چرخش سبز

چرخش سبز

قسمتهایی از مطلب زیر، با عنوان چرخش سبز در صنعت فولاد، در تاریخ 19 اسفند 99 در بخش تحلیل روزنامه ی دنیای اقتصاد به چاپ رسید. با توجه به شتاب زدگی نویسندگان آن روزنامه در انتخاب بخش هایی از متن اصلی، انسجام لازم در مطلب چاپ شده ی دنیای اقتصاد از بین رفته است.

 

 

 

گزارش حاضر حاصل بررسی 24 گزارش و مقاله و کتاب است (لیست این مراجع در انتهای گزارش آمده است) که در طول سالهای 2010 تا 2021 نوشته شده و در بر گیرنده ی وجه اشتراکی آن مراجع است و بنابراین می تواند مبنای قطعی آینده ی فولاد، حداقل تا سال 2050 باشد. مواردی که بصورت فونت ایتالیک در این گزارش آمده به همراه شکل ها، از مراجع فوق و بقیه ی موارد، تحلیل اینجانب است.

 

 

 

 

آینده ی فولاد جهانی و مسیر های در پیش رو برای فولادتکنیک

جایگزینی برای فولاد وجود دارد؟
سالهاست که به دلایل مختلف سیاسی، اقتصادی و محیط زیستی، این عبارت نه به شکل یک سوال که به صورت یک الزام و حقیقت آینده ی جهان مطرح گردیده است که دوران طلایی حکومت آهن و فولاد بر سایر عناصر حیاتی طبیعت به پایان رسیده است، اما آیا واقعیت پیش روی جهان نیز چنین است؟
به نکات زیر توجه فرمایید:

-    فولاد ، بارها و بارها می تواند تا 100 درصد بازیافت شود بدون اینکه کیفیت آن پایین آید.
-    در میان تمام مواد ساختمانی، فولاد از بیشترین نسبت استحکام به وزن برخوردار است.
-    فولاد، مهم ترین متریال قرن 21 با قابلیت های نوآوری بالا، بازگشت پذیر و پایدار است.
-    آهن، چهارمین عنصر فراوان در طبیعت است.
-    بطور متوسط، 37 درصد از فولاد های جدید تولید شده، از بازیافت بدست آمده است که این میزان با توجه به افزایش روز افزون قراضه ی فولاد در جهان، در حال افزایش است.
-    در سال 2017، 5 و9 دهم درصد از درآمد صنعت فولاد صرف سرمایه گذاری های جدید و R&D شده است.
-    3500 نوع مختلف فولاد در حال حاضر وجود دارد که 75 درصد از آن، تا 20 سال پیش وجود نداشت.
-    تکنولوژی هایی در حال توسعه اند که با استفاده از آنها، گاز فرایند فولادسازی را می توان به متانول و اتانول تبدیل کرد و از آنها می توان در کاهش استفاده از سوخت فسیلی در بخش های دیگر نظیر حمل و نقل استفاده کرد.
-    از دهه ی 60 میلادی تا کنون مصرف انرژی در تولید یک تن فولاد ، از 50 GJ/t به 20 GJ/t رسیده است.
-    در سال 2018، 630 میلیون تن از ضایعات فولاد، بازیافت شده که منجر به 950 میلیون تن کاهش انتشار CO2 شده است.  ریت یازیافت فولاد در ساختمان 85 درصد، در اتومبیل 90 درصد، در تجهیزات 90 درصد و در تجهیزات برقی، 50 درصد است.
-    فولادهای جدید با استحکام بالاتر و وزن کمتر، در کاربردهای مختلف، بین 25 تا 40 درصد در کاهش وزن و افزایش استحکام کمک کرده اند که باعث کاهش آلودگی های زیست محیطی سایر صنایع مرتبط نیز شده است.
-    با استفاده از AHSS یا Advanced High Strength Steel ، می توان ساختمانهای بلند را با 50 درصد فولاد کمتر نسبت به 50 سال پیش ساخت.
-    در تحقیق صورت گرفته توسط آرسلور میتال، ساخت یک ساختمان 8 طبقه با 13 متر فاصله بین ستون ها ، دو برابر سریع تر از یک ساختمان بتونی زمان بر است و 24 درصد در هزینه ی ساخت کاهش داده می شود و فضای بیشتری جهت اقامت آماده می کند.
-    استفاده از AHSS در خودرو، باعث کم شدن مصرف سوخت در خودروهای با احتراق داخلی می شود و رنج حرکتی خودروهای برقی را نیز افزایش می دهد.
-     امروزه قدرت بدنه ی فلزی خودروها تا 1500 مگاپاسکال رسیده است که بیش از 8 برابر مستحکم تر از 50 سال گذشته است. امروزه بیش از 50 درصد از بدنه ی خودروها از  AHSSساخته می شود.
-    تولید فولادهای AHSS ، 5 برابر نسبت به تولید آلومینیوم و فیبر کربن و 7 برابر نسبت به تولید منیزیوم، انتشار CO2 کمتری دارد.
-    تعدادی از گرید های AHSS ، به گونه ای طراحی شده اند که ضربه ی ناشی از تصادف در جلوی خودرو را جذب کنند و تعدادی از آنها نیز به گونه ای طراحی می شوند که ضربه ی کناری را منحرف کند.
-    20 درصد از خودرو ولو XC40 از hot formed boron steel ساخته شده است که باعث بیشترین ایمنی در خودرو در سال 2018 در جهان شده است.
-    در ساخت خودرو برقی شورلت بولد، از 80 درصد فولاد استفاده شده که 44 درصد آن AHSS است. در ساخت خودرو برقی هیوندای کونا، از 52 درصد AHSS استفاده شده است.
-    بر خلاف اعتقاد عموم، در ساخت غذاهای کنسرو شده ای که در قوطی های فولادی بسته بندی می شود، از هیچ نوع مواد نگهدارنده ی شیمیایی استفاده نمی شود بلکه از تکنیک های فرآوری فشار بالا استفاده می شود که باعث کشتن باکتری ها نیز می شود.
-    در 20 سال گذشته ، وزن قوطی های کنسرو فولادی 33 درصد کاهش یافته و از ورق با ضخامت 2 دهم میلیمتر به 12 صدم میلیمتر رسیده است.
-    بین 17 تا 30 درصد تلفات در لوله های آب قدیمی وجود دارد. با جایگزینی لوله های قدیمی آهنی با لوله های ضد زنگ، در توکیو این تلفات از 17 درصد به 2 درصد رسیده است.


