صناعة الصلب بالقوس الكهربائي تتبنى فرصًا واعدة في الصين، مما يدفع بمستقبل مشرق لتوليد الأكسجين VPSA

1. ضرورة تطوير العملية القصيرة لصناعة الصلب بالقوس الكهربائي (EAF)

تحقيق ذروة الكربون بحلول عام 2030 والحياد الكربوني بحلول عام 2060 هو قرار استراتيجي كبير اتخذته الحكومة الصينية والتزام جاد تجاه العالم. منذ الإصلاح والانفتاح، تطورت صناعة الصلب في الصين بسرعة. ارتفع إنتاج الصلب الخام من 31.78 مليون طن في عام 1978 (ما يمثل 4.4٪ من الإجمالي العالمي) إلى أكثر من 100 مليون طن لأول مرة في عام 1996، ليصل إلى 101.24 مليون طن (13.5٪ من الإجمالي العالمي)، مما جعل الصين أكبر منتج للصلب في العالم، ثم تجاوز مليار طن في عام 2020 مع 1.053 مليار طن (56.7٪ من الإجمالي العالمي).

على الرغم من حدوث انخفاض طفيف على مدى السنوات الثلاث الماضية، إلا أنه لا يزال يصل إلى 1.013 مليار طن في عام 2022 (حوالي 54٪ من الإجمالي العالمي). لا يزال قطاع الحديد والصلب في الصين يعتمد بشكل كبير على الطاقة الأحفورية القائمة على الفحم، مما يؤدي إلى انبعاثات كربونية كبيرة، تمثل حوالي 16٪ من الإجمالي الوطني، في المرتبة الثانية بعد توليد الكهرباء والنقل.

لذلك، أصبح تقليل انبعاثات الكربون بشكل فعال في عملية إنتاج الصلب قضية رئيسية يجب معالجتها بشكل عاجل لصناعة الصلب والبلد ككل.

انخفاض نسبة إنتاج الصلب EAF هو أحد الأسباب الرئيسية لارتفاع انبعاثات الكربون واستهلاك الطاقة والتلوث في صناعة الصلب في الصين.

عالميًا، ارتفعت حصة تصنيع الصلب EAF من الإجمالي من 7.3٪ في أوائل الخمسينيات إلى 32٪ -35٪ اليوم. في دول مثل إيران وتركيا والولايات المتحدة والهند، تمثل أكثر من 50٪، وبعضها يتجاوز 90٪. وفقًا لجمعية الحديد والصلب الصينية، في عام 2022، بلغ إنتاج الصلب EAF في الصين 9.7٪ فقط من إجمالي إنتاج الصلب الخام، وهو أقل بكثير من المتوسط العالمي البالغ 30٪.

مقارنة بالعملية الطويلة التقليدية للفرن العالي-المحول، فإن العملية القصيرة EAF التي تستخدم الخردة بالكامل تقلل استهلاك الطاقة لكل طن من الصلب بحوالي 50٪، وانبعاثات النفايات الصلبة بحوالي 96٪، وانبعاثات الغازات العادمة بحوالي 78٪، وانبعاثات الكربون بحوالي 73٪، وإجمالي ملوثات الهواء بحوالي 90٪. باتباع أنماط التنمية الصناعية للدول المتقدمة، إذا ظل إجمالي إنتاج الصلب في الصين ثابتًا وارتفعت نسبة صناعة الصلب EAF إلى 30٪ بحلول عام 2035، يمكن تقليل انبعاثات ثاني أكسيد الكربون بحوالي 15٪. وبالتالي فإن فوائد توفير الطاقة وتقليل الانبعاثات لتطوير العملية القصيرة EAF عالية جدًا.

علاوة على ذلك، توفر عملية صناعة الصلب القصيرة EAF مزايا إضافية مثل القدرة على بدء وإيقاف الإنتاج حسب الحاجة، والكفاءة العالية والمرونة، وإمكانية العمل كمركز لإعادة تدوير النفايات الحضرية. وبالتالي، فإن التركيز على تطوير العملية القصيرة EAF، باستخدام الخردة كمواد خام بشكل أساسي، هو قرار استراتيجي حاسم لتحقيق التنمية المستدامة في صناعة الصلب.

2. صناعة الصلب EAF في الصين

صناعة الصلب باستخدام فرن القوس الكهربائي في الصين تواجه فرص تطوير مواتية، تنعكس في ثلاثة مجالات رئيسية:

1) زيادة توفر موارد خردة الصلب:

من المتوقع أن تولد الصين أكثر من 300 مليون طن من خردة الصلب بحلول عام 2025. الإطلاق الكبير لموارد خردة الصلب يوفر أساسًا متينًا لتطوير صناعة الصلب بفرن القوس الكهربائي.

