به گزارش ایراسین، اخیراً مفهوم "فولاد کربن خنثی" به چشم انداز اصلی صنعت فولاد به عنوان یکی از بزرگترین صنعت های آلاینده جهان تبدیل شده است. در سالهای اخیر، ایده استفاده از هیدروژن به عنوان گزینه ای امیدوارکننده برای تولیدکنندگان فولاد مطرح شده است. با این حال، محدودیت های هیدروژن سبب شد که گزینه های دیگری نیز به عنوان رقیب برای کربن زدایی از صنعت فولاد مورد بررسی قرار گیرند.

گزارشات نشان داد که حدود ۷۰% از تولید فولاد جهان به واسطه زغالسنگ انجام میگیرد. از این رو، تولید آهن خام سبز میتواند یک راهکار نویدبخش در سوق یافتن صنعت فولاد به سمت مفهوم فولاد کربن خنثی باشد. با این حال، حصول محصول فولادی کربن خنثی به ویژه در صنعت فولاد چندان ارزان نبوده و پیش بینی میشود که استفاده از راهکارهای سبز در طولانی مدت بتواند کاهش هزینه ها را به دنبال داشته باشد.

در واقع، صنعت کنونی فولاد به شدت به زغالسنگ وابسته بوده و استفاده از آهن خام سبز میتواند راهکاری مؤثر در راستای کربن زدایی صنعت فولاد باشد. یکی از گزینه هایی که اخیراً بسیاری از تولیدکنندگان فولاد برای جایگزینی زغالسنگ به طور جدی بر آن متمرکز شده اند، استفاده از هیدروژن سبز است.

مشکلات متعدد استفاده از هیدروژن سبز سبب گردید که محققین صنعت فولاد علاوه بر یافتن راه حل هایی برای برطرف کردن محدودیت های به کارگیری هیدروژن سبز، به دنبال یافتن راهکارهای دیگری نیز برای تولید فولاد سبز باشند. یکی از این راهکارها که نتایج امیدوارکننده ای را نیز در پی داشته است تولید آهن خام بدون استفاده از کربن مبتنی بر سوخت های فسیلی و تنها از طریق کربن تجدیدپذیر مبتنی بر زیست توده (Biomass) است.

در شکل ۱ میزان انتشار CO۲ از انواع مختلف روشهای فولادسازی نشان داده شده است. اثبات شد که استفاده از زیست توده میزان انتشار CO۲ را در مقایسه با دیگر سوختها به میزان قابلتوجهی کاهش میدهد.

شکل ۱- کاهش انتشار گازهای گلخانهای برای فناوریهای مختلف فولادسازی.

در بین انواع زیست توده های حاوی کربن، بیوچار (Biochar) اخیراً توجهات را به عنوان یک کاندیدای بالقوه برای جایگزینی زغالسنگ به خود جلب کرده است. بیوچار یک زغال تولید شده از زیست توده گیاهی و ضایعات کشاورزی بوده که میتواند کربن را برای مدت طولانی در خود ذخیره کند. در شکل ۲ طرحوارهای از فرایند تولید بیوچار که میتواند در نهایت سبب تولید بیوزغال، حرارت و الکتریسیته شود، نشان داده شده است.

شکل ۲- فرایند تولید بیوچار به عنوان زغال سبز.

بیوچار برخلاف زغالسنگ دارای یک ساختار متخلخل بوده و سطح ویژه آن، در حدود m۲/gr ۹۵۰-۲۲۸ است که بسیار بیشتر از کک (m۲/gr ۱۷-۱۶) و زغالسنگ (m۲/gr ۶۶) میباشد. این ویژگی میتواند حین فرایند فولادسازی اثرات مثبتی را به دنبال داشته باشد. بیوچار قابلیت کاربرد در نواحی مختلف صنعت فولادسازی از معدن تا پایان خط تولید را داراست.

در واقع، بیوچار را میتوان با هدف کاهش انتشار CO۲ و همچنین کاهش هزینه ها در نواحی مختلف کک سازی، زینترینگ و گندله سازی استفاده کرده و از آن به عنوان منبع کربن در فناوری های کوره بلند و کوره قوس الکتریکی بهره برد. در این راستا، شرکت تکنورد (Tecnored) گزارش کرد که با جایگزینی بیوچار به جای زغالسنگ و تولید آهن خام سبز میتوان آلایندگی صنعت فولاد را تا ۱۰۰% کاهش داد. علاوه بر این، استفاده از بیوچار میتواند هزینه های تولید به روش سنتی کوره بلند را نیز تا حدود ۱۵-۱۰% کاهش دهد. همچنین، خواص بیوچار نشان داد که هنگام استفاده از آن، سایش الکترودها در فرایند کوره قوس الکتریکی به حداقل میرسد.

برای اولین بار شرکت معدنی واله (Vale) برزیل از بیوچار در تولید گندله در مقیاس صنعتی استفاده کرد. آنها ۲۵% از انرژی مصرفی کوره پخت گندله خود را با بیوچار تأمین کردند و توانستند میزان انتشار کربن را تا حدود ۱۰% کاهش دهند. این کارخانه گندله سازی که قصد دارد گندله های کم کربن را به عنوان گندله سبز روانه بازار تجاری کند، بر این باور است که اگر در ۱۲ کارخانه گندلهسازی خود از بیوچار استفاده کند، انتشار گازهای گلخانهای تا حدود ۱۶% کاهش می یابد. آنها هدف خود را کاهش ۳۳% انتشار گازهای گلخانه ای در سال ۲۰۳۰ میلادی و تبدیل شدن به یک کارخانه کربن خنثی تا سال ۲۰۵۰ میلادی با استفاده از بیوچار تعیین کرده اند.

به طور کلی راه نقشه های متفاوتی در زمینه استفاده از بیوچار در صنعت فولاد مطرح شده است.

در شکل ۳ طرحوارهای از یک سیستم فولادسازی مبتنی بر زیست توده نشان داده شده است.

شکل ۳- طرح­واره­ای از فولادسازی مبتنی بر بیوچار.

با توجه به این طرحواره مشخص است که CO۲ موجود در اتمسفر می تواند به عنوان منبع کربن زیست توده توسط گیاهان سبز در طول فرایند رشد ذخیره شود. در نهایت، میتوان با کمک روشهای مختلف، زیست توده را تولید و از آن به عنوان عامل احیاء یا عامل حرارت دهی در فرایند فولادسازی استفاده کرد.