موارد فوق نشان می دهد که تحقیقات گسترده ای در همه ی زمینه ها، از ساختمان گرفته تا خودرو و زیرساختها بر روی تولید و استفاده از فولادهای پیشرفته در حال انجام است. در کنار همه ی این موارد باید در نظر داشت که هم اکنون 25 میلیارد تن فولاد در جهان وجود دارد که با نرخ مشخصی در حال تبدیل شدن به قراضه است به گونه ای که هم اکنون 700 میلیون تن قراضه در سال تولید می شود که این عدد در سال 2050 به 1300 میلیون تن در سال می رسد.
در کنار همه ی این موارد، پارامتر اساسی قیمت که تعیین کننده ی بسیاری از مسیرهای آینده است را که در نظر گیریم، هیچ ماده ای با گستره ی منابع طبیعی آهن و نیز وسعت استفاده ی فولاد در جهان وجود ندارد که بتواند با آن رقابت کند. بنابراین راهی جز استفاده از این حجم وسیع قراضه و تبدیل مجدد آن به فولاد وجود ندارد و روز به روز با پیشرفت تکنولوژی های فولادسازی، بر تنوع تولید فولادهای پیشرفته افزوده می شود به گونه ای که به طور قطع می توان گفت:

جایگزینی برای فولاد حداقل تا 30 سال آینده وجود ندارد.


پیش بینی نیاز به فولاد در جهان
هم اکنون بیش از 25 میلیارد تن فولاد به شکل های مختلف در جهان در حال استفاده است که بنابراین به طور متوسط به ازای هر نفر، 3 تن فولاد وجود دارد اما جهت پیش بینی آنچه که تا سال 2050 در ارتباط با مصرف فولاد اتفاق خواهد افتاد ، لازم است تا به 3 عامل اصلی زیر توجه ویژه کرد:
-    منحنی GDP
-    نرخ شهرنشینی
-    نرخ افزایش جمعیت
در سال 2050، اولین 5 شهر پر جمعیت جهان در قاره های آسیا و آفریقا قرار گرفته و در انتهای قرن بیست و یکم ، تمامی 20 شهر پرجمعیت جهان در قاره های آسیا و آفریقا قرار می گیرند. نکته ی قابل توجه آنکه در میان این 20 شهر، هیچیک از شهرهای چین قرار ندارد و در سال 2100 پرجمعیت ترین شهر جهان ، لاگوس نیجریه با 88 میلیون نفر خواهد بود.
در سال 2050، از جمعیت 10 میلیارد نفری جهان، 3 میلیارد نفر در هند و چین زندگی می کنند که بر اساس شکل زیر، مقدار فولاد در حالِ استفاده در این دو کشور به حداقل 20 میلیارد تن خواهد رسید.  


 
    بر اساس پیش بینی های سازمان ملل، 68 درصد از جمعیت جهان در سال 2050، در شهر ها زندگی می کنند یعنی 6800 میلیون نفر که اگر تعداد جمعیت شهر نشین هند و چین را که به ترتیب، 814 و 1050 میلیون نفر در سال 2050 است، از آن کم کنیم به عدد 4936 میلیون نفر می رسیم. بنابراین به نسبت 71 درصد جمعیت شهرنشین برای جهان به جز دو کشور هند و چین.
شکل زیر نشان می دهد که مقدار GDP با درصد جمعیت شهر نشین نسبت مستقیم دارد و برای درصد شهرنشینی برابر 71 درصد در سال 2050، متوسط GDP بر تعداد جمعیت کشورها (به جز چین و هند) به 15000 دلار خواهد رسید.

