ขับเคลื่อนการประยุกต์ใช้การผลิตออกซิเจน VPSA: การขยายตัวของอุปทานและการใช้ประโยชน์เศษเหล็กของอินเดีย

1. ความเป็นมา
เนื่องจากการพึ่งพาเชื้อเพลิงฟอสซิล เช่น ถ่านหินและน้ำมันอย่างหนักของอินเดีย อุตสาหกรรมเหล็กของอินเดียจึงใช้ถ่านหินโค้กเป็นหลักสำหรับการผลิตเหล็กในเตาถลุง และใช้ถ่านหินที่ไม่ใช่โค้กสำหรับการลดโดยตรงและการผลิตไฟฟ้า น้ำมันถูกใช้ทั้งเป็นเชื้อเพลิง (สำหรับการให้ความร้อนซ้ำ) และสำหรับการขนส่งภายใน การปล่อยก๊าซ CO2 จากอุตสาหกรรมเหล็กของอินเดียคิดเป็นประมาณ 12% ของการปล่อยก๊าซอุตสาหกรรมทั้งหมดของประเทศ ซึ่งคิดเป็นประมาณ 7%-9% ของทั้งหมดทั่วโลก แม้ว่ากระบวนการ BF-BOF (Blast Furnace-Basic Oxygen Furnace) จะมีสัดส่วนน้อยกว่า 50% ของการผลิตเหล็กทั้งหมดของอินเดีย ความเข้มข้นของการปล่อยก๊าซ CO2 ของอินเดียสูงกว่าค่าเฉลี่ยทั่วโลกกว่า 30%
ความเป็นกลางทางคาร์บอนเป็นหนึ่งในประเด็นที่เร่งด่วนที่สุดที่โลกกำลังเผชิญอยู่ในปัจจุบัน รัฐบาลอินเดียได้บรรจุความเป็นกลางทางคาร์บอนไว้ในวาระการดำเนินงาน โดยเสนอให้บรรลุการปล่อยก๊าซสุทธิเป็นศูนย์ภายในปี 2070 เพื่อบรรลุเป้าหมายนี้ อุตสาหกรรมเหล็กของอินเดียกำลังดำเนินมาตรการเพื่อลดความเข้มข้นของการปล่อยก๊าซ ตัวเลือกระยะสั้น ได้แก่ การลดการใช้พลังงานในกระบวนการที่ใช้อยู่ในปัจจุบัน และการเพิ่มการใช้เศษเหล็ก Carbon Capture, Utilization, and Storage (CCUS) ก็เป็นทางเลือกหนึ่งเช่นกัน แต่เกี่ยวข้องกับค่าใช้จ่ายด้านทุน กระทรวงเหล็กของอินเดียตั้งเป้าให้ผู้ผลิตเหล็กรายใหญ่เพิ่มสัดส่วนเศษเหล็กเป็น 50% ภายในปี 2050
2. สถานการณ์การผลิตของผู้ผลิตเหล็กรายใหญ่ของอินเดีย
2.1 กระบวนการผลิตเหล็ก กำลังการผลิตในปัจจุบันและกระบวนการผลิตเหล็กของผู้ผลิตเหล็กรายใหญ่ของอินเดียแสดงอยู่ในตารางที่ 1 ด้านล่าง ในปีงบประมาณ 2023 ผลผลิตเหล็กดิบของผู้ผลิตหลักคิดเป็น 60.7% ของทั้งหมด โดยประมาณ 70% ผลิตผ่านกระบวนการเตาออกซิเจนพื้นฐาน (BOF) และส่วนที่เหลืออีก 30% ผ่านการผลิตด้วยเตาอาร์คไฟฟ้า (EAF)
ตารางที่ 1 - กำลังการผลิตในปัจจุบันและกระบวนการผลิตเหล็กของผู้ผลิตเหล็กรายใหญ่ของอินเดีย
2.2 การใช้แร่เหล็กและเศษเหล็ก
