فناوری فولاد هیدروژنی و امید به تنفس سالم‌تر در کلان شهرها
آلودگی هوا در کلانشهرها به یک تهدید جدی برای سلامت عمومی تبدیل شده و سالانه جان هزاران نفر را به خطر می‌اندازد. در این میان، صنعت فولاد به دلیل استفاده از زغال سنگ و انتشار گازهای آلاینده و مضر یکی از منابع اصلی این آلودگی محسوب می‌شود.
در سال‌های اخیر، تلاش‌ها برای به کارگیری فناوری‌های پاک در این صنعت و کاهش آثار زیست‌محیطی آن افزایش یافته است. تولید فولاد با هیدروژن یکی از این روش‌ها است که در آن به جای زغال سنگ، از گاز هیدروژن برای جداسازی آهن استفاده می‌شود و تنها محصول جانبی آن بخار آب است.
اگرچه این فناوری هنوز در مراحل اولیه توسعه قرار دارد، اما بر اساس تحلیل منابع تخصصی مانند فولادسل می‌تواند تاثیر چشمگیری بر بهبود کیفیت هوا، به ویژه در کشورهایی مانند ایران داشته باشد. در ادامه، به بررسی روش تولید فولاد هیدروژنی، چالش‌ها و چشم‌انداز آینده آن در ایران می‌پردازیم.
بحران آلودگی هوای کلانشهرها و نقش پنهان صنعت فولاد
در بسیاری از شهرهای بزرگ جهان، آلودگی هوا به یکی از جدی‌ترین بحران‌های زیست‌محیطی تبدیل شده است. کیفیت هوایی که هر روز تنفس می‌کنیم، حالا به یکی از اصلی‌ترین نگرانی‌های بهداشت عمومی تبدیل شده است. از تهران و دهلی گرفته تا پکن و مکزیکوسیتی، میلیون‌ها نفر هر روز صبح با هشدارهای آلودگی، مشکلات تنفسی و آسمانی خاکستری از خواب بیدار می‌شوند.
هر چند بیشتر توجهات به منابعی مانند خودروها و مصرف انرژی خانگی به عنوان عامل اصلی آلودگی هوا معطوف شده است، یکی از عواملی که نقش آن در آلودگی هوا کمتر مورد بحث قرار می‌گیرد، صنعت فولاد است. روش‌های سنتی تولید فولاد، به ویژه کوره بلند که سوخت آن از زغال‌سنگ است، از جمله آلاینده‌ترین فرایندهای صنعتی در جهان به شمار می‌روند. این فرایندها مقدار زیادی دی‌اکسید کربن (CO₂)، اکسیدهای گوگرد و ذرات معلق خطرناک را وارد هوا می‌کنند.
بر اساس آمارها، صنعت فولاد به تنهایی حدود ۷ تا ۹ درصد از کل انتشار گاز دی‌اکسید کربن در جهان را تولید می‌کند. در کشورهایی مانند ایران که زیرساخت‌های صنعتی قدیمی بوده و بسیاری از کارخانه های فولاد در نزدیکی مناطق شهری فعالیت می‌کنند، این مشکل شدیدتر است. شهرهایی مانند اصفهان، اهواز و کرج که همگی در نزدیکی کارخانه‌های بزرگ فولاد قرار دارند، بارها در فهرست آلوده‌ترین شهرهای کشور قرار گرفته‌اند.
با افزایش فشار برای کاهش آلاینده‌ها و ناتوانی شهرها در کنترل آلودگی، یافتن روش‌های پاک‌تر برای تولید فولاد دیگر یک انتخاب نیست؛ بلکه یک ضرورت است. در میان راهکارهای جدید، یکی از گزینه‌ها بیش از بقیه مورد توجه قرار گرفته است: جایگزینی زغال‌سنگ با هیدروژن در فرایند تولید فولاد. اما این روش دقیقا چگونه کار می‌کند؟
چگونه تولید فولاد هیدروژنی می‌تواند معادله را تغییر دهد؟
تولید فولاد هیدروژنی یک روش نوین برای ساخت فولاد است که در آن به جای استفاده از زغال‌سنگ، از گاز هیدروژن برای استخراج فلز آهن از سنگ‌آهن استفاده می‌شود. در این فرایند، به جای اینکه گازهای آلاینده‌ای مانند دی‌اکسید کربن تولید شود، فقط بخار آب تولید می‌شود و از این رو انتشار گازهای گلخانه‌ای به طور قابل‌توجهی کاهش می‌یابد. به همین دلیل، این روش بسیار پاک‌تر و کم‌خطرتر برای محیط‌زیست است.