 
 
شکل زیر نشان می دهد که برای GDP/capita برابر 15000 دلار، مقدار فولاد در حال استفاده به 8 تن به ازای هر نفر می رسد که اگر فقط 5 میلیارد نفر جمعیت شهرنشین جهان (به جز هند وچین) در سال 2050 را در نظر گیریم، 40 میلیارد تن فولاد در جهان (به جز هند و چین) در سال 2050 وجود خواهد داشت که با احتساب چین و هند، به عدد 60 میلیارد تن فولاد در سال 2050 خواهیم رسید.


تحلیل فوق با فرض در نظر گرفتن تنها جمعیت شهرنشین بود، به عبارتی میزان فولاد مورد نیاز جمعیت غیر شهرنشین برابر صفر منظور شده است که فرضی نادرست است.
به عبارت مختصر، در سال 2050، قطعا بیش از 60 میلیارد تن فولادِ در حالِ استفاده در جهان وجود خواهد داشت. با توجه به 25 میلیارد تن فولادِ سال 2020، 35 میلیارد تن فولاد جدید بر اساس سنگ آهن باید تا سال 2050 تولید شود یعنی به طور متوسط، هر سال 1200 میلیون تن فولاد جدید و این جدای از فولاد تولید شده توسط آهن قراضه است.


 
شکل فوق نشان می دهد که میزان قراضه ای که هر سال مجددا به فولاد تبدیل می شود، چقدر است. مشاهده می گردد که به جز 1200 میلیون تن فولاد جدید سال 2050 که از سنگ آهن تولید می شود، بیش از 1300 میلیون تن نیز از قراضه تولید خواهد شد. بنابراین دو اتفاق بزرگ در صنعت فولاد در سالهای پیش رو به وقوع خواهد پیوست.
-    توسعه ی بسیار زیاد فولاد سازی بر اساس کوره قوس
-    تغییر مسیر تولید فولاد از کوره بلند و کنورتور به احیا مستقیم و کوره قوس
اتفاق اول نتیجه ی تحلیل های فوق الذکر است، اما اتفاق دوم در نتیجه ی مواردی ست که در ادامه می آید.

پیمان پاریس و آینده ی صنعت فولاد
پیمان پاریس در ارتباط با حفظ محیط زیست و کنترل میزان انتشار گازهای گلخانه ای و نیز کنترل گرمایش زمین، در سال 2015 و به دنبال کنفرانس کیوتو به امضای اکثریت کشورهای جهان رسید و تعهدات هر کشور، به عنوان مبنای کنترل محیط زیست از سال 2020 ، لازم الاجرا شد.
متاسفانه با خروج آمریکا از این پیمان و با مشاهده ی رفتار کشورهای مختلف، به روشنی مشخص می گردد که گرچه در ظاهر، سایر کشورها همچنان در پیمان مانده اند، اما عملکرد آنها در انتشار گازهای گلخانه ای و عدم پیاده سازی مقررات سخت گیرانه ی پیمان، تفاوتی میان آنها و آمریکا نگذاشته و به بیان دیگر انگار که در چند سال گذشته چیزی به نام پیمان پاریس وجود نداشته است.
اما 3 نوامبر 2020 و انتخاب بایدن به ریاست جمهوری آمریکا ، تمامیِ بی تفاوتی های گذشته را بر هم زد. امضای نخستین فرمانهای بایدن در بازگشت به پیمان پاریس، تمامی سهل انگاری های گذشته ی همه ی کشورها را با چالشی بزرگ مواجه خواهد کرد و اثراتی که در همین 3 ماه گذشته بر صنعت فولاد گذاشته را در ادامه ی این گزارش خواهیم دید.
بر اساس پیمان پاریس، تا انتهای قرن حاضر، حداکثر افزایش درجه حرارت زمین نباید بیش از 2 درجه از دمای دوران پیش صنعتی زیادتر شود و این مقرراتی به شدت سخت گیرانه است که به خصوص در صنعت فولاد ، چالش های بزرگی را به همراه خواهد داشت. با توجه به آنکه صنعت فولاد باعث ایجاد 8 درصد از کل آلودگی کره ی زمین است، بازیگران اصلی این صنعت به شدت تحت فشارند که انتشار کربن را کاهش دهند. موارد زیر به سرعت در حال انجام است:

