درباره این ویدئو
در این ویدئو از DW News، یکی از مهم‌ترین مسیرهای کربن‌زدایی صنعت فولاد بررسی می‌شود: جایگزین‌کردن زغال‌سنگ و کک با هیدروژن سبز در فرآیند احیای سنگ‌آهن. گزارش با حضور در یک پروژه پیشرو در شمال سوئد نشان می‌دهد چگونه می‌توان زنجیره سنتی کوره بلند را تغییر داد و آهن را بدون وابستگی مستقیم به کربن فسیلی تولید کرد. (YouTube)
محور اصلی ویدئو فقط یک فناوری جدید نیست؛ بلکه پرسشی بزرگ‌تر را مطرح می‌کند: آیا این روش می‌تواند در مقیاس صنعتی، هم از نظر فنی و هم از نظر اقتصادی، جایگزین بخشی از فولادسازی سنتی جهان شود؟
🌍 چرا صنعت فولاد به یک فناوری جدید نیاز دارد؟
تولید فولاد یکی از صنایع انرژی‌بر جهان است و در روش سنتی، بخش بزرگی از انتشار CO₂ در مرحله تبدیل سنگ‌آهن به آهن اتفاق می‌افتد.
در کوره بلند، کک و زغال‌سنگ فقط منبع حرارت نیستند؛ کربن نقش عامل احیاکننده را نیز بر عهده دارد و اکسیژن موجود در اکسیدهای آهن را جدا می‌کند. محصول این واکنش‌ها علاوه بر آهن، حجم قابل‌توجهی دی‌اکسیدکربن است.
DW در زمان انتشار این گزارش در سال ۲۰۲۳ سهم صنعت فولاد را حدود ۶ درصد از انتشار جهانی CO₂ عنوان می‌کند؛ منابع اروپایی نزدیک به همان زمان این مقدار را حدود ۷ درصد برآورد کرده‌اند. (YouTube)
مسیر سنتی را می‌توان چنین خلاصه کرد:
⛰️ Iron Ore + ⚫ Coal/Coke → 🔥 Blast Furnace → 🌋 Hot Metal + CO₂ → 🏭 Steelmaking
مشکل اصلی درست در همین قسمت است: کربن بخشی اساسی از فرآیند احیای سنتی محسوب می‌شود.
💧 راه‌حل پیشنهادی؛ جایگزینی کربن با هیدروژن
در این ویدئو، پروژه‌ای در سوئد نمایش داده می‌شود که تلاش می‌کند به‌جای کربن از Hydrogen یا هیدروژن برای جداکردن اکسیژن از سنگ‌آهن استفاده کند.
در این روش، هیدروژن با اکسیژن موجود در اکسید آهن واکنش می‌دهد و به‌جای تولید CO₂، محصول اصلی واکنش آب یا بخار آب خواهد بود. این همان اصل بنیادی فناوری‌هایی مانند HYBRIT است که در سوئد توسط SSAB، شرکت معدنی LKAB و شرکت انرژی Vattenfall توسعه یافته‌اند. (ManagEnergy)
بنابراین تفاوت بنیادی دو مسیر چنین است:
روش سنتی: Iron Ore + Carbon → Iron + CO₂
مسیر هیدروژنی: Iron Ore + Hydrogen → Iron + H₂O
همین تغییر ظاهراً ساده، می‌تواند یکی از بزرگ‌ترین منابع انتشار کربن در زنجیره تولید فولاد را حذف کند.
⚡ هیدروژن سبز چگونه تولید می‌شود؟
هیدروژن به‌خودی‌خود لزوماً «سبز» نیست. اگر انرژی لازم برای تولید آن از سوخت‌های فسیلی تأمین شود، بخش مهمی از مزیت زیست‌محیطی آن از بین می‌رود.
در فرآیندی که در این ویدئو بررسی می‌شود، هدف استفاده از Green Hydrogen است.
آب با استفاده از دستگاه Electrolyzer و برق تجدیدپذیر به هیدروژن و اکسیژن تجزیه می‌شود:
💧 Water + ⚡ Renewable Electricity → Electrolysis → H₂ + O₂
در شمال سوئد، دسترسی به منابع گسترده برق کم‌کربن، به‌ویژه برق‌آبی و بادی، یکی از عواملی است که این منطقه را برای توسعه چنین پروژه‌هایی مناسب کرده است. (ManagEnergy)
⛰️ آماده‌سازی سنگ‌آهن برای احیای مستقیم
سنگ‌آهن پیش از تبدیل‌شدن به فولاد باید آماده فرآیند احیا شود.