تولید فولاد هیدروژنی معمولا با روش آهن اسفنجی (DRI) انجام می‌شود. در این فرایند، گندله‌های سنگ‌آهن در دمای بالا در معرض گاز هیدروژن قرار می‌گیرند. هیدروژن با اکسیژن موجود در سنگ‌آهن واکنش می‌دهد و آهن خالص باقی می‌ماند، در حالی که بخار آب آزاد می‌شود. آهنی که اکسیژن خود را از دست داده، سپس در کوره‌ای به نام قوس الکتریکی (EAF) ذوب می‌شود تا به فولاد تبدیل شود. اگر برق این کوره‌ها از منابع تجدیدپذیر مانند انرژی خورشیدی یا بادی تامین شود، کل فرایند می‌تواند بدون تولید کربن انجام شود.
مزایای زیست‌محیطی این روش فقط به کاهش دی‌اکسید کربن محدود نمی‌شود. روش‌های سنتی مبتنی بر زغال‌سنگ، آلاینده‌های خطرناکی مانند دی‌اکسید گوگرد، اکسیدهای نیتروژن و ذرات معلق وارد هوا می‌کنند؛ موادی که در ایجاد مه‌دود، بیماری‌های تنفسی و کاهش کیفیت هوای شهرها نقش دارند. در مقابل، تولید فولاد با هیدروژن این آلاینده‌ها را تولید نمی‌کند. در شهرهایی که از آلودگی صنعتی رنج می‌برند، این روش می‌تواند نه‌تنها در سطح جهانی، بلکه به صورت مستقیم در بهبود کیفیت هوای محلی موثر باشد.
به همین دلیل، فولاد هیدروژنی تنها راهی برای مقابله با تغییرات اقلیمی نیست، بلکه ابزاری برای بهبود سلامت عمومی نیز به شمار می‌رود. در کشورهایی مانند ایران و هند که بسیاری از کارخانه‌های فولاد در نزدیکی مناطق مسکونی قرار دارند، این فناوری می‌تواند نقش مهمی در کاهش بیماری‌های ناشی از آلودگی ایفا کند.
البته این فناوری هنوز در مراحل آغازین توسعه قرار دارد، اما پتانسیل آن روشن است: راهی برای تولید یکی از ضروری‌ترین مواد جهان، بدون به خطر انداختن سلامت مردم یا محیط‌زیست.
چالش‌های اقتصادی و فنی در تولید فولاد هیدروژنی
اگرچه تولید فولاد با هیدروژن راهکاری امیدبخش برای کاهش آلودگی‌های زیست‌محیطی به شمار می‌رود، اما اجرای گسترده آن کار ساده‌ای نیست. موانع متعددی، به ویژه در زمینه هزینه، زیرساخت و آماده‌سازی فناوری، باعث شده‌اند که این روش فعلا فقط در پروژه‌های آزمایشی یا کوچک مورد استفاده قرار گیرد. برخی از چالش های فعلی بر سر راه گسترش این فناوری عبارتند از:
- هزینه بالا: برای تولید فولاد هیدروژنی، ابتدا باید آب را از طریق برق به اجزای تشکیل‌دهنده آن یعنی هیدروژن و اکسیژن تجزیه کرد. این فرایند نیازمند دستگاه‌های پیشرفته و پرهزینه‌ای به نام الکترولایزر است. از سوی دیگر، برقی که در این روش مصرف می‌شود معمولا از منابع تجدیدپذیر مانند انرژی خورشیدی یا بادی تامین می‌شود. اما تولید برق پاک در مقیاس بالا همواره امکان‌پذیر نیست و می‌تواند هزینه‌بر باشد. به همین دلیل، فولادی که با این روش تولید می‌شود گاهی تا ۳۰ درصد گران‌تر از فولاد تولید شده با روش‌های سنتی است.
- نیاز به سیاست‌گذاری دولتی: در حال حاضر، فولاد تولید شده با روش‌های سنتی ارزان‌تر و در دسترس‌تر است. نگاهی به قیمت میلگرد سال 1404 گویای این مطلب است. اگر دولت‌ها مشوق‌هایی مانند مالیات بر آلایندگی یا حمایت مالی برای تولید فولاد پاک در نظر نگیرند، شرکت‌های فولادی انگیزه‌ای برای تغییر روش تولید خود نخواهند داشت. بدون سیاست‌گذاری قوی، بسیاری از تولیدکنندگان این فناوری را یک ریسک اقتصادی می‌دانند.