-    تغییر نیازهای مشتری و هدایت آن به سمت استفاده از فولادهای دوستدار محیط زیست. این راهکار هم اکنون توسط بسیاری از صنایع به خصوص صنعت اتومبیل سازی آغاز شده است به عنوان مثال شرکتهای تویوتا و فولکس واگن اعلام نموده اند که قصد دارند تا در تمام زنجیره ی تامین کنندگان خود، شرط تولید بدون کربن را الزامی کنند.
-    افزایش قیمت هزینه ی تولید کربن

شکل زیر نشان دهنده ی میزان تولید فولاد از هر یک از دو مسیر اصلی تولید در مناطق مختلف جهان است که بر اساس آمارهای سال 2019 تهیه  شده است:


 
مشاهده می گردد که 72 درصد از مسیر تولید فولاد بر اساس روش کوره بلند – کنورتور انجام می شود و تنها 28 درصد تولید بر اساس کوره قوس صورت می گیرد که در این میان سهم قراضه23 درصد و تنها 5 درصد از کل تولید فولاد در جهان از روش احیا مستقیم انجام می شود.
علت زیاد بودن سهم کوره بلند از تولید فولاد به روشنی واضح است. این روش، قدیمی ترین روش تولید انبوه فولاد در جهان است تا آنجا که هم اکنون واحدهای کوره بلند با بیش از 50 سال عمر، در جهان در حال بهره برداری ست در حالی که عمر مفید این واحدها به پایان رسیده و جهت ادامه ی مسیر تولید آنها دو  راه حل زیر متصور است:
-    بازسازی و به سازی کلی واحدهای موجود و استفاده از تکنولوژی های جدید نظیر تزریق پودر زغال و CCUS و نیز استفاده از گازهای برگشتی
-    حذف واحد موجود و استفاده از تکنولوژیهای جدیدتر نظیر احیا مستقیم


 
شکل فوق نشان دهنده ی میزان انتشار CO2 و نیز میزان انرژی مورد نیاز در روش های مختلف تولید فولاد است. مشاهده می گردد که با ترکیب 80 درصد آهن اسفنجی و 20 درصد قراضه، میزان آلودگی زیست محیطی به 50 درصد روش کوره بلند می رسد. اما در صورتی که میزان قراضه در این ترکیب به 70 درصد برسد، در آنصورت میزان انتشار CO2 به کمتر از 40 درصد روش کوره بلند خواهد رسید.
از طرفی در شکل فوق مشاهده می گردد که میزان انتشار در کوره های قوس با 100 درصد شارژ قراضه به شدت کاهش یافته و به 20 درصد کوره بلند می رسد اما بر اساس تکنولوژیهای موجود با توجه به میزان ناخالصی های همراه قراضه، با این روش تنها می توان به فولادهای سنتی ساختمانی رسید و بدست آوردن فولاد های ویژه در این حالت ، غیرممکن است و لازم است تا درصد مشخصی از DRI یا HBI به همراه قراضه در کوره قوس شارژ شود.
پس لازم است تا ترکیبی از آهن اسفنجی و قراضه در کوره قوس شارژ شود تا به طور همزمان ضمن دست یافتن به فولادهای ویژه، میزان انتشار CO2 نیز در حد قابل قبول باقی بماند. به نظر می رسد که این ترکیب بهینه همان 30 درصد آهن اسفنجی و 70 درصد قراضه باشد


