أهم التقنيات العالمية لتمكين صناعة الصلب النظيف.. إزالة الكربون من إنتاج الفولاذ اختبار جدية تحقيق الأهداف المناخية

تمثل إزالة الكربون من صناعة الصلب تحديًا حاسمًا يجب التغلب عليه إذا كان العالم سيحقق أهدافه المناخية.

يساهم إنتاج الصلب بحوالي 11% من انبعاثات ثاني أكسيد الكربون العالمية، مما يجعله واحدًا من أثقل الصناعات الملوثة وقطاعًا عالي الانبعاثات يركز عليه تحالف المحركون الأوائل، وهي مبادرة تسعى إلى تجميع الطلب على منتجات انبعاثات قريبة من الصفر و الخدمات عبر بعض الصناعات الأكثر تلويثا في العالم.

وتتمثل مهمة التحالف في دفع الاستثمار وتسريع توسيع نطاق التكنولوجيات المتقدمة اللازمة لصنع هذه المنتجات من خلال إظهار إشارة طلب موثوقة على المنتجات الخالية من الكربون بشكل كبير.

ولكن كيف يمكن إبراز هذه التقنيات المبتكرة وتوسيع نطاقها؟ كان تحدي تحالف First Movers Coalition الذي يقترب من الصفر من الصلب عبارة عن مبادرة عالمية اختتمت مؤخرًا من قبل المنتدى الاقتصادي العالمي وGreenhouse، بدعم من الشركاء Boston Consulting Group وDeloitte وResponsibleSteel وRMI.

وتهدف إلى تحديد الشركات التي ستقوم بتوريد منتجات الصلب النهائية عند عتبات الانبعاثات القريبة من الصفر لشركة First Movers بحلول عام 2030، والشركات التي تسعى إلى شراء منتجات الصلب هذه، والشركات التي توفر التقنيات التمكينية لإنتاج الصلب عالي الخالي من الكربون.

تعرض التقديمات السبعين لهذا التحدي الأخير المتمثل في تمكين التقنيات حلولاً عبر العديد من الفئات الفرعية التي يحتاجها منتجو الصلب لإنتاج فولاذ ذو انبعاثات قريبة من الصفر.

قامت لجنة خبراء بتقييم المشاركات الـ 70 إلى 17 من كبار المبتكرين بناءً على الملاءمة والجدوى وقابلية التوسع والاستعداد التكنولوجي والتأثير، مع حصول كل فئة فرعية من التكنولوجيا على أعلى تصنيف.

الهيدروجين النظيف

يعد الهيدروجين عامل تمكين حاسم لعمليات إنتاج انبعاثات قريبة من الصفر عبر الصلب وغيرها من الصناعات التي يصعب تخفيفها، ويتزايد الطلب على المنتج. ويمكن إنتاجه من موارد مختلفة مثل الغاز الطبيعي والطاقة النووية والكتلة الحيوية والطاقة المتجددة مثل الطاقة الشمسية وطاقة الرياح.

على الرغم من عدم انبعاث أي غازات دفيئة عند استخدام الهيدروجين كمصدر للطاقة، فإن إنتاجه يفرق بين الوقود “النظيف” والوقود الذي تقترب انبعاثاته من الصفر.

تصف الألوان المختلفة الأنواع المختلفة للهيدروجين : غالبًا ما يتم إنشاء الهيدروجين الأخضر عن طريق التحليل الكهربائي باستخدام الطاقة المتجددة، في حين يتم إنتاج الهيدروجين الرمادي والأزرق عادةً من خلال إعادة تشكيل غاز الميثان بالبخار أو تغويز الفحم. يتم تصنيع الهيدروجين الأزرق بشكل مشابه للهيدروجين الرمادي ولكن مع الكربون المأخوذ من الغاز الطبيعي المستخدم.

كانت شركة Molten Industries ، وهي شركة مقرها كاليفورنيا، هي الشركة المقدمة ذات التصنيف الأخضر المعتمد على الهيدروجين الأخضر في تحدي الصلب. إنهم يركزون على إنتاج هيدروجين محايد للكربون للفولاذ الصافي باستخدام الانحلال الحراري للميثان، وهي عملية يتم فيها تطبيق الطاقة الحرارية على الميثان لكسر الرابطة الكيميائية بين الكربون والهيدروجين. ونتيجة لذلك، يتم إنتاج الجرافيت، وهو منتج كربوني صلب يمكن استخدامه في بطاريات أيونات الليثيوم أو أقطاب فرن القوس الكهربائي بدون انبعاثات ثاني أكسيد الكربون وغاز الهيدروجين.

التخفيض المباشر

عادة ما تكون تكنولوجيا صناعة الصلب التي تستخدم الهيدروجين عبارة عن اختزال مباشر لخام الحديد، وتسمى صناعة الحديد المعتمد على الهيدروجين أو H2-DRI. في أفران الأكسجين الأساسية التقليدية، يتم تقليل خام الحديد باستخدام الوقود الكربوني مثل فحم الكوك (القائم على الفحم)، وأفران التسخين حتى 1600 درجة مئوية. ومع ذلك، في الاختزال المباشر، يمكن أن يعمل الهيدروجين أيضًا كعامل اختزال: فهو يتفاعل مع خام الحديد لإزالة الأكسجين، مما ينتج عنه الحديد المعدني، مع عمليات H2-DRI التي تعمل تحت نقطة انصهار الحديد البالغة 1200 درجة مئوية .

