فناوری HIsarna؛ تحولی در صنعت فولادسازی با نگاهی به آینده‌ای پایدار
صنعت فولاد یکی از ارکان اساسی توسعه صنعتی و اقتصادی در جهان محسوب می‌شود. این صنعت نقش حیاتی در ساخت‌وساز، تولید خودرو، ساخت ماشین‌آلات صنعتی، صنایع نظامی و بسیاری دیگر از بخش‌های زیر بنایی دارد. اما در کنار اهمیت بی‌بدیل، صنعت فولاد یکی از بزرگ‌ترین منابع انتشار گازهای گلخانه‌ای، به ویژه دی‌اکسید کربن (CO₂)، به شمار می‌رود. بر اساس گزارش انجمن جهانی فولاد (World Steel Association)، این صنعت مسئول حدود ۷ تا ۹ درصد از کل انتشار (CO₂) ناشی از فعالیت‌های انسانی در جهان است. به همین دلیل، دستیابی به راهکارهایی برای کاهش آلایندگی در این صنعت، به یکی از اولویت‌های جهانی برای مقابله با تغییرات اقلیمی تبدیل شده است.
با توجه به اهداف توافق‌نامه پاریس و طرح‌های بلندمدت کشورها برای دستیابی به بی‌کربن شدن (Net-Zero)، تحول در فناوری‌های تولید فولاد از وضعیت کنونی به سمت روش‌هایی با آلایندگی کمتر، یک الزام راهبردی است. در این راستا، فناوری‌های نوین فولادسازی با هدف کاهش چشمگیر آلایندگی و افزایش بهره‌وری، مورد توجه پژوهشگران و صنعتگران قرار گرفته‌اند. یکی از برجسته‌ترین این نوآوری‌ها، فناوری HIsarna است که توسط شرکت‌هایی مانند Tata Steel و Rio Tinto توسعه یافته و می‌تواند تحولی اساسی در مسیر تولید فولاد پایدار ایجاد کند.
فناوری HIsarna چیست؟
یک فناوری پیشرفته در حوزه فولادسازی است که فرآیند سنتی تولید آهن خام را با حذف مراحل پرانرژی و آلاینده‌ای مانند کُک‌سازی و سینترینگ، بازطراحی می‌کند. این فناوری ترکیبی از دو فرآیند مجزا اما مکمل به نام‌های «کوره چرخنده سیکلونی» (Cyclone Converter Furnace – CCF) و «راکتور احیای ذوبی» (Smelting Reduction Vessel – SRV) است.
در فرآیند این فناوری، سنگ‌آهن به‌صورت پودری بدون نیاز به پیش‌فرآوری وارد کوره می‌شود و در دمایی بین ۱۴۵۰ تا ۱۵۵۰ درجه سانتی‌گراد با اکسیژن و مواد کربنی واکنش می‌دهد و مستقیماً به آهن مذاب تبدیل می‌شود. این روش نه تنها بهره‌وری فرآیند را افزایش می‌دهد، بلکه باعث کاهش قابل‌توجه مصرف انرژی و تولید گازهای گلخانه‌ای می‌شود.
مزایا و خصایص
۱. کاهش چشمگیر انتشار دی‌اکسید کربن یکی از مزیت‌های اساسی این فناوری، کاهش تا ۲۰ درصدی انتشار CO₂ در مقایسه با روش‌های سنتی مبتنی بر کوره بلند است. به علاوه، امکان ترکیب این فناوری با سیستم‌های جذب و ذخیره کربن (Carbon Capture and Storage – CCS) یا حتی استفاده از هیدروژن به جای زغال سنگ، میزان کاهش انتشار را به حدود ۸۰ تا ۹۰ درصد افزایش می‌دهد. به گفته موسسه تحقیقاتی Climate Action Tracker، این فناوری در صورت ترکیب با انرژی‌های تجدیدپذیر، می‌تواند به تولید فولاد تقریباً بدون کربن (Near-Zero Steel) منجر شود.
۲. حذف مراحل پرهزینه و آلاینده این فناوری با حذف نیاز به ساخت کُک در کوره‌های کک‌سازی و حذف فرآیند آگلومراسیون، هزینه‌های عملیاتی و آلایندگی‌های مربوطه را به شدت کاهش می‌دهد. این امر منجر به صرفه‌جویی در مصرف انرژی و کاهش قابل‌توجه آلودگی هوا و انتشار ذرات معلق می‌شود.
۳. انعطاف‌پذیری در استفاده از مواد اولیه برخلاف کوره بلند که نیازمند استفاده از سنگ‌آهن با عیار بالا و زغال‌سنگ کک‌شو است، این تکنولوژی می‌تواند از سنگ آهن با عیار پایین‌تر و زغال‌سنگ غیرکک‌شو نیز استفاده کند. این انعطاف‌پذیری موجب کاهش وابستگی به منابع خاص و کاهش هزینه‌های تأمین مواد اولیه می‌شود.
۴. افزایش راندمان انرژی حذف مراحل میانی و استفاده مستقیم از حرارت تولیدشده در فرآیند، باعث بهبود راندمان انرژی در کل زنجیره تولید فولاد می‌شود. گرمای بازیافتی از این فرآیند می‌تواند در تولید بخار، تولید برق یا حتی گرمایش محیط‌های صنعتی مجدداً مورد استفاده قرار گیرد.
