آیا امکان تولید فولاد بدون الایندگی وجود دارد؟

آزمایش یک راکتور آزمایشی جدید که از کربن استفاده نمی کند. گامی به سوی فناوری تولید فولاد بدون آلایندگی. اما زمان طولانی خواهد بود

کیسی کرونهارت

وقتی به رآکتور آزمایشی جدیدی که بوستون متال برای تولید فولاد بدون کربن استفاده خواهد کرد نگاه می‌کنید، مشخص می‌شود که کار برای کاهش تأثیر آب و هوای محصول چقدر عالی است. ساختار، به اندازه یک اتوبوس مدرسه، با این وجود است قطره ای در اقیانوس صنعت فولاد که سالانه نزدیک به 2 میلیارد تن تولید می کند و به ازای هر تن فولاد تولیدی حدود 2 تن دی اکسید کربن تولید می کند که به 10 درصد از انتشار جهانی می رسد..

انتظار می‌رود بازار جهانی فولاد تا سال 2050 حدود 30 درصد رشد کند و تا آن زمان برخی از بزرگترین تولیدکنندگان فولاد متعهد شده‌اند که انتشار خالص آلاینده‌ها را صفر کنند. مگر اینکه تغییرات عمده ای در صنعت رخ دهد و به سرعت، این هدف ممکن است دست نیافتنی باشد.

راکتور جدید بوستون متال که اخیراً در مقر آن در شمال بوستون نصب شده است، نشان دهنده گامی مهم در مسیر تجاری سازی این شرکت است. این استارتاپ از زمان تأسیس در سال 2013، فرآیندی را برای تولید فولاد سبز، پردازش جزئیات در امکانات محدود، توسعه داده است. راکتور جدید، همراه با دور جمع آوری کمک های مالی آینده، گام بعدی را برای شرکت در حال رشد نشان می دهد.

اگر بوستون متال بتواند با فرآیند تولید پاک خود به مقیاس برسد و به برق تجدیدپذیر کافی برای راه اندازی آن دسترسی داشته باشد، این شرکت می تواند به حل یکی از سخت ترین چالش های کنترل انتشار کربن در جهان کمک کند.

یک رویکرد جدید

فولاد در همه چیز از خودرو گرفته تا ساختمان ها و توربین های بادی استفاده می شود، اما کربن زدایی این صنعت به هیچ وجه آسان نیست.سوخت های فسیلی برای فولادسازی امروزی ضروری هستند. بیشتر تولید فولاد در یک کوره بلند آغاز می شود، جایی که یک ماده مشتق شده از زغال سنگ به نام کک، که تقریباً کربن خالص است، با سنگ آهن، مخلوطی از اکسیدهای آهن و سایر مواد معدنی واکنش می دهد. این واکنش اکسیژن تولید می کند و آهن مایع را پشت سر می گذارد. سپس کربن و اکسیژن با هم به صورت دی اکسید کربن آزاد می شوند.

محلول Boston Metal یک رویکرد کاملاً جدید است که الکترولیز اکسید مذاب (MOE) نامیده می شود.. به جای استفاده از کربن برای حذف اکسیژن، این فرآیند به جریان الکتریسیته در سلولی پر از مخلوطی از اکسیدهای آهن محلول همراه با سایر اکسیدها و مواد متکی است. الکتریسیته سلول را تا حدود 1600 درجه سانتیگراد گرم می کند و آن را در یک سوپ اکسید داغ حل می کند.

الکتریسیته علاوه بر گرم کردن اجزای مختلف، واکنش‌های شیمیایی حذف اکسیژن را تحریک می‌کند. آهن مذاب در ته راکتور جمع می شود و به جای دی اکسید کربن، اکسیژن گازی آزاد می شود. Tadeu Carneiro، مدیر عامل Boston Metal می‌گوید از آنجایی که ناخالصی‌ها عمدتاً خارج از واکنش باقی می‌مانند، فرآیند MOE می‌تواند سنگ آهن با کیفیت پایین را کنترل کند، که می‌تواند یک مزیت بزرگ این فناوری باشد.

تغییر اندازه

فرآیند فولادسازی بوستون متال بر روی مواد محققین MIT دونالد سادووی و آنتوان آلانور در اواسط دهه 2000 توسعه یافت.این تحقیق در راکتورهای کوچکی به اندازه یک فنجان قهوه پیشرفت کرد; این نسخه های آزمایشگاهی اکنون در چند روز آهنی به اندازه بادام زمینی تولید می کنند.

استفان بروک، معاون ارشد فناوری در بوستون متال، می‌گوید که چالش بزرگی که تاکنون در انتقال به راکتورهای بزرگ‌تر وجود دارد، مربوط به پایداری آند بی‌اثر است، قطعه‌ای از فلز ساخته شده از مخلوط فولاد و کروم. اگر راکتور به درستی کار کند، آند در واکنش شرکت نمی کند: فقط راهی برای حرکت الکتریسیته از طریق سلول فراهم می کند. اما اگر تعادل بین شرایطی مانند توزیع جریان و شیمی الکترولیت کاملاً صحیح نباشد، آند به سرعت تجزیه می‌شود.

این و چالش‌های دیگر می‌توانند با راکتور آزمایشی جدید، که حدود هزار برابر بزرگ‌تر از نسخه تحقیقاتی است، جدی‌تر شوند. راکتور جدید تا 25000 آمپر جریان دارد (در خانه معمولا بین 100 تا 200 است).دارای آندهای بیشتر و تمام عناصر اولین سلول صنعتی آینده است که حدود 10 برابر بزرگتر خواهد بود..