وجاءت الشركة الفرنسية GravitHy التي حصلت على أعلى الدرجات في مجال التخفيض المباشر ، والتي يعمل حلها بالكامل بالهيدروجين منخفض الكربون. باستخدام عملية H2-DRI المتكاملة، يمكن لشركة GravitHy إنتاج الحديد المقولب الساخن، وهو شكل متميز من الحديد المختزل المباشر لصناعة الصلب. يمكن تخزين هذا الحديد المقولب الساخن وشحنه لمسافات طويلة لاستخدامه في أفران القوس الكهربائي أو المصهرات أو الأفران العالية لإنتاج الفولاذ منزوع الكربون.

من العوائق الكبيرة أمام تسويق الهيدروجين منخفض الكربون هو التكاليف المرتبطة بعملية إنتاجه. وهذا يعني أن هناك حاليًا عددًا قليلاً من المشاريع التجريبية لإنتاج الفولاذ المعتمد على الهيدروجين، مثل مشروعين سويديين: HYBRIT (شراكة بين SSAB وVattenfall وLKAB) و H2 Green Steel ، والذي من المقرر أن يبدأ الإنتاج في عام 2025.

إن توسيع نطاق إمدادات الهيدروجين الأخضر قد يشمل خفض التكاليف المرتبطة بتقنيات الأقطاب الكهربائية من خلال الابتكار وتقنيات السطح لتخزين الهيدروجين بشكل أكثر كفاءة.

التحليل الكهربائي

التحليل الكهربائي هو عندما يتم تمرير تيار كهربائي من خلال المنحل بالكهرباء (محلول يحتوي على أيونات) لدفع تفاعل كيميائي غير عفوي. وفي العديد من التطبيقات، يعني ذلك تقسيم الماء إلى هيدروجين وأكسجين. تعمل تقنيات التحليل الكهربائي على إنتاج الحديد والألومنيوم والهيدروجين الأخضر والعديد من المواد الأخرى بكفاءة.

كان التحليل الكهربائي لأكسيد المنصهر من شركة بوسطن ميتال عبارة عن محلول تحليل كهربائي عالي الدرجات ينتج عنه حديد منصهر عالي النقاء من خام الحديد منخفض الجودة باستخدام الكهرباء فقط. إنه يزيل انبعاثات النطاق الأول المنسوبة إلى إنتاج الصلب، ويقلل من انبعاثات النطاق الثالث للعملاء النهائيين ويمكن تطبيقه على أي درجة من خام الحديد.

كما قدمت شركة Xi’an LONGI Hydrogen Energy Technology Company عرضًا تقديميًا لتكنولوجيا المحلل الكهربائي عالي الدرجات مع التركيز على المحلل الكهربائي القلوي الجديد الذي يقلل باستمرار من استهلاك الطاقة ويحسن فعالية تكلفة إنتاج الهيدروجين الأخضر.

على الرغم من أن اعتماد التحليل الكهربائي على نطاق واسع لا يزال يواجه تحديات تتعلق بالتكلفة والكفاءة وتطوير البنية التحتية، فإن العدد المتزايد لمشاريع الهيدروجين الأخضر يعني أن تكنولوجيا التحليل الكهربائي من المرجح أن تستمر في تزايد شعبيتها.

تكنولوجيا الفرن

تسعى تقنيات الأفران المتقدمة إلى ابتكار الأنظمة والتقنيات والأساليب المختلفة المرتبطة ببناء الأفران وتصميمها وتشغيلها. وتوجد بالفعل العديد من التكنولوجيات الممكنة التي يمكنها تعزيز عملية إزالة الكربون من صناعة الصلب، مثل أفران القوس الكهربائي، التي تحل بالفعل محل أفران الأكسجين الأساسية التقليدية كثيفة الكربون في العديد من البلدان.

قدمت شركة Coolbrook الفنلندية تكنولوجيا الأفران الأعلى تصنيفًا. تم تصميم تقنية RotoDynamic الخاصة بها لتوليد حرارة عملية عالية الحرارة تصل إلى 1700 درجة مئوية.

يتم تشغيله بالكهرباء، مما يلغي الحاجة إلى حرق الوقود الأحفوري لخلق درجات حرارة عالية. ومن المحتمل أن يزيل 600 ميجا طن من انبعاثات ثاني أكسيد الكربون العالمية المرتبطة بالحديد والصلب سنويًا.

احتجاز الكربون واستخدامه وتخزينه

في حين أن التقنيات المبتكرة والمتقدمة قد تقلل بشكل كبير من انبعاثات إنتاج الصلب، فإن تكنولوجيا احتجاز الكربون واستخدامه وتخزينه (CCUS) تسمح بالتقاط الانبعاثات والانبعاثات المتبقية من عمليات الأفران العالية التقليدية، لا سيما في حين تظل حلول إزالة الكربون العميقة غير متاحة على نطاق واسع بسبب التكلفة العالية. أقساط التأمين.

وتُعد عملية احتجاز ثاني أكسيد الكربون وتخزينه أيضًا أداة رئيسية لإزالة الكربون في قطاعات أخرى، مثل إنتاج الأسمنت والألمنيوم.

حصل حل “UNO MK3” الخاص بالشركة الأسترالية KC8 على أعلى الدرجات في إدخالات تحدي احتجاز الكربون واستخدامه وتخزينه.

يمكن تعديل حل احتجاز الكربون هذا ليناسب مصادر الانبعاثات واسعة النطاق، وعادةً ما تكون تكاليفه الرأسمالية والنفقات التشغيلية أقل من احتجاز الكربون القائم على الأمينات ويمكنه مركزية وحدة التجديد لمعالجة منطقة واسعة مثل تطبيقات مصانع الصلب.