ในอินเดีย การใช้เศษเหล็กของผู้ผลิตเหล็กรายใหญ่ยังคงต่ำกว่า 10% โดยลดลงจาก 8.44% ในปีงบประมาณ 2022 เหลือ 7.27% ในปีงบประมาณ 2023 โดยรวมแล้ว แม้ว่าการนำเข้าจะเพิ่มขึ้น แต่ส่วนแบ่งของเศษเหล็กในปัจจัยการผลิตเหล็กทั้งหมดลดลงจาก 22.76% ในปีงบประมาณ 2022 เหลือ 21.16% ในปีงบประมาณ 2023 สาเหตุหลักมาจากราคาเศษเหล็กที่สูงขึ้น การบริโภคเศษเหล็กในประเทศในปีงบประมาณ 2023 อยู่ที่ 21.649 ล้านตัน ลดลงจาก 27.837 ล้านตันในปีงบประมาณ 2022
การลดลงของการใช้เศษเหล็กมีสาเหตุมาจากการผลิตในประเทศที่ลดลง ราคาที่เพิ่มขึ้น และความพร้อมจำกัดของเศษเหล็กนำเข้า กระทรวงเหล็กของอินเดียตั้งข้อสังเกตว่าระดับการใช้เศษเหล็กในปัจจุบันไม่เป็นไปตามความคาดหวังของรัฐบาลในการลดการปล่อยก๊าซคาร์บอน ประมาณ 60 ประเทศได้ห้าม หรือกำลังอยู่ในกระบวนการห้าม การส่งออกเศษเหล็ก แม้ว่าการผลิตเศษเหล็กในประเทศของอินเดียอาจเพิ่มขึ้น แต่ก็ไม่น่าจะลดการปล่อยก๊าซได้อย่างมีนัยสำคัญ เนื่องจากความพร้อมของเศษเหล็กไม่เพียงพอ โรงงานเหล็กเตาอาร์คไฟฟ้า (EAF) จึงถูกบังคับให้ใช้เหล็กหลอมเหลว ซึ่งคิดเป็นสัดส่วนมากกว่า 40% ของปัจจัยการผลิตเหล็กทั้งหมด เกิน 42.2% ในปีงบประมาณ 2022 และ 43.2% ในปีงบประมาณ 2023 การใช้เหล็ก Reduced Direct Iron (DRI) ที่เพิ่มขึ้น (ที่ใช้ถ่านหิน) ไม่ได้มีส่วนสำคัญในการลดการปล่อยก๊าซ สัดส่วนเศษเหล็กที่ต่ำเป็นหนึ่งในสาเหตุของความเข้มข้นของการปล่อยก๊าซที่สูงของอินเดีย เศษเหล็กแต่ละตันสามารถลดการปล่อยก๊าซ CO2 ได้ 1.5 ตัน และประหยัดแร่เหล็ก 1.4 ตัน ถ่านหิน 740 กิโลกรัม และหินปูน 120 กิโลกรัม
3. การผลิตเหล็กและกระบวนการที่คาดการณ์ไว้สำหรับปี 2030 และ 2050
3.1 การผลิตเหล็ก
ตามนโยบายเหล็กแห่งชาติของอินเดียที่เผยแพร่ในปี 2560 การผลิตเหล็กดิบในปีงบประมาณ 2574 คาดว่าจะสูงถึง 255 ล้านตัน ซึ่งจำเป็นต้องมีอัตราการเติบโตแบบทบต้นต่อปี (CAGR) ร้อยละ 9.2 สำหรับการผลิตเหล็กดิบตั้งแต่ปีงบประมาณ 2566 ถึงปีงบประมาณ 2574
ตามการคาดการณ์ของ Crisil อินเดียคาดว่าจะใช้จ่ายเกือบ 143,000 ล้านรูปีในการพัฒนาโครงสร้างพื้นฐานในช่วงปีงบประมาณ 2567-2573 ซึ่งมากกว่าสองเท่าของ 670 พันล้านรูปีที่ใช้จ่ายใน 7 ปีงบประมาณก่อนหน้านี้เริ่มตั้งแต่ปี 2560 ตลอด 15 ปีงบประมาณจากปี 2560-2574 CAGR เฉลี่ยคาดการณ์อยู่ที่ร้อยละ 7; สำหรับ 15 ปีงบประมาณจากปี 2551-2566 