در مسیر جدید، مواد آهن‌دار آماده‌شده وارد واحد Direct Reduction می‌شوند. برخلاف کوره بلند که از کک استفاده می‌کند، در اینجا گاز هیدروژن وظیفه حذف اکسیژن از سنگ‌آهن را بر عهده دارد.
فرآیند اصلی به شکل زیر است:
Iron Ore / Pellets → Preparation → Hydrogen Direct Reduction → Sponge Iron
محصول این مرحله Direct Reduced Iron – DRI یا همان آهن اسفنجی است. پروژه آزمایشی HYBRIT در Luleå سوئد نیز در سال ۲۰۲۱ موفق به تولید آهن اسفنجی احیاشده با هیدروژن بدون سوخت فسیلی شد. (S&P Global)
🔥 احیای سنگ‌آهن با هیدروژن
این قسمت مهم‌ترین تفاوت فناوری جدید با فولادسازی سنتی است.
در واحد احیای مستقیم، هیدروژن گرم با گندله‌های سنگ‌آهن تماس پیدا می‌کند. هیدروژن به داخل ساختار ماده نفوذ کرده و با اکسیژن موجود در اکسید آهن واکنش می‌دهد.
Iron Oxide + H₂ → Iron + H₂O
در نتیجه، اکسیژن از سنگ‌آهن خارج می‌شود اما به‌جای تشکیل حجم زیادی CO₂، بخار آب ایجاد می‌شود. (ManagEnergy)
نکته مهم این است که در این فناوری، هیدروژن مستقیماً جای «سوخت برای ذوب فولاد» را نمی‌گیرد؛ نقش اصلی آن جایگزینی کربن به‌عنوان عامل احیاکننده سنگ‌آهن است.
🧽 تولید آهن اسفنجی
بعد از خروج اکسیژن، محصولی متخلخل و غنی از آهن به نام Sponge Iron یا آهن اسفنجی باقی می‌ماند.
این ماده هنوز فولاد مذاب نیست.
Iron Ore Pellet → Hydrogen Reduction → Oxygen Removal → DRI / Sponge Iron
یکی از دستاوردهای مهم پروژه HYBRIT این بود که نشان داد استفاده از هیدروژن بدون سوخت فسیلی برای تولید DRI از نظر فنی امکان‌پذیر است. سپس این آهن اسفنجی می‌تواند همراه با قراضه فولادی وارد مرحله فولادسازی شود. (FinancialFilings)
⚡ کوره قوس الکتریکی؛ تبدیل آهن اسفنجی به فولاد
مرحله بعد، ذوب آهن اسفنجی است.
در اینجا به‌جای مسیر سنتی:
Blast Furnace → Hot Metal → BOF
می‌توان از:
Hydrogen DRI → Electric Arc Furnace
استفاده کرد.
در Electric Arc Furnace – EAF، آهن اسفنجی همراه با مقدار موردنیاز قراضه و مواد کمکی ذوب می‌شود و فولاد مذاب تولید می‌گردد.
اگر برق کوره نیز از منابع کم‌کربن یا تجدیدپذیر تأمین شود، انتشار CO₂ کل زنجیره به‌شدت کاهش پیدا می‌کند. آزمایش‌های HYBRIT نیز آهن اسفنجی هیدروژنی را در یک کوره قوس الکتریکی به فولاد خام تبدیل کرده‌اند. (The Chemical Engineer)
🏭 مقایسه مسیر سنتی و مسیر فولاد هیدروژنی
ویدئو در واقع دو فلسفه متفاوت فولادسازی را در برابر یکدیگر قرار می‌دهد.
مسیر سنتی: ⛰️ Iron Ore → ⚫ Coke → 🔥 Blast Furnace → 🌋 Hot Metal → 💨 BOF → Steel
در مقابل:
مسیر هیدروژنی: ⛰️ Iron Ore → 💧 Green H₂ → 🧽 Hydrogen DRI → ⚡ EAF → Steel
در مدل دوم، بخش بزرگی از وابستگی به کک و زغال‌سنگ حذف شده و انرژی موردنیاز بیشتر به سمت برق و هیدروژن تولیدشده از برق منتقل می‌شود.
⏱️ یک فرآیند کوتاه‌تر و متفاوت
یکی از نکات جالب مطرح‌شده در گزارش DW، تفاوت زمانی فرآیند جدید با زنجیره سنتی فولادسازی است.