2) تعزيز اتجاهات التطوير منخفض الكربون في صناعة الصلب:

كثافة انبعاثات الكربون للعملية الطويلة للفرن العالي-محول الأكسجين الأساسي أعلى بكثير من العملية القصيرة لفرن القوس الكهربائي التي تعتمد على الخردة بالكامل. إدراج صناعة الصلب في سوق تداول انبعاثات الكربون الوطني وفرض سياسات ضريبة الكربون سيعزز القدرة التنافسية للعملية القصيرة لفرن القوس الكهربائي. بالإضافة إلى ذلك، إدراج بيانات البصمة الكربونية وتدابير الحد من الكربون في مؤشرات منتجات الصلب من قبل مستخدمي الصلب الخاص عالي الجودة سيدفع أيضًا تطوير صناعة الصلب بفرن القوس الكهربائي.

3) تشجيع السياسات الوطنية:

منذ عام 2016، صدرت سلسلة من السياسات والوثائق من قبل الحكومة الوطنية وحكومات المقاطعات لتشجيع تطوير تكنولوجيا صناعة الصلب بفرن القوس الكهربائي. تحديدًا، في أغسطس 2019، أصدرت وزارة الصناعة وتكنولوجيا المعلومات وثيقة اقترحت بوضوح أنه بحلول نهاية عام 2025، يجب ألا تقل نسبة قدرات فرن القوس الكهربائي التي يتم استبدالها وبناؤها من قبل كل مقاطعة عن 30% من إجمالي الطاقة الإنتاجية الملتزم بها. يوفر هذا بيئة سياسية مواتية لتطوير صناعة الصلب بفرن القوس الكهربائي.

3. ما هو اتجاه التطوير لمصانع الصلب بفرن القوس الكهربائي في الصين؟

نظرًا للنقص النسبي في موارد خردة الصلب وارتفاع تكلفة صناعة الصلب بفرن القوس الكهربائي، لم تنضج بعد مرحلة التطوير الكبير لصناعة الصلب بفرن القوس الكهربائي التي تعتمد على الخردة بالكامل في الصين. من المتوقع حدوث زيادة كبيرة في نسبة صناعة الصلب بفرن القوس الكهربائي بعد عام 2030، أو حتى بعد عام 2035. يعتمد هذا على ثلاثة عوامل:

1) من المتوقع أن تحتاج الصين إلى 8-10 سنوات أخرى لتوفير إمداد نسبي كافٍ من خردة الصلب.

2) من المتوقع أنه بعد عام 2030، سينخفض إجمالي الطلب الصيني على الصلب إلى أقل من 800 مليون طن. إغلاق بعض مصانع الصلب ذات العملية الطويلة سيقلل استهلاك خردة الصلب المستخدمة في المحولات.

3) التطوير الأخضر سيعزز بناء مصانع الصلب الحضرية. يمكن للعملية القصيرة لفرن القوس الكهربائي استهلاك النفايات الاجتماعية مثل خردة الصلب والكهرباء الفائضة والمياه المستصلحة الحضرية الناتجة حول المدن، مما يعزز التعايش المتناغم بين مؤسسات الصلب والمدن.

إذًا، كيف يجب أن تتطور مصانع الصلب الصينية التي تستخدم العملية القصيرة لفرن القوس الكهربائي في الوقت الحالي والمستقبل؟ يمكن النظر في الأساليب التالية:

1) استكشاف مصادر متعددة للحصول على المواد الحاملة للحديد التي يمكن أن تحل محل خردة الصلب. الحديد المختزل المباشر، الحديد المضغوط الساخن، والحديد الخام من الفرن العالي هي البدائل الأكثر شيوعًا حاليًا. بسبب نقص الغاز الطبيعي، لم تكن الصين مستعدة بعد لتطوير أفران عمودية تعمل بالغاز للإنتاج الكبير للحديد المختزل المباشر. لذلك، يتم تشجيع شركات الصلب الصينية على التوجه إلى الخارج، وبناء مصانع للحديد المختزل المباشر في دول ذات موارد نسبية من الغاز الطبيعي وخام الحديد، واستيراد المنتجات إلى الصين كمواد خام لصناعة الصلب في الفرن الكهربائي.

2) تطوير مصانع الصلب الحضرية ذات العملية القصيرة. في تطوير صناعة الصلب بالعملية القصيرة لفرن القوس الكهربائي، يمكن للصين الاستفادة من تجربة المصانع الصغيرة الأمريكية ووضع مصانع الصلب استراتيجيًا على أطراف المدن. سيكون هذا الموقع مفيدًا للوصول إلى خردة الصلب والمواد الصلبة الحاملة للحديد الأخرى من المدينة. بالإضافة إلى ذلك، يمكن استخدام أفران الانحلال الحراري للكتلة الحيوية لمعالجة النفايات الحضرية والمخلفات الزراعية مثل القش، لإنتاج غازات مختزلة مثل أول أكسيد الكربون والميثان، بالإضافة إلى موارد كربون منخفضة التكلفة كمواد مختزلة لأفران الأسطوانة الدوارة. يمكن استخدام غاز النفايات والحرارة المتبقية لتوليد الكهرباء، وإنشاء نظام إدارة طاقة ذكي للشبكات الصغيرة. يمكن لهذا النظام الاستفادة الكاملة من الكهرباء خارج أوقات الذروة أو توليد الطاقة النظيفة، مما يسمح لفرن القوس الكهربائي بالمساعدة في موازنة حمل شبكة الكهرباء الحضرية. يساهم هذا في الاستخدام الأخضر والفعال للطاقة، ويخفض تكاليف صناعة الصلب، ويعزز التعايش المتناغم بين مؤسسات الصلب والمدن. يجب أن تركز مصانع الصلب الحضرية هذه، التي تركز على منتجات مثل حديد التسليح وأسلاك التسليح، على قدرة إنتاجية تبلغ حوالي مليون طن سنويًا.