 
قبل از ادامه ی این بحث، نکته ی قابل توجه دیگری نیز در شکل فوق وجود دارد و آن، ردیف دوم یا ترکیب DRI بر پایه ی زغال و کوره قوس است که در آن تولید آهن اسفنجی با استفاده از زغال به جای گاز طبیعی صورت می گیرد. این همان روشی ست که عمدتا در هند به کار گرفته می شود. لازم به ذکر است که در حال حاضر اولین تولید کننده ی آهن اسفنجی جهان، هند و دومین آن ایران است اما با توجه به شکل فوق که در این روش تولید CO2 حتی از روش آلوده کننده ی کوره بلند نیز ، 20 درصد آلوده کننده تر است و با توجه به مقررات شدید پیمان پاریس و اخذ جریمه ی انتشار کربن، قابل پیش بینی ست که واحدهای احیا مستقیم هند که عمدتا بر اساس زغال است، به زودی باید تعطیل گردد. در این خصوص موارد زیر نیز مطرح است که گذشته از موارد زیست محیطی، از نظر فنی و اقتصادی نیز این واحدها را غیر قابل استفاده نشان می دهد:
-    میزان تولید واحد های بر پایه ی گاز بسیار بیش از واحدهای بر پایه ی زغال است به گونه ای که در بهترین شرایط می توان از واحد گازی تا 11 تن در روز به ازای هر متر مکعب فضای مفید راکتور، آهن اسفنجی تولید کرد در حالی که این عدد برای یک واحد احیای بر پایه ی زغال، حداکثر 1 تن در روز به ازای هر متر مکعب است.
-    کیفیت آهن اسفنجی تولیدی در واحد گازی هم از لحاظ MD و هم از لحاظ میزان کربن، بالاتر از واحد زغالی ست.
-    راندمان استفاده از انرژی، در واحدهای گازی بسیار بالاتر است. (در واحدهای زغالی، 16-21 GJ/T  است)
چنان که گفته شد، با توجه به فعال شدن تعهدات پیمان پاریس، هزینه ی انتشار کربن به سرعت افزایش خواهد یافت، به گونه ای که اگر امروز این هزینه برابر با 25 یورو در هر تن CO2 ست، در سال 2026 این عدد به 55 تا 65 یورو و در سال 2050 به 100 تا 150 یورو در هر تن CO2  می رسد.
با این جریمه های سنگین، راه حل کوتاه مدت کوره بلند های فعال در جهان، به سازی از طریق اضافه نمودن واحدهای Carbon Capture ، تزریق پودر زغال ، استفاده از هیدروژن به عنوان جایگزین پودر زغال و استفاده از HBI به عنوان بخشی از شارژ کوره بلند است.
در میان روش های به سازی فوق الذکر برخی آشناترند مانند تزریق زغال یا Carbon Capture ، برخی از آنها نیز قبلا به طور محدود در کوره بلند استفاده شده است، مانند استفاده از HBI در کوره بلندهای آمریکا که هیچ ریسک تکنولوژیکی ندارد و باعث می شود تا کیفیت مواد آهنی ورودی به آن بالا رفته و از زغال کمتری جهت عمل احیا استفاده گردد که نتیجه آن کاهش آلودگی ست. اما آنچه که جدید است، استفاده از هیدروژن در صنعت فولاد است که آینده ی این صنعت را شکل خواهد داد.
سه نوع هیدروژن وجود دارد: هیدروژن خاکستری که از ترکیب متان و بخارآب بدست می آید و در کنار هیدروژن، CO نیز تولید می کند. هیدروژن آبی که از carbon capture بدست می آید و هیدروژن سبز که از الکترولیز آب بدست آمده و مصرف برق بالایی دارد. در صورتی که این برق، از نیروگاه های تجدیدپذیر تامین شود، درینصورت این روش بدون تولید کربن خواهد بود.
اما حتی استفاده از هیدروژن سبز در کوره بلند نیز حداکثر می تواند تا 20 درصد، انتشار کربن را کاهش دهد چرا که کماکان احیا کننده ی اصلی، کک است.
هم اکنون اولین واحد کوره بلند با تزریق هیدروژن سبز به جای PCI در اروپا آغاز به کار کرده است.


 
شکل فوق نشان دهنده ی تغییرات قیمت هیدروژن سبز در آلمان است.چنان که مشاهده می گردد هم اکنون، قیمت هیدروژن سبز در آلمان بیش از 2 برابر هیدروژن خاکستری ست که پیش بینی می شود تا 10 سال آینده با آن برابر شود و سپس در 2050 به نصف هیدروژن خاکستری برسد که این تغییرات به دو دلیل ارزان تر شدن انرژی باد و خورشید و نیز ارزان تر شدن دستگاه های الکترولیز در آینده است. از طرفی گرانتر شدن هیدروژن خاکستری به دلیل انتشار کربن مربوط به آن و افزایش جریمه های این انتشار در آینده است.
روش های بر اساس هیدروژن در صورتی که قیمت هر کیلووات ساعت انرژی تجدیدپذیر به کمتر از 0.027 یورو برسد توجیه پذیر خواهد بود. شکل های زیر به خوبی نشان دهنده ی محدوده ی توجیه پذیر روش های تولید فولاد بر اساس قیمت های CO2 و هزینه ی انرژی تجدیدپذیر است.
 
 

 

