مروری بر روش‌های تولید فولاد در جهان
حرکت صنعت فولاد به سمت همگامی با محیط‌زیست
میدرکس پایه‌هیدروژن
در بین روش‌های متداول تولید آهن و فولادسازی، فرایند میدرکس با گاز طبیعی همراه با کوره قوس الکتریکی کمترین میزان انتشار گاز دی‌اکسیدکربن را نسبت به سایر روش‌ها دارد. تولید با روش کوره بلند می‌تواند حدود ۶/ ۱ تا ۲ کیلوگرم دی‌اکسیدکربن به ازای تولید هر کیلوگرم فولاد منتشر کند. اما در روش میدرکس با گاز طبیعی، میزان انتشار گاز دی‌اکسیدکربن در حدود ۱/ ۱ الی ۲/ ۱ کیلوگرم به ازای تولید هر کیلوگرم فولاد است که حتی همین مقدار را نیز می‌توان تا یک‌سوم انتشار دی‌اکسیدکربن در فرایند کوره‌بلند کاهش داد. مانع اصلی برای اجرای میدرکس پایه‌هیدروژن دشواری تولید هیدروژن کافی با هزینه پایین و بدون رد پای دی‌اکسیدکربن است. در روش میدرکس پایه‌هیدروژن، مصرف هیدروژن تقریباً ۵۵۰ - ۶۵۰ مترمکعب به ازای هر تن محصول است. با این فرآیند، انتشار دی اکسید کربن را می‌توان تا ۸۰ درصد در مقایسه با مسیر فولادسازی کوره‌بلند کاهش داد. در میان تکنولوژی‌های مبتنی بر هیدروژن، اصلی‌ترین مانعی که منجر به محدودیت در توسعه این فناوری میشود، تامین هیدروژن از منابع سبز است. زمانی فرایند احیا با هیدروژن باعث کاهش گسترش گازهای گلخانه‌ای میشود که برای تولید هیدروژن از سوخت‌های فسیلی استفاده نشده باشد. در حال حاضر هیدروژن در یک ریفرمر متان-بخار با استفاده از گاز طبیعی به عنوان خوراک تولید میشود. ریفرمر، گازی حاوی هیدروژن و مونوکسید کربن تولید می‌کند، سپس مونوکسید کربن حذف میشود. اما این روش تولید هیدروژن راه حلی برای کاهش انتشار دی‌اکسیدکربن ارائه نمی‌کند، زیرا گاز طبیعی یکی از نهادهای اصلی تولید آن است و این فرایند همچنان انتشار دی‌اکسیدکربن قابل توجهی دارد.
فناوری دیگر برای تولید هیدروژن، الکترولیز است که از برق برای شکست آب به هیدروژن و اکسیژن استفاده می‌کند. الکترولیز آب ۴ درصد از تولید جهانی هیدروژن را تشکیل می‌دهد. از آنجایی که در این فناوری، مولکول‌های هیدروژن به جای هیدروکربن‌ها از آب به دست می‌آیند، «سبز» نامیده میشود. با این حال، استفاده از این فناوری نیز با دو مشکل اساسی انتشار دی‌اکسیدکربن ناشی از به کارگیری سوخت‌های فسیلی در تولید الکتریسیته و بالا بودن هزینه هیدروژن برای بسیاری از کاربردها مواجه است.
تولید آهن مذاب به روش الکترولیز
الکترولیز اکسید مذاب یک روش الکتروشیمیایی بدون کربن برای تجزیه اکسید فلزی به طور مستقیم به فلز مایع و گاز اکسیژن است.