3) تحويل صناعة الصلب الصينية في النهاية لتكون مهيمنة عليها العملية القصيرة لفرن القوس الكهربائي في ظل ظروف وفرة نسبية من موارد الخردة والكهرباء النظيفة. وفقًا لتقديرات جمعية الحديد والصلب الصينية والمنظمات الأخرى ذات الصلة، يمكن أن تصل موارد خردة الصلب في الصين إلى 400 مليون طن بحلول عام 2035. عند تلك النقطة، سيبدأ التطوير الكبير لصناعة الصلب بالعملية القصيرة لفرن القوس الكهربائي حقًا. بحلول عام 2050، من المتوقع أن تصل موارد خردة الصلب في الصين إلى حوالي 550 مليون طن، مع إنتاج صلب خام يبلغ حوالي 800 مليون طن. في هذا السيناريو، سيتم إنتاج أكثر من 70% من الصلب الخام باستخدام العملية القصيرة لفرن القوس الكهربائي، مع خردة الصلب كمادة خام رئيسية، مدعومة بالحديد المختزل المباشر المصنع عبر علم الفلزات الهيدروجيني، بينما لن تتجاوز نسبة إنتاج الصلب الخام بالعملية الطويلة 30%.

تلعب معدات توليد الأكسجين الصناعية بنظام الامتزاز بتقلب الضغط الفراغي دورًا حاسمًا في صناعة الصلب بالعملية القصيرة لفرن القوس الكهربائي. يمكن لمعدات أكسجين الامتزاز بتقلب الضغط الفراغي توفير الأكسجين المخصب اقتصاديًا وفعالًا، مما يرفع درجة الحرارة الداخلية لفرن القوس الكهربائي، ويسرع عملية الصهر، وبالتالي يحسن بشكل كبير كفاءة صناعة الصلب. بالإضافة إلى ذلك، يساعد في تقليل استهلاك الوقود، وخفض تكاليف الطاقة، وتقليل انبعاثات ثاني أكسيد الكربون والغازات الضارة الأخرى، ودعم الأهداف البيئية. علاوة على ذلك، إدخال الأكسجين يعزز تكوين الخبث، ويزيل الشوائب من الفولاذ المصهور بشكل فعال، وبالتالي يعزز نقاء وجودة الفولاذ. تطبيق وحدات الامتزاز بتقلب الضغط الفراغي يجعل عملية صناعة الصلب أكثر مرونة وقابلية للتحكم، ويلبي بشكل أفضل متطلبات الإنتاج لمختلف أنواع منتجات الصلب.

تقف شركة PKU Pioneer في طليعة أنظمة توليد الأكسجين بالامتزاز بالضغط المتأرجح الفراغي (VPSA) الصناعة، مؤسسة نفسها كعلامة تجارية رائدة معروفة بتقديم حلول إمداد الأكسجين من الدرجة الأولى. حتى الآن، نجحت شركة PKU Pioneer في توفير حلول مصنع أكسجين بنظام الامتزاز بتقلب الضغط الفراغي عالية الجودة لحوالي 70 مؤسسة بارزة في صناعة الصلب حول العالم، ووصلت بشكل رائد إلى أقصى قدرة تصل إلى 10,000 نانومتر مكعب³/ساعة في مصنع صلب واحد. بالإضافة إلى ذلك، تقنية شركة PKU Pioneer الخاصة لتنقية أول أكسيد الكربون بالامتزاز بتقلب الضغط لغازات العادم من مصانع الصلب يمكنها فصل أول أكسيد الكربون عالي النقاء بنسبة 99.9%، والذي يستخدم بعد ذلك لتجميع منتجات كيميائية مثل حمض الفورميك والإيثيلين جلايكول، مسجلة عدة أرقام قياسية عالمية أولى. لم يشهد مصنعو الصلب تحسينات كبيرة في كفاءة الإنتاج وجودة المنتج فحسب، بل حققوا أيضًا تقدمًا ملحوظًا في توفير الطاقة وتقليل الانبعاثات. كانت هذه الفوائد فعالة في تسهيل ممارسات الإنتاج الأخضر داخل صناعة الصلب، ودفع التحول نحو عمليات التصنيع الأكثر استدامة.