بدین ترتیب به نظر می رسد از سال 2040، روش های بر مبنای هیدروژن جایگزین روشهای سنتی تولید فولاد شود.
با این توضیحات، اتفاقات زیر که به صورت پی در پی و با سرعت در حال وقوع است، توجیه پذیر خواهد بود و مسیر آینده ی پیش روی ما در صنعت فولاد جهان را روشن خواهد نمود.
-    شرکت TATA قصد دارد تا 2 عدد کوره بلند و کک سازی و آگلومراسیون خود در انگلستان را حذف نموده و آن را تبدیل به انبار قراضه کرده و به جای آنها واحد فولادسازی مبتنی بر قراضه یعنی EAF نصب کند، که هزینه ی احداث این کوره های قوس ، یک چهارم هزینه ی احداث واحد جدید مبتنی بر سنگ آهن است، چیزی در حدود 150 تا 200 پوند برای هر تن ظرفیت فولاد تولید شده.
-    سال 2018 یکی از دو کوره بلند سوئد در Oxelosund تعطیل شده و تولید آن با EAF جایگزین شده است.
-    هم اکنون بزرگترین واحد تولید آهن اسفنجی بر اساس هیدروژن و بدون انتشار کربن به عنوان یک واحد پایلوت با ظرفیت 250 هزار تن در سال با سرمایه گذاری فوستالپین و توسط شاخه ی انگلیسی میتسوبیشی در حال ساخت است که در سال 2021 به بهره برداری می رسد.
-    سازندگان بزرگ تجهیزات فولادسازی اروپا نظیر SMS آلمان و دانیلی ایتالیا، از هم اکنون کار بر روی فولادسازی بر اساس هیدروژن را شروع کرده اند. واحد لوکزامبورگ آرسلورمیتال نیز برنامه ریزی کرده است که یک واحد فولادسازی هیدروژنی در آلمان احداث کند. تیسن گروپ و سالزجیتر نیز در حال سرمایه گذاری بر روی DRI هستند.
-    میتسوبیشی کمی جلوتر است و در حال امن سازی تولید هیدروژن است. میتسوبیشی هم اکنون یک واحد ساخت تجهیزات تولید هیدروژن را در نروژ خریداری کرده و در حال خرید سهام واحدهای تولید هیدروژن در استرالیا و سایر نقاط دنیاست.
-    اتحادیه ی اروپا در تابستان 2020 اعلام نمود که تا سال 2050 به میزان 470 میلیارد یورو بر روی هیدروژن سرمایه گذاری می کند، که این نوید بخش تولید فولادهای بر اساس هیدروژن در آینده ی نزدیک است.
-    هم اکنون در اروپا و چین روند ادغام واحدهای فولادی شروع شده و در چین ، به جز تعطیل نمودن کوره های القایی ( به دلیل راندمان پایین و آلودگی بالا) برنامه ریزی لازم جهت تعطیلی واحدهای BF/BOF قدیمی و غیراقتصادی انجام شده است.
-    بررسی های صورت گرفته نشان می دهد که CCUS نمی تواند به اهداف اتحادیه ی اروپا جهت حذف انتشار کربن تا سال 2050 برسد. این روش علاوه بر این، مورد توجه عمومی نیز قرار نخواهد گرفت.
بر اساس کتابی که در سال 2020 توسط دولت چین به چاپ رسید و نقشه ی راه فولاد چین پس از 2020 را ترسیم نموده است، در سیر تحولات صنعت فولاد چین در گذار از دوران سنتی به دوران مدرن با رویکرد حذف یا کاهش آلودگی و تولید فولادهای کیفی، موارد زیر مطرح شده است:
-     بین سالهای 1999 تا 2004 به منظور افزایش راندمان تولید فولاد و کاهش مصرف مواد اولیه و انرژی، فولاد سازی های به روش Open Hearth تعطیل شده است.
-    بین سالهای 2005 تا 2009 ، کوره قوس ها و کنورتورهای 20 تن به پایین تعطیل شده است.
-    بین سالهای 2010 تا 2014، کوره بلندهای کوچکتر از 400 مترمکعب و کنورتورها و کوره قوس های 30 تن به پایین  تعطیل شده است.
-    بین سالهای 2015 تا 2020، تعطیلی با معیار ظرفیت به پایان رسید و واحدهای غیر استاندارد و با راندمان پایین کاهش یافتند.
لازم به ذکر است که از سال 2018 دولت چین مالیات سنگینی بر روی تولید گازهای گلخانه ای در تمام صنایع و بدون استثنا گذاشته است. بخصوص صنعت فولاد در معرض سخت گیرانه ترین استانداردهای محیط زیستی تاریخ قرار گرفته است که این می تواند راهگشای اتفاقات آینده در صنعت فولاد جهان باشد.
 
در انتهای این بخش به عنوان نمونه ای از آنچه که در اروپا اتفاق خواهد افتاد، به مطالعه ی انجام شده در سوئد می پردازیم که در سال 2020 به چاپ رسید و 3 سناریوی محتمل برای آینده ی صنعت فولاد سوئد تا سال 2045 ترسیم شده است. این سناریوها در شکل زیر آمده است.


 
بر اساس سناریوی 1، تا سال 2030، کوره بلند و کنورتورهای قدیمی حذف و جای آن را کوره های قوس و واحدهای اصلاح شده ی کوره بلند می گیرد. همانگونه که گفته شد این روش منجر به حذف کامل انتشار کربن نشده و جریمه های سنگین تر کربن راهی جز استفاده از سناریوی 2، باقی نمی گذارد. بر اساس سناریوی 2 ، تا سال 2040 کلیه ی کوره بلند ها تعطیل و به جای آن، از کوره قوس و DRI مبتنی بر هیدروژن استفاده خواهد شد.
سناریوی 3 دقیقا همان سناریوی 2 است با این تفاوت که در این سناریو با توجه به حذف کامل CO2 ، و با توجه به نرخ CO2 ، سرمایه گذاری HBI بسیار سودمند خواهد بود و سوئد را از سال 2035 به صادرکننده ی HBI تبدیل می کند. این صادرات در سال 2045 به 6 میلیون تن در سال خواهد رسید.