- نبود زیرساخت‌های لازم: هیدروژن به سامانه‌های خاصی برای تولید، ذخیره‌سازی و انتقال ایمن نیاز دارد. بیشتر کارخانه‌های فولاد امروزی برای استفاده از هیدروژن طراحی نشده‌اند و ارتقای آن‌ها نیازمند سرمایه‌گذاری‌های کلان است. همچنین، در بسیاری از کشورها از جمله ایران، شبکه برق نیز نیاز به بازسازی و تقویت دارد تا بتواند تولید هیدروژن سبز در مقیاس وسیع را پشتیبانی کند.
- نوپا بودن فناوری‌ها: اگرچه فناوری‌های پایه مانند کوره قوس الکتریکی و واحدهای آهن اسفنجی (DRI) وجود دارند، اما استفاده از آن‌ها با هیدروژن هنوز یک فناوری جدید محسوب می‌شود. از سوی دیگر، تجهیزات مورد نیاز برای این روش، مانند الکترولایزرها یا سنگ‌آهن با خلوص بالا، باید با ظرفیت بالاتری در بازار موجود باشند تا امکان تولید صنعتی فراهم شود، به ویژه در کشورهایی که منابع محدودی دارند.
چشم‌انداز تولید فولاد هیدروژنی در ایران
ایران یکی از بزرگ‌ترین تولیدکنندگان فولاد در جهان است. بسیاری از کارخانه‌های فولاد در کشور با روش آهن اسفنجی (DRI) کار می‌کنند که نسبت به کوره بلند، سازگاری بیشتری با استفاده از گاز هیدروژن دارد. این ویژگی، زمینه مناسبی برای حرکت به سمت تولید فولاد پاک در آینده فراهم می‌کند.
تا امروز هیچ شرکتی در ایران تولید فولاد با هیدروژن را به طور کامل آغاز نکرده، اما نشانه‌هایی از علاقه و برنامه‌ریزی دیده می‌شود. برای نمونه، شرکت فولاد هرمزگان که یکی از تولیدکنندگان اصلی آهن اسفنجی در کشور است، به طور رسمی از استفاده از هیدروژن سبز در طرح‌های آینده خود حمایت کرده است. علاوه بر آن، پروژه‌هایی نیز در استان‌های یزد و کرمان در حال انجام هستند که با استفاده از انرژی خورشیدی هیدروژن تولید می‌کنند که می‌توانند در آینده برای تولید فولاد مورد استفاده قرار گیرند.
با این حال، چالش‌هایی همچنان وجود دارد. شبکه برق کشور هنوز به سوخت‌های فسیلی وابسته است و ظرفیت تولید هیدروژن پاک هم بسیار محدود است. ساخت تجهیزات و زیرساخت‌های لازم برای تولید و انتقال ایمن هیدروژن و نیز تامین برق تجدیدپذیر، نیازمند زمان، سرمایه‌گذاری و برنامه‌ریزی دقیق است.
با وجود این موانع، چشم‌انداز بلندمدت روشن به نظر می‌رسد. اگر ایران بتواند در حوزه انرژی پاک و فناوری‌های نو سرمایه‌گذاری کند، می‌تواند صنعت فولاد خود را نوسازی کرده و در عین حال از میزان آلودگی هوا و انتشار گازهای گلخانه‌ای بکاهد. در شهرهایی که کارخانه‌های فولاد در نزدیکی مناطق مسکونی قرار دارند، این تحول می‌تواند تأثیر مستقیمی بر سلامت مردم داشته باشد و هوای پاک را از یک آرمان محیط‌زیستی به یک ضرورت بهداشتی تبدیل کند.
در حال حاضر، تولید فولاد هیدروژنی در ایران هنوز به صورت فراگیر آغاز نشده است، اما با تدوین سیاست‌های حمایتی، توسعه زیرساخت‌ها و سرمایه‌گذاری در فناوری‌های نوین، این روش می‌تواند در آینده به بخشی جدی از برنامه صنعتی کشور تبدیل شود. در این مسیر، ارزیابی پیامدهای اقتصادی آن، از جمله تاثیر احتمالی بر بازار محصولات فولادی، اهمیت ویژه‌ای دارد. برای بررسی روند قیمت‌ها و تحلیل بازار، منابع تخصصی مانند فولادسل از طریق شماره ۷۴۴۸۶-۰۲۱ اطلاعات دقیق و به‌روز را در اختیار فعالان این حوزه قرار می‌دهند.
