ما نعنيه عندما نتحدث عن الفولاذ منخفض الكربون

يعكس تاريخ صناعتنا بطرق عديدة المجتمعات التي نعمل فيها، ومنذ الثورة الصناعية، كان إنتاج الحديد والصلب يعتمد على الفحم.

وهذا يتغير الآن، حيث تتحول صناعة الصلب، مثل باقي المجتمع، لتوفير المنتجات والخدمات في مستقبل يكون فيه انبعاث ثاني أكسيد الكربون والغازات الدفيئة الأخرى مقيداً بشدة.

لا تزال اللغة المرتبطة بهذا التحول في طور التطور، ونتيجة لذلك، يستخدم أصحاب المصلحة المختلفون مجموعة واسعة من التعبيرات.

غالبًا ما تُستخدم هذه التعبيرات بالتبادل ولكنها قد تعني أحيانًا أشياء مختلفة تمامًا. ماذا نفهم من الاستخدام المتزايد والمتنوع لتعبير "الصلب الأخضر"؟ بالنسبة للبعض، هو مجرد مصطلح تسويقي بدون تعريف أو حدود.

على الطرف الآخر، يعتقد البعض أنه مصطلح يحتاج إلى شهادة تغطي كامل نطاق الاستدامة.

والمشكلة لا تقتصر على "الصلب الأخضر". هل "صلبك الأخضر" هو "صلبك النظيف" أم "صلبك الخالي من الكربون"؟ وأين يتم رسم الحدود بين الصلب "صافي الصفر" والصلب "خالي الكربون" والصلب "منخفض الكربون"؟

نحن بصدد وضع بعض التعريفات التي ستوضح ما نعنيه عندما نتحدث عن هذه الموضوعات.

تعمل صناعتنا على تطوير وإطلاق مجموعة جديدة من منتجات الصلب، التي يتم إنتاجها بعبء كربوني أقل بكثير مما كان عليه في الماضي.

الفولاذ منخفض الكربون

يتم تصنيع هذا الفولاذ منخفض الكربون باستخدام تقنيات وممارسات تؤدي إلى انبعاثات أقل بشكل ملحوظ من الإنتاج التقليدي.

في عام 2021، يتم إنتاج معظم الفولاذ باستخدام مواد اختزال تعتمد على الوقود الأحفوري؛ ومع ذلك، قام العديد من مصنعي الصلب بتنفيذ، أو يعملون على تطوير، تقنيات تقلل الانبعاثات بشكل كبير من عملية صناعة الصلب الأساسية. تشمل الأمثلة:

• تستخدم شركة A o Verde do Brasil الفحم النباتي بنسبة 100% لإنتاج منتجات الحديد والصلب منخفضة الكربون.

• تقوم شركة ArcelorMittal ببناء منشأة كبيرة في غنت، بلجيكا لتحويل غازات النفايات من مصانع الصلب إلى إيثانول، والذي يمكن استخدامه في مجموعة واسعة من التطبيقات، بما في ذلك إنتاج الوقود الاصطناعي. بدأت منشأة تجارية مماثلة عملها في عام 2018 في شركة Shougang Steel في الصين، وأنتجت 30 مليون لتر من الإيثانول للبيع في السنة الأولى من التشغيل.

• في شركة Emirates Steel في الإمارات العربية المتحدة، يتم احتجاز ما يصل إلى 800 ألف طن من ثاني أكسيد الكربون سنويًا من تيار الغاز الغني بثاني أكسيد الكربون من مصنع الحديد قبل حقنه في حقل نفط ناضج للتخزين الدائم.

• تتحول شركة EVRAZ's Rocky Mountain Steel في كولورادو من الفحم إلى الطاقة الشمسية. سيكون مصنع EVRAZ أكبر محطة شمسية في الموقع في البلاد مخصصة لعميل واحد.

• تقوم شركة HBIS، وهي إحدى شركات صناعة الصلب الرائدة في الصين، ببناء مشروع إيضاحي للحديد المختزل المباشر بقدرة 1.2 مليون طن باستخدام المعادن الهيدروجينية. سيستخدم المشروع تقنيات الهيدروجين الأخضر والأزرق لاستكشاف طريق لتحقيق انبعاثات صفرية من ثاني أكسيد الكربون من عملية صناعة الحديد والصلب.

• مصنع Nucor الصغير في سيداليا، ميسوري، هو أول مصنع صلب أمريكي يعمل بطاقة الرياح. المصنع هو شراكة بين شركة الصلب والمرافق المحلية، والتي ستزود المصنع بالطاقة بعد اتفاقية شراء طاقة بين الشركتين.

• تعمل شركة Tata Steel على تطوير تكنولوجيا صهر مبتكرة من خلال مشروع HIsarna الخاص بها. يمكن لتقنية HIsarna إنتاج الحديد بدون أفران الكوك أو مرافق التكتل، مما ينتج تيار غاز نفايات غني بثاني أكسيد الكربون مناسب تمامًا لاحتجاز الكربون وتخزينه.