CAGR ที่เกิดขึ้นจริงอยู่ที่ร้อยละ 5.8; และสำหรับ 5 ปีงบประมาณจากปี 2561-2566 (ไม่รวมปีงบประมาณ 2564 ที่ได้รับผลกระทบ) CAGR อยู่ที่ร้อยละ 7.2 ดังนั้น เนื่องจากรัฐบาลอินเดียให้ความสำคัญกับการพัฒนาโครงสร้างพื้นฐาน จึงคาดการณ์ CAGR ที่ประมาณร้อยละ 8 สำหรับปีงบประมาณ 2574 จาก CAGR ร้อยละ 8 การผลิตเหล็กดิบในปีงบประมาณ 2574 คาดการณ์ว่าจะสูงถึง 233.7 ล้านตัน เมื่อพิจารณาการคาดการณ์ต่างๆ การผลิตเหล็กดิบของอินเดียประมาณการว่าจะอยู่ที่ประมาณ 500 ล้านตันภายในปี 2593
3.2 กระบวนการผลิตเหล็ก
ตามนโยบายเหล็กแห่งชาติ ภายในปีงบประมาณ 2574 ร้อยละ 60-65 ของการผลิตเหล็กดิบในอินเดียจะผ่านเส้นทาง BF-BOF และร้อยละ 35-40 จะผ่านกระบวนการ DRI-EAF เนื่องจากสถานการณ์ปัจจุบันที่อินเดียมีเตาถลุงเหล็ก 71 เตา โดยมี 5 เตาที่กำลังก่อสร้าง และมีการประกาศสร้างเตาถลุงเหล็กใหม่เพิ่มอีก 22 เตา ดังนั้น แม้กระทั่งภายในปี 2593 อินเดียก็คาดว่าจะยังคงมีกำลังการผลิต BF-BOF อย่างมีนัยสำคัญ ซึ่งชี้ให้เห็นว่าเตาถลุงเหล็กจะยังคงมีบทบาทสำคัญต่อไป
4. การคาดการณ์ปริมาณเศษเหล็กที่มีในอินเดียสำหรับปี 2573 และ 2593
การผลิตเศษเหล็กโดยประมาณในอินเดียอยู่ที่ประมาณ 280 ล้านตันในปีงบประมาณ 2565 และประมาณ 220 ล้านตันในปีงบประมาณ 2566 ในฐานะประเทศกำลังพัฒนา การผลิตเหล็กของอินเดียมากกว่าร้อยละ 60 ทุ่มเทให้กับภาคโครงสร้างพื้นฐานและการก่อสร้างซึ่งมีอายุการใช้งานประมาณ 50 ปี ดังนั้น ปริมาณเศษเหล็กที่เกิดขึ้นจะไม่มากนัก
ยานพาหนะหมดอายุการใช้งานเป็นแหล่งที่มาหนึ่งของเศษเหล็ก รัฐบาลอินเดียใช้นโยบายการเลิกใช้งานยานพาหนะในปี 2565 โดยกำหนดให้ยานพาหนะโดยสารที่มีอายุมากกว่า 20 ปีและยานพาหนะพาณิชย์ที่มีอายุมากกว่า 15 ปีควรถูกเลิกใช้งาน ประมาณการว่าเศษเหล็กจากยานพาหนะที่ถูกเลิกใช้งานจะมีปริมาณ 4.6 ล้านตันในปีงบประมาณ 2566, 5.3 ล้านตันในปีงบประมาณ 2568 และ 7.3 ล้านตันภายในปี 2573 ภายในปี 2593 ตัวเลขนี้อาจเพิ่มขึ้นเป็นประมาณ 15 ล้านตัน
แหล่งที่มาอื่นๆ ของเศษเหล็ก ได้แก่ เรือที่ปลดระวางแล้ว สถานที่ก่อสร้าง โรงงาน โรงซ่อมแซม และเศษเหล็กที่เกิดภายในโรงงานเหล็ก ภายในปี 2573 การรื้อถอนเรืออาจผลิตเศษเหล็กได้ 7-7.5 ล้านตัน และเศษเหล็กที่เกิดภายในโรงงานเหล็กคิดเป็นประมาณร้อยละ 8 ของการผลิตเหล็กดิบ ภายในปี 2573 และ 2593 ประมาณการชี้ว่าแหล่งนี้สามารถผลิตเศษเหล็กได้ประมาณ 200 ล้านตันและ 400 ล้านตันตามลำดับ
