوليفيني، والحد من الأفران العالية المعتمدة على الهيدروجين.
استخدام مصادر الطاقة المتجددة للأفران
لقد حققت أفران القوس الكهربائي حتى الآن نتائج إيجابية في التحكم في انبعاثات الكربون. وبدلاً من الكهرباء المعتمدة على الفحم، يمكن استخدام المصادر الخضراء مثل الرياح والمد والجزر والطاقة الشمسية وما إلى ذلك لزيادة تقليل ثاني أكسيد الكربون. يمكن تغيير آخر وهو جعل التغذية محايدة للكربون عن طريق تقليل الحديد في حالته الصلبة باستخدام الهيدروجين.
استبدال أقطاب الجرافيت
تُستخدم أقطاب الجرافيت في أفران القوس الكهربائي لتكون بمثابة موصلات للتيار الكهربائي المستخدم في صهر الحديد. تتمتع هذه الأقطاب الكهربائية بموصلية حرارية عالية ولكن يتم استهلاكها في هذه العملية، مما يساهم في التلوث. يمكن بدلاً من ذلك استخدام أقطاب كهربائية معدنية خاملة في عملية الصهر بدلاً من الجرافيت.
احتجاز الكربون
هناك فرصة لالتقاط الكربون المنطلق أثناء خطوة اختزال المعدن قبل أن يتفاعل مع الأكسجين لإنتاج ثاني أكسيد الكربون. يمكن للكربون المحتجز أن يكون بمثابة مادة خام لعمليات مختلفة. على سبيل المثال، يمكن إرساله إلى المفاعلات الحيوية لتخميره لإنتاج الإيثانول الحيوي.

اعتبارات لدمج الأساليب المستدامة

هناك معايير معينة يجب مراعاتها قبل الالتزام بالتكنولوجيا التي تعد بخفض انبعاثات الكربون. مثل جاهزية التكنولوجيا على نطاق واسع تسويقوسهولة التكامل مع البنية التحتية الحالية، وجدوى مصادر المواد الخام. وبخلاف هذه الجوانب، سيتأثر القرار أيضًا بمدى فعالية الإجراءات الجديدة في تقليل الانبعاثات مقارنة بتلك الموجودة بالفعل. إذا كان الفرق لا يبرر التكلفة، فإن العملية برمتها قد تكون غير مجدية.

الابتكارات الجديدة في السوق

وبما أن الصناعة كثيفة الاستهلاك للطاقة، فإن ابتكار أساليب فعالة وموفرة للطاقة أصبح أولوية قصوى. بعض الاختراقات في نفس هي:

التحليل الكهربائي للأكسيد المنصهر بواسطة بوسطن ميتال
في عملية صناعة الفولاذ التقليدية، يتم تكرير خام الحديد ومن ثم اختزاله في الفرن العالي باستخدام الفحم. لكن الاختراع الجديد لشركة بوسطن ميتال يتضمن إذابة أكاسيد الحديد في خليط من الأكاسيد المنصهرة مثل السيليكا والمغنيسيا وما إلى ذلك قبل تسخينه بالتيار الكهربائي. ينتج عن ذلك معدن سائل نظيف وعالي النقاء يمكن إرساله مباشرة إلى مغرفة المعادن، وبالتالي القضاء على الحاجة إلى الفحم.
التخفيض المباشر بواسطة Midrex
تعتبر طريقة التخفيض المباشر لشركة Midrex، والتي يشار إليها باسم Midrex H2، تقنية رائدة يمكنها تقليل انبعاثات ثاني أكسيد الكربون بشكل كبير. وفقًا للرئيس التنفيذي ستيفن مونتاجو، تعد الشركة باستخدام الهيدروجين بنسبة 2% من اليوم الأول لإنتاج أكثر من 100 مليون طن متري من تقنية الاختزال المباشر مع تخفيض يصل إلى 2% في ثاني أكسيد الكربون. والفكرة هي استخدام الهيدروجين الأخضر لاختزال خام الحديد إلى DRI، والذي يمكن إرساله لاحقًا إلى فرن كهربائي لصناعة الصلب. يتم إنتاج الهيدروجين الأخضر من خلال عملية التحليل الكهربائي التي تستخدم الكهرباء لتحليل الماء إلى هيدروجين وأكسجين.
الاستخلاص الكهربائي بواسطة ΣIDERWIN
تستلزم هذه الطريقة الجديدة الجمع بين صناعة الفولاذ والعملية الكهروكيميائية لتقديم عملية إنتاج فولاذ خالية من ثاني أكسيد الكربون. وسوف تستخدم طريقة التحليل الكهربائي التي تستخدم مصادر الطاقة المتجددة لتحويل أكاسيد الحديد إلى لوحة الصلب. وتَعِد هذه المبادرة، بقيادة شركة أرسيلور ميتال، بتخفيض انبعاثات ثاني أكسيد الكربون المباشرة بنسبة 2% وتخفيض الاستخدام المباشر للطاقة بنسبة 87%. كما أنها قادرة على إنتاج الفولاذ من المنتجات الثانوية الغنية بأكاسيد الحديد من مخلفات المعادن غير الحديدية.
HYBRIT من إنتاج SSAB وLKAB وVattenfall
مع إمكانية خفض إجمالي انبعاثات ثاني أكسيد الكربون في السويد بنسبة عشرة بالمائة على الأقل، تهدف تقنية اختراق الهيدروجين لصناعة الحديد (HYBRIT) إلى إنشاء سلسلة قيمة خالية من الوقود الأحفوري بدءًا من المناجم وحتى الفولاذ باستخدام الكهرباء والهيدروجين الخاليين من الوقود الأحفوري. سيتم استبدال عملية الفرن العالي التقليدية لتخفيض الفحم بطريقة التخفيض المباشر باستخدام غاز الهيدروجين الخالي من الحفريات. وسيكون المنتج الثانوي في هذه الحالة هو الماء، بدلاً من ثاني أكسيد الكربون.

خلاصة

خارطة الطريق لتحقيقها إزالة الكربون ستتألف صناعة الحديد والصلب من التفكير الابتكاري والرغبة في دمج التكنولوجيا الجديدة. لا يمكن تطوير الشركات العملاقة مثل صناعة الحديد والصلب بين عشية وضحاها. هناك قدر كبير من التخطيط لتلبية الأهداف طويلة المدى والبنية التحتية. ولذلك، فقد حان الوقت للتفكير في إمكانية تنفيذ هذه التغييرات في المستقبل القريب.

حول TTC

لقد حددنا باستمرار قيمة التكنولوجيا الجديدة التي ينفذها طاقمنا التنفيذي الماهر للغاية وذو الخلفيات المهنية لدينا. ومثل محترفي الملكية الفكرية الذين نعمل على تمكينهم، فإن جوعنا إلى التنمية لا ينتهي أبدًا. نحن نحسن ونتكيف وننفذ بطريقة استراتيجية.

تي تي للاستشارات تقدم مجموعة من الحلول الفعالة وعالية الجودة لإدارة الملكية الفكرية الخاصة بك بدءًا من