• أطلقت شركتا thyssenkrupp Steel و Nippon Steel Corporation سلسلة من الاختبارات حول استخدام الهيدروجين في فرن صهر عامل، بهدف تقليل انبعاثات ثاني أكسيد الكربون الناشئة أثناء صناعة الصلب بشكل كبير.

يمكن اعتبار الفولاذ المنتج باستخدام كل هذه التقنيات فولاذًا منخفض الكربون، على الرغم من أنه من المحتمل أن ما يعتبر فولاذًا منخفض الكربون الآن قد يكون مختلفًا بحلول عام 2050 عندما تتغير اللوائح والتوقعات المجتمعية والتقنيات تمامًا.

هناك العديد من التعبيرات الأخرى المستخدمة في قطاعنا ومن قبل أصحاب المصلحة للإشارة إلى الفولاذ المنتج باستخدام تقنيات الإنتاج من الجيل التالي هذه.

نحن نفضل ونستخدم مصطلح "الفولاذ منخفض الكربون"، حيث نعتقد، مثلما هو الحال مع "الكهرباء منخفضة الكربون"، أنه بديهيًا أسهل للفهم ومعناه واضح.

الفولاذ الأخضر

يُستخدم مصطلح "الفولاذ الأخضر" ويفسره العديد من الأطراف المختلفة للإشارة إلى معانٍ مختلفة، غالبًا في سياق تسويق منتجات جديدة أكثر مراعاة للبيئة. وقد استخدم للإشارة إلى الفولاذ المصنع باستخدام تكنولوجيا ثورية، والفولاذ المنتج من الخردة، والفولاذ المعاد استخدامه والمصنع، والفولاذ التقليدي الذي تم تعويض انبعاثاته من خلال إلغاء وحدات الكربون أو البدلات. نظرًا لهذا الافتقار الجوهري للوضوح وتعدد المعاني، فإن "الفولاذ الأخضر" ليس تعبيرًا تستخدمه الجمعية العالمية للصلب (worldsteel).

الفولاذ صفر الكربون

لكي يكون الفولاذ صفر كربون حقًا، يجب إنتاجه دون أي انبعاثات ثاني أكسيد كربون على الإطلاق. هذا معيار عالٍ جدًا يصعب تحقيقه، ومن الصعب تصور تكنولوجيا إنتاج يمكنها تحقيق ذلك في عام 2021.

قد يتجه الكثيرون نحو هذا الهدف، لكن الصفر مطلق، وربما لا يمكن تحقيقه دون استخدام تعويضات للانبعاثات الكربونية المتبقية. قد تنشأ هذه الانبعاثات المتبقية في سلسلة التوريد، من استخدام أقطاب كهربائية حاملة للكربون أو من استخدام الغاز الطبيعي في العمليات المرتبطة.

في النهاية، يحتاج الفولاذ إلى احتواء بعض الكربون، فهذا ما يميزه عن الحديد النقي. وبينما يمكن الحصول على هذا الكربون الأساسي للسبائك من مصادر غير أحفورية، فإن وجوده يجعل مصطلح "فولاذ صفر الكربون" تسمية غير دقيقة إلى حد ما.

الفولاذ صافي الصفر/ الفولاذ المحايد كربونيًا

ومع ذلك، إذا أمكن تحقيق توازن بين غازات الاحتباس الحراري المنبعثة في الغلاف الجوي عند إنتاج الفولاذ والانبعاثات المأخوذة من الغلاف الجوي بواسطة البواليع، يمكن الإشارة إلى الفولاذ الناتج باسم "صافي الصفر" أو "الفولاذ المحايد كربونيًا".

قد يتطلب إنتاج الفولاذ صافي الصفر تعويضات في قطاعات أخرى لتحقيق الحياد الحقيقي، ومن المهم أنه إذا تم الإدعاء بالحياد الكربوني، يجب أن يتحلى المنتجون بالشفافية بشأن الحدود، ومنهجيات المحاسبة الخاصة بهم، وجودة ومصداقية أي تعويضات مستخدمة.

الفولاذ الخالي من الأحافير

بدأت بعض شركات الفولاذ في تسويق فولاذ خالٍ من الأحافير. الفولاذ الخالي من الأحافير هو فولاذ مصنع دون استخدام أي وقود أحفوري مثل الفحم أو الغاز الطبيعي، أو أي طاقة مشتقة من الوقود الأحفوري.

سيكون كل فولاذ خالٍ من الأحافير منخفض الكربون، ولكن ليس كل فولاذ منخفض الكربون يمكن وصفه بأنه خالٍ من الأحافير. على سبيل المثال، الفولاذ منخفض الكربون المنتج في منشأة تستخدم احتجاز الكربون وتخزينه (CCS) قد لا يزال يستخدم الغاز الطبيعي أو الفحم، ولكن يمنع انبعاث ثاني أكسيد الكربون إلى الغلاف الجوي. إذا لعبت الكتلة الحيوية دورًا، فسيكون من المهم ضمان مصادرها بشكل مسؤول[1].