ساخت رآکتور آزمایشی تقریباً کامل شده است و انتظار می‌رود آزمایش‌ها در ماه اوت آغاز شود. ابتدا، با آندهای کربن برای تولید فروآلیاژها، فلزات با ارزشی که می‌توانند در فرآیند الکترولیز مشابه فرآیند تولید فولاد تولید شوند، استفاده می‌شود. بروک می‌گوید پس از این آزمایش، تیم قصد دارد راکتور را برای استفاده در فولادسازی در اوایل سال آینده تبدیل کند.

هنوز یک مسیر طولانی برای رفتن هست

راه اندازی راکتور آزمایشی گامی تعیین کننده برای یک پروژه نمایشی در مقیاس تجاری است که از پنج سلول بزرگتر تشکیل شده و انتظار می رود در سال 2026 تکمیل شود. Boston Metal در حال جمع آوری بودجه برای دستیابی به این هدف است. .

هنگامی که یک ساختار تجاری راه اندازی شد، این شرکت قصد دارد مجوز فناوری خود را صادر کند و با فولادسازان موجود برای نصب و راه اندازی راکتورها همکاری کند. اما فرآیندی مانند MOE که برای صنعت جدید است، زمان می برد تا با بازیگران موجود ادغام شود. مکس آهمان، استاد انرژی و سیستم‌های زیست محیطی در دانشگاه لوند در سوئد، می‌گوید: «هنوز چند سال آزمایش طول می‌کشد تا نشان دهیم می‌توان به مقیاس دست یافت». “و شما هیچ ایده ای از هزینه ها ندارید”.

اهمن ادامه می‌دهد که سایر روش‌های جدید که اکنون آزمایش می‌شوند ممکن است ساده‌تر نشان داده و مقیاس شوند.به طور خاص، فرآیندی به نام کاهش مستقیم، که امروزه به طور گسترده مورد استفاده قرار می گیرد، می تواند برای تولید فولاد بدون کربن اصلاح شود.. این سیستم از گاز طبیعی برای واکنش با سنگ آهن جامد و تولید آهن استفاده می کند. این فرآیند، مانند ذوب در کوره بلند، دی اکسید کربن را نیز آزاد می کند، زیرا کربن موجود در گاز است که عمدتاً متان است که با اکسیژن موجود در سنگ معدن واکنش داده و آن را از آهن جدا می کند.اما اگر به جای گاز طبیعی از هیدروژن استفاده شود، بخار آب متصاعد می شود.

فولادساز سوئدی SSAB در حال ساخت یک کارخانه آزمایشی بزرگ برای آزمایش احیای مستقیم هیدروژن است که انتظار می رود در حدود سال 2026 به تولید صنعتی در مقیاس صنعتی برسد. MOE در نهایت می تواند عمدتاً انتخاب شود زیرا می تواند از طیف گسترده تری از مواد اولیه نسبت به مواد معدنی ساده با کیفیت بالا که برای احیای مستقیم لازم است استفاده کند..

خواه فولادسازان به هیدروژن یا فرآیندهای برقی مانند MOE بوستون متال روی بیاورند، با این حال، برای کاهش انتشار گازهای گلخانه ای به برق تجدیدپذیر بسیار بیشتری نیاز دارند.برآورد محققان دانشگاه کلمبیا نشان داد که اگر تولید جهانی فولاد در کوره‌های بلند همه به فرآیند MOE بوستون متال تبدیل شود، برای راه‌اندازی آن‌ها بیش از 5000 تراوات ساعت برق مصرف می‌شود که حدود 20 درصد از مصرف انرژی جهانی در سال 2018 است. هیدروژن نیز نیاز به برق بالایی دارد.

اگر برق از سوخت های فسیلی تامین شود، ساخت فولاد به این روش به معنای مبادله یک منبع انتشار گازهای گلخانه ای با منبع دیگر است..اما اگر از منابع تجدید پذیر یا سایر منابع بدون کربن باشد، می تواند به طور قابل توجهی بر آلودگی کربن تأثیر بگذارد.. در هر صورت، قیمت برق باید به میزان قابل توجهی کاهش یابد تا این فرآیند اقتصادی شود.

علیرغم وعده‌های فناوری‌های جدید، هنوز راه زیادی تا دستیابی به کاهش انتشار گازهای گلخانه‌ای باقی مانده است. ربکا دل، مدیر برنامه صنعتی در سازمان غیرانتفاعی ClimateWorks می‌گوید: «شستشوی سبز زیادی در صنعت فولاد و همچنین خوش‌بینی نسبت به مراحل اولیه پیشرفت وجود دارد. او ادامه می دهد: «تبادل شور و شوق برای پروژه ها با پیشرفت آسان است».

بوستون متال برای تولید فولاد سبز در مقیاس قابل توجهی با چالش های بی شماری روبرو خواهد شد، اما کارنیرو، حداقل، از این که این مسیر را در پیش گرفته است، هیجان زده است. او در پایان می‌گوید: «این فرصتی است که یک بار در زندگی به دست می‌آید. فولاد مورد نیاز است و دیگر نمی توان مشکل آلاینده ها را به تعویق انداخت.

تصویر: Pixabay، Nobull

کپی با ذکر منبع : فراز اندیشه