در گزارش اشاره می‌شود که برخی مراحل مسیر هیدروژنی می‌توانند بسیار سریع‌تر انجام شوند و زمان تبدیل مواد اولیه تا محصول در ساختار جدید کاهش پیدا کند؛ مزیتی که علاوه بر انتشار کمتر، می‌تواند در طراحی نسل آینده کارخانه‌های فولاد نیز مؤثر باشد. (hydrogennewsletter.com)
اما چالش اصلی دیگر صرفاً اثبات فناوری نیست؛ موضوع اصلی Scale-up یا رساندن این فرآیند از واحد آزمایشی به تولید چندمیلیون‌تنی است.
💶 فولاد سبز چقدر گران‌تر خواهد بود؟
بخش مهم دیگری از ویدئو به اقتصاد فولاد سبز اختصاص دارد.
Nicole Voigt از Boston Consulting Group در گفت‌وگو با DW توضیح می‌دهد که در زمان تهیه گزارش، انتظار می‌رفت تولید فولاد سبز تا سال ۲۰۳۰ همچنان هزینه بیشتری نسبت به فولاد متداول داشته باشد؛ برآورد مطرح‌شده در برنامه حدود ۷۰ درصد قیمت بالاتر برای فولاد سبز بود. (hydrogennewsletter.com)
با این حال، اثر این اختلاف قیمت روی محصول نهایی همیشه به همان اندازه بزرگ نیست.
برای نمونه، در ویدئو مطرح می‌شود که استفاده از فولاد کم‌کربن در زنجیره تولید یک خودرو ممکن است چیزی در حدود ۲۵۰ تا ۳۰۰ یورو به قیمت کل خودرو اضافه کند. (hydrogennewsletter.com)
بنابراین مسئله اقتصادی را می‌توان این‌گونه دید:
Higher Steel Cost → Small Share of Final Product Cost → Potential Market for Low-Carbon Products
🟢 فولاد چه زمانی واقعاً «سبز» محسوب می‌شود؟
یکی از بخش‌های جالب ویدئو به خود واژه Green Steel اختصاص دارد.
در زمان ساخت این گزارش، تعریف جهانی و کاملاً یکسانی برای «فولاد سبز» وجود نداشت.
در مصاحبه مطرح می‌شود که فولادی با انتشار حدود ۴۰۰ کیلوگرم CO₂ یا کمتر به ازای هر تن فولاد می‌تواند به سطح بسیار سبز نزدیک شود؛ در حالی که کاهش انتشار به زیر حدود ۱۵۰۰ کیلوگرم CO₂ به ازای هر تن نیز نسبت به مسیرهای متداول می‌تواند حرکت معناداری در جهت کاهش کربن محسوب شود. (hydrogennewsletter.com)
این موضوع نشان می‌دهد که فقط استفاده از واژه «سبز» کافی نیست و Carbon Footprint واقعی محصول باید اندازه‌گیری شود.
📊 ردگیری کربن در کل زنجیره فولاد
ویدئو به چالش دیگری نیز اشاره می‌کند: انتشار کربن فقط داخل خود کارخانه فولاد اتفاق نمی‌افتد.
برای ارزیابی واقعی یک محصول باید کل زنجیره در نظر گرفته شود؛ از استخراج سنگ‌آهن و تولید برق گرفته تا تولید هیدروژن، فولادسازی و حمل محصول.
بنابراین ارزیابی واقعی فولاد سبز به معنای بررسی:
Mining + Pelletizing + Electricity + Hydrogen + DRI + Steelmaking + Transportation → Total Product Carbon Footprint
است.
ردگیری دقیق این داده‌ها و ایجاد استانداردهای مشترک برای محاسبه انتشار، یکی از چالش‌های توسعه بازار فولاد سبز محسوب می‌شود. (hydrogennewsletter.com)
⚡ چالش بزرگ؛ نیاز بسیار زیاد به برق تجدیدپذیر
جایگزین‌کردن زغال‌سنگ با هیدروژن، انرژی را حذف نمی‌کند؛ بلکه نوع حامل انرژی را تغییر می‌دهد.
برای تولید حجم عظیمی از هیدروژن سبز به الکترولایزرهای بزرگ و برق تجدیدپذیر بسیار زیادی نیاز است. از طرف دیگر، EAF و سایر تجهیزات کارخانه نیز به برق احتیاج دارند.