الفولاذ النظيف

الفولاذ النظيف هو تعبير فني يستخدم في قطاع الصلب للإشارة إلى أنواع الفولاذ التي تحتوي على مستويات منخفضة من الشوائب، والأكاسيد، والشوائب الغريبة، أو مستويات منخفضة أو منخفضة جدًا من الكربون المذاب في المعدن. هذه العبارة شائعة الاستخدام.

خالٍ من الكربون

"خالٍ من الكربون" هو أيضًا تعبير يصعب ربطه بالفولاذ، ففي النهاية، الفولاذ بدون كربون هو حديد، ويتم التحكم في محتوى الكربون في الفولاذ بدقة لتحقيق الخصائص المطلوبة في دفعة معينة. يجب إضافة الكربون إلى الحديد المختزل بالهيدروجين لتحويله إلى فولاذ من خلال عملية التكرير.

كثيرًا ما يدور الحديث حول تغير المناخ في سياق الحاجة إلى إزالة الكربون من المجتمع. نحن لا نستخدم هذا التعبير بشكل عام للإشارة إلى إنتاج الفولاذ، لأن الانبعاثات الناتجة عن إنتاج الفولاذ هي التي يجب أن تكون خالية من غازات الاحتباس الحراري/ثاني أكسيد الكربون، وليس العملية نفسها.

ستستمر العديد من التقنيات الثورية الواعدة في استخدام الكربون كعامل اختزال كيميائي ولكنها تمنع إطلاق غازات الاحتباس الحراري الضارة في الغلاف الجوي. لذا، في حين أن الانبعاثات الناتجة عن صناعتنا سيتم في النهاية إزالة الكربون منها، فإن عملية صنع الحديد نفسها قد لا تكون كذلك.

التكنولوجيا الثورية

تنتج التكنولوجيا الثورية فولاذًا منخفض الكربون بطريقة مختلفة جذريًا عن تقنيات الفرن العالي التقليدي، أو الاختزال المباشر (DRI)، أو فرن القوس الكهربائي (EAF). تشمل أمثلة التقنيات الثورية قيد التطوير الاختزال بالهيدروجين، وتطبيق احتجاز الكربون وتخزينه (CCS)، والتحليل الكهربائي لخام الحديد، ومجموعة من تقنيات احتجاز الكربون واستخدامه وتخزينه (CCUS)، وعمليات الاختزال بالصهر الجديدة.

الهيدروجين

الهيدروجين هو ناقل رئيسي سيسمح بتقليل انبعاثات غازات الاحتباس الحراري من قطاع الحديد والصلب بشكل كبير، وتستكشف العديد من مؤسسات الحديد والصلب هذا الخيار التكنولوجي. غالبًا ما يُنسب للهيدروجين لون، اعتمادًا على مؤهلاته منخفضة الكربون.

عندما نتحدث عن الهيدروجين منخفض الكربون، نعني:

• الهيدروجين الأخضر: يُنتج من خلال التحليل الكهربائي للماء، باستخدام كهرباء متجددة.

• الهيدروجين الأزرق: يُصنع من الغاز الطبيعي من خلال عملية إصلاح الميثان بالبخار مع احتجاز الكربون وتخزينه (CCS).

• يمكن أيضًا إنتاج الهيدروجين باستخدام التحليل الكهربائي باستخدام مصادر أخرى للكهرباء منخفضة الكربون، مثل الطاقة النووية أو احتجاز الكربون وتخزينه. نحن نعتبر هذا أيضًا منخفض الكربون.

الهيدروجين الأحفوري: يُصنع من الوقود الأحفوري غير المخفف، وأهمها:

• الهيدروجين الرمادي: يُصنع من الغاز الطبيعي من خلال عملية إصلاح الميثان بالبخار، دون احتجاز الكربون وتخزينه، لذلك ينبعث ثاني أكسيد الكربون إلى الغلاف الجوي.

• يتم إنتاج الهيدروجين البني أو الأسود من خلال تغويز الفحم، مما يؤدي إلى انبعاثات غازات دفيئة أعلى بكثير من الأنواع الأخرى.

يشمل عملاء شركة "PKU Pioneer" العديد من المصنعين الذين يستخدمون عمليات ناشئة جديدة لإنتاج الفولاذ النظيف والفولاذ منخفض الكربون، مثل شركة "Fangda Special Steel Technology Co., Ltd." و "Lianyuan Steel" وغيرها. تساعد وحدات الأكسجين بنظام الامتزاز بتغير الضغط (VPSA) التي نوفرها هؤلاء المنتجين للحديد والصلب على توفير الطاقة وتقليل الانبعاثات، كما تساعد في تحسين خطوط إنتاج الحديد والصلب بشكل عام.

[1] توجد عدة مخططات لاعتماد الكتلة الحيوية المسؤولة، على سبيل المثال، مجلس رعاية الغابات.

(منشور بإذن من WorldSteel)