توسعه ی واحدهای احیا مستقیم و کوره قوس
همه ی موارد گفته شده تا کنون، آینده ی صنعت فولاد جهان را در حذف تدریجی واحدهای کوره بلند و کنورتور قدیمی و جایگزین نمودن آنها با واحدهای احیا مستقیم و کوره قوس تصویر می کند. قبل از شروع این بخش لازم به ذکر است که به طور متوسط، 80 درصد از HBI تولید شده در جهان از روش میدرکس بدست می آید. با توجه به آنالیز گاز احیا در میدرکس، در روش میدرکس DRI تولید شده با دمای بالاتری می تواند از راکتور خارج شود (در HYL، گاز احیا عمدتا بر پایه ی هیدروژن است) و بنابراین میدرکس برای تولید HBI مناسب تر است. این موضوع البته به جهت نزدیکی تکنولوژی های میدرکس و PERED ،  برای واحدهای PERED نیز صادق است.
جدول زیر نشان می دهد که تنها در طول 5 سال از 2015 تا 2019 ، 50 درصد به تولیدات آهن اسفنجی در جهان اضافه شده است.


 
در این بخش به دو دسته اتفاق در زمینه گسترش واحدهای احیا مستقیم می پردازیم. دسته ی اول مربوط به قبل از نوامبر 2020 و انتخاب بایدن و دسته ی دوم مربوط به پس از این تاریخ و سرعت چشمگیر افزایش اتفاقات روی داده در این دوران جدید، که راهگشای اصلی مسیر آینده است.
دسته ی اول: قبل از نوامبر 2020
-    در آفریقای شمالی 11 پروژه ی احیا مستقیم با ظرفیت 14 و هفت دهم میلیون تن در الجزایر و مصر و لیبی، در حال بهره برداری ست یا ساخته شده و یا در حال نصب است. در مقابل، تنها 2 کوره بلند با مجموع ظرفیت 2 میلیون تن ساخته شده که یکی از آنها در سال 1979 در مصر و دیگری در سال 2017 در الجزایر به بهره برداری رسیده است.
-    در سال 2019، تولید احیا مستقیم 6 و نیم میلیون تن در برابر 750 هزار تن چدن در شمال آفریقاست.
-    الجزایر در سال 2018، بزرگترین واحد احیا مستقیم همزمان HDRI/CDRI را با ظرفیت اسمی 2 ونیم میلیون تن ساخته است.
-    واحد جدید 2 ونیم میلیون تنی احیا در الجزایر با سرمایه گذاری مشترک قطر و الجزایر در حال ساخت است.
-    تولید DRI نسبت به 2018، 1 درصد افزایش یافته در حالی که در همین مدت تولید HBI، 7 درصد افزایش یافته است.
-    روسیه با تمام ظرفیت در حال تولید DRI است.
-    راه اندازی دو واحد بزرگ در الجزایر و آمریکا در  سال 2021، تولید آهن اسفنجی را  4 و 4 دهم میلیون تن افزایش می دهد
-    در ایران، پاسارگاد راه اندازی یک واحد 1 و نیم میلیون تن را گزارش داده است و 8 واحد دیگر که 6 تای آنها در ایران است، در فازهای مختلف اجرایی هستند که با راه اندازی آنها ، 7 و نیم میلیون تن به تولید آهن اسفنجی اضافه می شود.
-    در ژانویه 2019 ساینواستیل قرارداد احداث یک واحد میکرو مدول 250 هزارتنی با تکنولوژی HYL را با Tenova امضا کرد. این واحد در بولیوی ساخته می شود.
-    یک واحد 300 هزارتنی PERED نیز در چین در حال ساخت است.

اما نقشه ی روشنگر این قسمت، تجارت آهن اسفنجی در سال 2019 در جهان است.