ในระดับโลก ประมาณการว่าการผลิตเหล็กดิบจะสูงถึง 1.95 พันล้านตันภายในปี 2573 โดยมีการบริโภคเศษเหล็ก 828 ล้านตัน และอัตราการใช้เศษเหล็กที่ร้อยละ 35-36 อัตราส่วน BF ต่อ EAF คาดว่าจะอยู่ที่ 60:40 เทียบกับอัตราส่วนปัจจุบันที่ 70:30
5. การคาดการณ์โครงสร้างและกระบวนการผลิตเหล็กป้อนสำหรับปีงบประมาณ 2573 และ 2593
กระบวนการผลิตเหล็กของอินเดียสำหรับปีงบประมาณ 2566 ประกอบด้วย BF-BOF ร้อยละ 46, BF/DRI-EAF ร้อยละ 22 และ IF (DRI และเศษเหล็ก) ร้อยละ 32 อัตราการใช้เศษเหล็กในเตาถลุงเหล็ก, เตาอาร์คไฟฟ้า และเตาเหนี่ยวนำอยู่ที่ประมาณร้อยละ 8, ร้อยละ 27 และร้อยละ 30 ตามลำดับ; อัตราเหล็กหลอมเหลวอยู่ที่ร้อยละ 92, ร้อยละ 43 และร้อยละ 0; ในขณะที่อัตราของ DRI อยู่ที่ร้อยละ 0, ร้อยละ 30 และร้อยละ 70 ของ DRI ที่ใช้ในเตาอาร์คไฟฟ้า ประมาณร้อยละ 85 เป็นแบบใช้ก๊าซ และที่เหลืออีกร้อยละ 15 เป็นแบบใช้ถ่านหิน และเตาเหนี่ยวนำใช้ DRI แบบใช้ถ่านหิน 100 เปอร์เซ็นต์ เหล็กหลอมเหลวรวมถึงการผลิตจากเตาลดการหลอมเหลว
เมื่อวางแผนกระบวนการในอนาคต มี 2 ประเด็นสำคัญที่สำคัญ: ประการแรก การลดสัดส่วนที่สูงของ BF-BOF เพื่อลดการปล่อย CO2; ประการที่สอง การลดสัดส่วนของเตาเหนี่ยวนำเพื่อผลิตเหล็กเกรดสูงขึ้น ขอแนะนำให้นำกระบวนการที่แสดงในตารางที่ 2 ด้านล่างนี้ไปใช้
ตารางที่ 2- กระบวนการผลิตเหล็กที่แนะนำ (%)
ตารางที่ 3 แสดงการคาดการณ์การผลิตเหล็กดิบ ข้อกำหนดปัจจัยการผลิต และสัดส่วน (เหล็กหลอมเหลว: เหล็กรีดิวซ์โดยตรง: เศษเหล็ก) สำหรับโรงงานเหล็กหลักและผู้ผลิตรายอื่นในปีงบประมาณ 2573 และ 2593 พร้อมด้วยข้อมูลจริงสำหรับปีงบประมาณ 2566
ตารางที่ 3 – การคาดการณ์การผลิตเหล็กดิบ ข้อกำหนดปัจจัยการผลิต และสัดส่วน (ล้านตัน, %) สำหรับผู้ผลิตเหล็กอินเดีย
6. บทสรุป
ปัจจุบัน ความเข้มข้นการปล่อย CO2 ของอุตสาหกรรมเหล็กของอินเดียสูงกว่าค่าเฉลี่ยโลกร้อยละ 30 โดยเผชิญกับความท้าทายสองประการคือการขาดแคลนเศษเหล็กและก๊าซธรรมชาติที่ไม่เพียงพอ ส่งผลให้การใช้เหล็กหลอมเหลวและเหล็กรีดิวซ์โดยตรง (DRI) ที่ใช้ถ่านหินเป็นหลักนำไปสู่ความเข้มข้นการปล่อยสูง นอกจากนี้ เนื่องจากประเทศส่วนใหญ่มีข้อจำกัดหรือการห้ามส่งออกเศษเหล็กเพื่อเพิ่มการใช้เศษเหล็กภายในประเทศ การนำเข้าเศษเหล็กก็เป็นเรื่องที่ท้าทายอย่างยิ่งเช่นกัน