مقایسه فناوری HIsarna با روش‌های سنتی تولید فولاد
| معیار مقایسه | کوره بلند سنتی (BF-BOF) | فناوری HIsarna |
|---|---|---|
| تولید CO₂ | حدود ۲ تن | حدود ۱.۶ تن (کاهش ۲۰ درصد) |
| نیاز به کُک | بله | خیر |
| نیاز به آگلومراسیون | بله | خیر |
| انعطاف‌پذیری مواد اولیه | محدود | بالا |
| قابلیت ترکیب با CCS | کم | بالا |
| مصرف انرژی | بالا | متوسط تا پایین |
تاریخچه و روند توسعه
توسعه این تکنولوژی از اوایل دهه ۲۰۰۰ آغاز شد. در ابتدا این فناوری به‌صورت آزمایشی در مرکز تحقیقات Tata Steel در IJmuiden هلند پیاده‌سازی شد. در سال ۲۰۱۰، اولین راکتور آزمایشی ساخته شد و آزمایش‌های اولیه موفقیت‌آمیز بودند. در سال ۲۰۱۸، راکتور نیمه‌صنعتی با ظرفیت ۶۰,۰۰۰ تن در سال به بهره‌برداری رسید که نتایج بسیار امیدوارکننده‌ای به همراه داشت.
در بازه زمانی ۲۰۲۰ تا ۲۰۲۳، تمرکز بر روی توسعه صنعتی، افزایش ظرفیت تولید و ادغام فناوری CCS بود. شرکت‌های فعال در این پروژه اعلام کرده‌اند که تا سال ۲۰۳۰ می‌توانند تولید صنعتی با مقیاس کامل (Commercial Scale) را آغاز کنند.
چالش‌ها و موانع پیش‌رو
- سرمایه‌گذاری اولیه بالا: احداث کارخانه‌های مبتنی بر این عملیات نیازمند سرمایه‌گذاری سنگین در تجهیزات، زیرساخت‌ها و فناوری‌های جدید است که ممکن است برای بسیاری از تولیدکنندگان سنتی، یک ریسک اقتصادی محسوب شود.
- نیاز به انرژی پاک: برای دستیابی به حداکثر کاهش CO₂، لازم است از انرژی‌های تجدیدپذیر مانند برق خورشیدی و بادی یا هیدروژن سبز استفاده شود؛ منابعی که هنوز در بسیاری از نقاط جهان به‌طور کامل توسعه نیافته‌اند.
- موانع فنی و عملیاتی: کنترل دقیق شرایط واکنش، نیاز به آموزش نیروی انسانی متخصص و همچنین مقاومت شرکت‌های فولادی در برابر تغییر فرآیندهای سنتی، از جمله چالش‌های اساسی برای استقرار گسترده این فناوری هستند.
نقش HIsarna بر آينده فولاد
در آینده صنعت فولاد با تشدید قوانین زیست‌محیطی در سطح بین‌المللی، از جمله مالیات کربن و مقررات سخت‌گیرانه زیست‌محیطی اتحادیه اروپا، فناوری‌هایی مانند HIsarna می‌توانند به ابزارهای کلیدی برای کاهش آلایندگی صنایع سنگین تبدیل شوند. در صورت ترکیب با راهکارهای تکمیلی، این فناوری پتانسیل آن را دارد که صنعت فولاد را به سمت بی‌کربن شدن هدایت کند.
راهکارهای تکمیلی برای کاهش کربن
همان طور كه گفته در عصر امروز يكي از چالش‌های اساسی بحران محیط زیست و در همین راستا بسیاری از صنایع می‌کوشند تا بتوانند روند تولیدات خود را به‌سوی کاهش آلاینده‌هایی مانند کربن ببرند. در همین جهت می‌توان کاربردی‌ترین روش‌ها را به شرح ذیل صورت‌بندی کرد:
- استفاده از هیدروژن سبز در فرآیند احیای مستقیم آهن . (Direct Reduced Iron - DRI)
- بازیافت ضایعات فولاد در کوره‌های قوس الکتریکی . (Electric Arc Furnace - EAF)
- بهره‌گیری از سیستم‌های بازیافت حرارتی و بهینه‌سازی مصرف انرژی.
- توسعه زنجیره تأمین انرژی تجدیدپذیر.
نتیجه‌گیری
این فناوری با ارائه روشی نوین، کارآمد و کم‌کربن برای تولید فولاد، می‌تواند انقلابی در صنعت فولادسازی ایجاد کند. با وجود چالش‌های مالی، فنی و زیرساختی، مزایای این فناوری در زمینه کاهش گازهای گلخانه‌ای، افزایش انعطاف‌پذیری در مواد اولیه و صرفه‌جویی در مصرف انرژی، آن را به گزینه‌ای جدی برای آینده صنعت فولاد تبدیل کرده است.
در صورت تداوم حمایت‌های دولتی، همکاری‌های بین‌المللی و سرمایه‌گذاری در زیرساخت‌های انرژی پاک، HIsarna می‌تواند به نماد تحول سبز در صنعت فولاد تبدیل شود و نقشی کلیدی در تحقق اهداف اقلیمی جهان ایفا کند.