 
-    در سال 2019 بزرگ ترین صادرکننده روسیه با 3 و 6 دهم میلیون تن که عمدتا HBI بوده است. پس از آن ترینیداد و توباگو با 1 و 7 دهم میلیون تن CDRI که تقریبا همه ی آن به آمریکا صادر شده است و پس از آن آمریکاست که 800 هزار تن HBI را به مکزیک و اتریش صادر کرده است. این 3 کشور به همراه ایران بزرگ ترین صادرکنندگان آهن اسفنجی در جهان هستند.
-    در سال 2019، 30 کشور واردکننده ی CDRI/HBI هستند که 3 کشور اول ایتالیا و آمریکا و چین با واردات هر کدام بین 1 و6 دهم تا 1 و 8 دهم می باشند.
دسته ی دوم اتفاقات که پس از نوامبر 2020 به سرعت در حال وقوع است به شرح زیر می باشد:
-    شرکت HBIS چین که دومین تولید کننده ی فولاد چین با تولید 45 میلیون تن درسال است، در دسامبر 2020، قراردادی را جهت احداث یک واحد 600 هزار تنی احیا مستقیم با تکنولوژی Energiron امضا نموده است که در طول یک سال و در پایان 2021 به بهره برداری برسد. طراحی این واحد به گونه ای ست که در ابتدا از گاز طبیعی و سپس با تجاری شدن قیمت هیدروژن، می تواند تا 100 درصد از هیدروژن به عنوان گاز احیا استفاده کند. تمام این اقدامات در جهت مقررات سخت پیمان پاریس است.
-    در فوریه ی سال 2021، شرکت کوبه ژاپن اعلام نمود که با موفقیت تکنولوژی میدرکس را با واحد کوره بلند 4800 مترمکعبی ترکیب نموده و انتشار CO2 را 20 درصد کاهش داده است.
-    و در 28 فوریه 2021 یعنی در هفته ی گذشته، قرارداد ساخت بزرگترین واحد HBI جهان به ظرفیت 2.08 میلیون تن در سال، بین شرکت پرایمتالز (با تکنولوژی میدرکس) و میخاییلوفسکی روسیه منعقد شد. بر اساس این قرارداد، بهره برداری از این واحد در نیمه ی اول 2024 انجام خواهد شد.

مسیر پیش روی ما
حداقل در 3 نقطه ی جهان، با توجه به همه ی مطالب گفته شده و بر اساس برنامه ریزی های صورت گرفته، واحدهای قدیمی کوره بلند جای خود را به کوره های قوس و واحدهای احیا مستقیم خواهد داد.
چین با 800 میلیون تن از مسیر کوره بلند، اتحادیه اروپا با 100 میلیون تن و کره جنوبی با 50 میلیون تن به روش کوره بلند در این دسته قرار می گیرند. حتی اگر نیمی از این واحدها تا سال 2050 حذف شده و به EAF تبدیل شوند، در آنصورت حجم HBI مورد نیاز ، چند برابر تولید فعلی جهان خواهد بود.
 در کنار همه ی اینها، هند قرار دارد که با توجه به رشد تولید فولاد این کشور در طول 30 سال آینده، پیش بینی می گردد که در سال 2050 به حداقل 400 میلیون تن فولاد در سال نیاز داشته باشد. این بدین معناست که 4 برابر تولید فعلی هند در سال 2050 به فولاد نیاز دارد که این خود با توجه به نزدیکی ایران به هند و قیمت بسیار زیاد گاز طبیعی در هند، توجیه کننده ی احداث واحدهای فراوان تولید  HBI فقط به منظور تامین آهن اسفنجی مورد نیاز آن کشور است.

بنظر می رسد که نیاز به آهن اسفنجی در جهان در سال 2050 به بیش از 500 میلیون تن در سال برسد یعنی نزدیک به 5 برابر تولید فعلی و روشن است که تا ارزان شدن انرژی تجدیدپذیر و ارزان شدن هیدروژن راه درازی باقی ست. تا آن زمان راه حل پیش روی جهان، استفاده از HBI تولید شده در کشورهایی ست که از مزیت گاز طبیعی ارزان قیمت استفاده می کنند که ایران در صدر لیست این کشورهاست.

به عنوان حسن ختام در کاریکاتور زیر به روشنی و با جزئیات دقیق نشان داده می شود که آینده ی فولاد جهان چگونه ترسیم خواهد شد:


 

و کلام آخر اینکه، اکنون ما در نقطه ی عطف تولید فولاد در جهان قرار گرفته ایم و بهترین فرصت جهت سرمایه گذاری در احیا مستقیم و تولید HBI با هدف صادرات ، امروز فراهم شده است.

خلیل سجاد – اسفند 1399

 

مراجع
1-    Encyclopedia of Iron, Steel, and Their Alloys - 2016
2-    Climate change mitigation – 2019
3-    World Direct Reduction Statistics by Midrex - 2019
4-    A bright future for UK steel - 2016
5-    Carbon commentary – 2020
6-    Chindia steel industry forecast in 2040 – 2011
7-    Direct from Midrex – 2020
8-    Future of steelmaking – 2020
9-    Global HBI-DRI market – 2020
10-    Global steel industry future – 2017
11-    Low carbon trasition of the steel industry Swedish case study – 2020
12-    McKinsey report - Decarbonization Challenge for Steel – 2020
13-    Resources trend and use of DRI in steel making – 2015
14-    Steel demand beyond 2030 – 2017
15-    Steel market in - 2020
16-    Steel production costs - 2015
17-    Steel Resources and Energy Quarterly - 2018
18-    Steel statistical yearbook – 2019
19-    Steel outlook – 2019
20-    Steel Facts – 2019
21-    Sustainable Steel – 2020
22-    The Road Map of China’s Steel Industry – 2020
23-    The current capacity shake up in steel and how the industry is adapting-Mckinsey 2018
24-    WorldSteel in Figures - 2020