เป็นการยากที่จะแทนที่เตาถลุงเหล็กทั้งหมดภายในปี 2593 เนื่องจากบางเตาเพิ่งเริ่มเดินเครื่อง และบางเตายังคงอยู่ในระหว่างการก่อสร้าง ดังนั้น การเพิ่มการใช้เศษเหล็กเป็นร้อยละ 50 ภายในปี 2593 จึงไม่สามารถทำได้สำหรับผู้ผลิตเหล็กอินเดียรายใหญ่
มีการคาดการณ์ว่าภายในปี 2593 อัตราส่วนเศษเหล็กในอินเดียอาจสูงถึงร้อยละ 25 (ปัจจุบันประมาณร้อยละ 20) โดยผู้ผลิตเหล็กรายใหญ่บรรลุร้อยละ 20 (ปัจจุบันประมาณร้อยละ 10)
การผลิตเศษเหล็กแบบดั้งเดิมนั้นพึ่งพาถ่านหินและ DRI ที่ใช้ถ่านหินเป็นหลัก ซึ่งนำไปสู่การปล่อยคาร์บอนสูง ในทางตรงกันข้าม การผลิตเหล็กด้วย EAF ใช้ไฟฟ้าเพื่อให้ความร้อนแก่เศษเหล็กและเหล็ก ลดความต้องการถ่านหินและลดการปล่อยคาร์บอนลงอย่างมีนัยสำคัญ
ในการผลิตเหล็กด้วย EAF แบบกระบวนการสั้น การใช้งาน การดูดซับด้วยแรงดันสูญญากาศ (VPSA) หน่วยออกซิเจนมีความสำคัญอย่างยิ่งในการปรับปรุงการควบคุมเตาเผาและประสิทธิภาพการผลิต โรงผลิตออกซิเจน VPSA ใช้โมเลกุลซีฟในการสร้างออกซิเจนเสริมสมรรถนะจากอากาศ เมื่อเปรียบเทียบกับระบบไครโอเจนิกแบบดั้งเดิม ระบบออกซิเจน VPSA มีต้นทุนการก่อสร้างและการดำเนินงานที่ต่ำกว่า และสามารถปรับอัตราการไหลของออกซิเจนตามความต้องการที่เปลี่ยนแปลงระหว่างการผลิตเหล็ก ซึ่งช่วยปรับบรรยากาศเตาเผาและปฏิกิริยาเคมีในการหลอมเหลวให้เหมาะสมยิ่งขึ้น ปรับปรุงประสิทธิภาพการทำงานของเตาเผา และคุณภาพผลิตภัณฑ์เหล็ก และมีส่วนช่วยในการลดการใช้พลังงานและการปล่อยมลพิษอย่างมาก จึงช่วยลดการปล่อยคาร์บอนโดยรวม
ด้วยความเชี่ยวชาญด้านการแยกก๊าซกว่า 25 ปี PKU Pioneer เป็นผู้นำระดับนานาชาติด้านเทคโนโลยีการผลิตออกซิเจน VPSA ในด้านกำลังการผลิตออกซิเจน ประสิทธิภาพของอุปกรณ์ และประสิทธิภาพการใช้พลังงาน PKU Pioneer ได้ให้โซลูชันการผลิตออกซิเจนคุณภาพสูงแก่ผู้ประกอบการเหล็กกว่า 70 รายทั่วโลก รวมถึงบริษัทชั้นนำระดับโลกอย่าง Baosteel ช่วยให้ผู้ใช้ปรับกระบวนการผลิตเหล็กให้เหมาะสม ลดการใช้พลังงาน และบรรลุการพัฒนาที่ยั่งยืนและเป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อม