از منظر زیست‌محیطی نیز، آن‌چه روش الکترولیز اکسید مذاب را جذاب می‌کند، توانایی آن در استخراج فلز بدون تولید گازهای گلخانه‌ای است. از این رو، یک آند خنثی که قادر به حذف اکسیژن است، یک جزو فعال‌کننده حیاتی برای این فناوری محسوب میشود. برای این منظور، ایریدیوم در سلول‌های آهن‌سازی که با دو الکترولیت مختلف کار می‌کنند، استفاده میشود. مکانیسم احیا با این روش شبیه به فرایند هال-هروولت برای تولید آلومینیوم است که شامل تجزیه الکترولیتی اکسید آلومینیوم محلول در یک حلال فلوراید مذاب شامل کرایولیت است. در الکترولیز اکسید مذاب، واکنش کمکی تولید اکسیژن محسوب میشود، با این حال تولید آند برای این فرایند به علت دمای بیش از نقطه ذوب آهن (۱۵۳۸ درجه سانتی‌گراد)، قدرت انحلال‌پذیری بالای یک مذاب اکسید چند جزئی و تکمیل گاز اکسیژن خالص در فشار اتمسفر با چالش روبه‌رو است.
تکنولوژی فلش
فناوری آهن‌سازی فلش با کاهش بسیار در مصرف انرژی و انتشار دی‌اکسیدکربن به عنوان یک فناوری تحول‌آفرین جدید برای آهن‌سازی جایگزین فناوری‌های مبتنی بر تولید دی‌اکسیدکربن در حال توسعه است. فناوری آهن‌سازی فلش، پتانسیل کاهش مصرف انرژی را به میزان ۳۲ تا ۵۷ درصد و کاهش انتشار دی‌اکسیدکربن را به میزان ۶۱ تا ۹۶ درصد در مقایسه با میانگین عملکرد روش کوره‌بلند فعلی دارد. در فرایند تولید آهن با استفاده از تکنولوژی فلش از عوامل کاهنده گازی مانند گاز طبیعی، هیدروژن، گاز سنتز یا ترکیبی از آن‌ها استفاده میشود. از این عوامل کاهنده در این روش باید به صورت مستقیم و پیوسته استفاده شود.
آزمایش در کوره فلش آزمایشگاهی منجر به ایجاد یک پایگاه داده سینتیک در محدوده وسیعی از شرایط عملیاتی و طراحی کامل یک راکتور پیشرفته شده است. این فناوری مزایای انرژی و زیست‌محیطی قابل توجهی خواهد داشت که عمدتا از حذف مراحل کک‌سازی و گندله‌سازی در فناوری غالب آهن‌سازی کوره‌بلند ناشی میشود. این روش نسبت به روش کوره‌بلند به طور متوسط تا ۵۷ درصد صرفه‌جویی در مصرف انرژی به دنبال دارد. علاوه بر این، استفاده از کک در کوره بلند در کنار سایر آلاینده‌ها، بیش از ۱/ ۱ تن دی‌اکسیدکربن به ازای هر تن آهن تولید می‌کند که با فناوری جدید تا حد زیادی کاهش می‌یابد. این محصول آهن کم‌کربن مستقیما در فولادسازی قابل استفاده است و به دلیل خلوص بسیار بالا امکان کنترل ترکیب شیمیایی فولاد نهایی را با دقت بالا در دسترس قرار می‌دهد. همچنین می‌توان این محصول را به عنوان جامد جمع‌آوری کرد و کربن را در مرحله بریکت‌سازی به آن اضافه کرد.
فرایند آهن‌سازی با استفاده از تکنولوژی فلش در مقایسه با سایر فرایندهای جایگزین مزیت‌های گوناگونی دارد که عبارتند از:
امکان استفاده مستقیم از کنسانتره اکسید آهن بدون نیاز به گندله‌سازی؛
عدم نیاز به استفاده از کک در فرایند تولید آهن؛
امکان تولید آهن به هر دو شکل جامد یا مذاب؛
کاهش چشمگیر در مصرف نسوز در طول فرایند تولید؛
سهولت در خوراک‌دهی مواد اولیه و امکان فولادسازی مستقیم در یک واحد.