بنابراین کارخانه فولاد آینده به یک زنجیره جدید وابسته خواهد بود:
🌬️ Wind / 💧 Hydro / ☀️ Solar → ⚡ Renewable Electricity → 💧 Electrolyzer → H₂ → 🧽 DRI → ⚡ EAF → Green Steel
به همین دلیل توسعه فولاد هیدروژنی فقط یک پروژه فولادسازی نیست؛ هم‌زمان یک پروژه بزرگ انرژی، شبکه برق و تولید هیدروژن نیز محسوب می‌شود. (ManagEnergy)
🏗️ چالش سرمایه‌گذاری و تبدیل کارخانه‌های موجود
تغییر فناوری به این معنا نیست که بتوان تنها یک تجهیز را در کارخانه تعویض کرد.
مسیر هیدروژنی نیازمند زیرساخت‌هایی مانند واحدهای DRI، الکترولایزرها، ذخیره و انتقال هیدروژن، ظرفیت بالای برق، EAF و سامانه‌های جدید مواد اولیه است.
در بخش اقتصادی ویدئو نیز بر این موضوع تأکید می‌شود که توسعه صنعتی این فناوری احتمالاً بدون همکاری دولت‌ها، صنعت فولاد، تولیدکنندگان انرژی و مشتریان بزرگ فولاد دشوار خواهد بود. حمایت سرمایه‌ای و ایجاد زیرساخت تولید هیدروژن از عوامل اصلی توسعه این بازار معرفی می‌شوند. (hydrogennewsletter.com)
سوئد؛ آزمایشگاه صنعتی فولاد بدون سوخت فسیلی
انتخاب سوئد برای اجرای چنین پروژه‌ای اتفاقی نیست.
پروژه HYBRIT از همکاری سه بازیگر اصلی زنجیره فولاد شکل گرفته است: LKAB در حوزه سنگ‌آهن، Vattenfall در حوزه انرژی و SSAB در حوزه فولادسازی.
هدف این همکاری ایجاد یک زنجیره متصل است که از معدن آغاز شده و تا فولاد ادامه پیدا کند:
⛰️ LKAB – Iron Ore → ⚡ Vattenfall – Fossil-Free Energy & Hydrogen → 🏭 SSAB – Steelmaking
پروژه آزمایشی Luleå از سال ۲۰۲۰ فعالیت خود را آغاز کرد و در سال ۲۰۲۱ نخستین آهن اسفنجی احیاشده با هیدروژن بدون سوخت فسیلی را تولید کرد. (ManagEnergy)
⚙️ جمع‌بندی فرآیند نشان‌داده‌شده در ویدئو
کل مسیر فناوری مورد بررسی در این ویدئو را می‌توان به‌صورت فشرده چنین نمایش داد:
💧 Water + ⚡ Renewable Electricity → Electrolysis → 🟢 Green Hydrogen → ⛰️ Iron Ore Pellets → Hydrogen Direct Reduction → 🧽 Sponge Iron / DRI → ⚡ Electric Arc Furnace → 🌋 Molten Steel → 🏭 Green / Fossil-Free Steel
در این مدل، مهم‌ترین تغییر در قلب فرآیند آهن‌سازی اتفاق می‌افتد:
کربن برای احیای سنگ‌آهن حذف می‌شود و هیدروژن جای آن را می‌گیرد.
محصول جانبی اصلی نیز به‌جای:
CO₂
به:
H₂O
تغییر می‌کند. (SSAB)
🌱 پیام اصلی ویدئو
در مجموع، این ویدئو نشان می‌دهد که فولاد سبز دیگر فقط یک ایده آزمایشگاهی نیست و فناوری احیای مستقیم سنگ‌آهن با هیدروژن در مقیاس پایلوت عملکرد خود را اثبات کرده است.
اما عبور از پروژه‌های آزمایشی به صنعتی که سالانه صدها میلیون تن فولاد تولید می‌کند، چالش بسیار بزرگ‌تری است.
مسیر تحول را می‌توان چنین خلاصه کرد:
⚫ Coal-Based Ironmaking → 🟢 Hydrogen-Based Direct Reduction
و سپس:
🧽 Hydrogen DRI + ⚡ Renewable Electricity → Electric Steelmaking → فولاد با انتشار بسیار کمتر
بنابراین پرسش اصلی ویدئو فقط این نیست که «آیا می‌توان با هیدروژن فولاد تولید کرد؟»؛ پاسخ فنی به این پرسش تا حد زیادی مثبت است. مسئله اصلی این است که آیا می‌توان هیدروژن سبز، برق تجدیدپذیر، زیرساخت و سرمایه موردنیاز را با مقیاسی فراهم کرد که این فناوری به استاندارد جدید صنعت فولاد تبدیل شود. (hydrogennewsletter.com)