4 تقنيات رائدة تتنافس على إزالة الكربون من قطاع صناعة الصلب
الحياد الكربوني يتطلب خفض انبعاثات الصناعة بنسبة 93% بحلول 2050
نوار صبح
- الصُّلب ضروري للعديد من التقنيات النظيفة، من توربينات الرياح إلى السيارات الكهربائية.
- صناعة الصلب تمثل نحو 8% من انبعاثات ثاني أكسيد الكربون العالمية.
- الفولاذ يُعَد إحدى أهم الصناعات الثقيلة وأصعبها لإزالة الكربون.
- المستخدمون النهائيون يخططون للتخلي تدريجيًا عن استهلاك منتجات الصلب التقليدية كثيفة الانبعاثات.
يُعَد الصلب إحدى أهم الصناعات الثقيلة وأصعبها لإزالة الكربون؛ لذلك تتنافس 4 تقنيات رائدة على إنتاج الصلب الأخضر، وفق ما اطلعت عليه منصة الطاقة المتخصصة.
بموجب اتفاقية باريس للمناخ، يتطلب تحقيق الحياد الكربوني في صناعة الصلب أن يخفض القطاع انبعاثاته بنسبة 93% بحلول عام 2050، وفقًا لما نشره موقع إنرجي مونيتور (EnergyMonitor) في يناير/كانون الثاني الجاري.
وتمثل صناعة الصلب نحو 8% من انبعاثات ثاني أكسيد الكربون العالمية، ويُعَد هذا القطاع بالغ الأهمية للانتقال إلى الحياد الكربوني في العالم؛ إذ إنه من المواد الضرورية للعديد من التقنيات النظيفة، من توربينات الرياح إلى السيارات الكهربائية.
تحديات تواجه صناعة الصلب
تعود صعوبة إزالة الكربون من صناعة الصلب إلى التحدي المتمثل في كهربة عمليات الإنتاج وتكاليف تحوّل الانتقال إلى مصادر الطاقة النظيفة.
تكمن المشكلة في أن الصلب يُعَد أيضًا صناعة "يصعب تقليل انبعاثاتها" بسبب التحدي المتمثل في كهربة عمليات الإنتاج وتكاليف الانتقال.
يقول رئيس أسواق الصلب والمواد الخام في شركة وود ماكنزي الاستشارية، مالان وو: "تنبع الحاجة إلى إزالة الكربون من قطاع الصلب من جانب العرض والطلب".
ويوضح مالان وو أن المستخدمين النهائيين يخططون للتخلي تدريجيًا عن استهلاك منتجات الصلب التقليدية كثيفة الانبعاثات والتحول إلى بدائل صديقة للبيئة.
ويضيف أنه على جانب العرض، يستعد صانعو الصلب لتلبية الطلب الناشئ على الصلب الأخضر وترقية سجلاتهم في الممارسات البيئية والاجتماعية وحوكمة الشركات من خلال إزالة الكربون بشكل استباقي من عملية صناعة الصلب.
صناعة الصلب الأخضر
في أكتوبر/تشرين الأول 2022، جَنَتْ شركة صناعة الصلب الأخضر الأميركية إليكترا 85 مليون دولار جرّاء دعم مجموعة من المستثمرين البارزين، بما في ذلك شركة أمازون وشركة بريكيثرو إنرجي فنتشرز، التابعة للملياردير الأميركي بيل غيتس، لتوسيع نطاق تقنيتها الخالية من الانبعاثات.
وتدّعي شركة إليكترا أن عملية تصنيع الحديد والصلب الرائدة لديها لا تصدر أي انبعاثات لثاني أكسيد الكربون مع إمكان أن تصبح أرخص من الطرق الحالية التي تعمل بطاقة الوقود الأحفوري.
علاوة على ذلك، طورت إليكترا عملية كهروكيميائية لتنقية خام الحديد إلى حديد عالي النقاء تخفض درجة حرارة العملية من 1600 درجة مئوية إلى 60 درجة مئوية.
وتستبدل هذه التقنية الفحم المحترق بالكهرباء المتجددة المتغيرة وتحل محل الخامات التجارية ذات الدرجة المنخفضة، التي لا تُستَخدم اليوم أو يُتَعامل معها بوصفها نفايات.
وتخطط الشركة لاستكمال بناء أول مصنع تجريبي لتكرير خام الحديد في ولاية كولورادو الأميركية في عام 2023؛ إذ تهدف إلى إنشاء مصنع على نطاق تجاري وتشغيله قبل نهاية العقد، وتُعَد تقنية إلكترا المتطورة واحدة من 4 تقنيات تتنافس على إنتاج الصلب الأخضر.
إزالة الكربون من الصلب
تنقسم صناعة الصلب اليوم إلى تيارات أولية وثانوية، ويشير التيار الثانوي إلى إعادة تدوير الصلب من الخردة المعدنية، نحو 70% من الصلب يأتي من الإنتاج الأولي.
تتضمن التكنولوجيا السائدة اليوم المنتجين الذين يستخدمون أفران فحم الكوك لتسخين الفحم لصنع فحم الكوك، ثم يُوضَع في فرن صهر بخام الحديد، وفقًا لما نشره موقع إنرجي مونيتور (EnergyMonitor) في يناير/كانون الثاني الجاري.
ويُحَوَّل الكوك إلى أول أكسيد الكربون، الذي يستخرج الأكسجين من خام الحديد، تاركًا عنصر الحديد، الذي يذوب في قاع الفرن، ثم يُرسَل هذا الحديد السائل إلى فرن الأكسجين الأساسي لضبط مستوى الكربون الخاص به؛ ما يجعله صلبًا.
بعد ذلك، يُرسَل إلى فرن البوتقة، أو "منصة التكرير"؛ لخلطه مع النيكل والمغنيسيوم والكروم وعناصر أخرى لتصنيع الصلب المقاوم للصدأ، وفق المعلومات التي رصدتها منصة الطاقة المتخصصة.
يقول زميل باحث مساعد في مركز جامعة كولومبيا لسياسة الطاقة العالمية،كريس باتاي: "تأتي معظم الانبعاثات من تلك الخطوة الأولى: إزالة الأكسجين من خام الحديد". هذا هو المكان الذي تأتي فيه البدائل النظيفة.
بدلاً من الأفران العالية، طُوِّرَت تقنية في السبعينيات تسمى "الاختزال المباشر للحديد" (دي آر آي) -أو الحديد الإسفنجي- حيث يُكَوِّر المنتجون خام الحديد قبل تمرير الغاز الاصطناعي (الهيدروجين وأول أكسيد الكربون) من خلاله.
ويزيل الغاز الاصطناعي الأكسجين على شكل بخار، تاركًا عنصر الحديد الصلب، الذي يمكن للمنتج بعد ذلك بيعه أو صهره في فرن القوس الكهربائي.
تقنيات إزالة الكربون من صناعة الصلب
لإزالة الكربون من الحديد الإسفنجي، يمكن للمنتجين إضافة تقنية احتجاز الكربون وتخزينه لالتقاط ثاني أكسيد الكربون المنبعث.
وعندما يكون لدى المنتجين مصدر خارجي للتسخين؛ فيمكنهم استخدام الهيدروجين النقي بدلًا من الفحم، وهي تقنية إزالة الكربون من الصلب التي ربما تلقّت أكبر قدر من الاستثمار حتى الآن.
بدلًا من ذلك، يوجد نوعان من تقنيات التحليل الكهربائي، في التحليل الكهربائي المائي (إيه إي)، كما تفعل شركة صناعة الصلب الأخضر الأميركية إليكترا، يُغمَر خام الحديد في الحمض ويُصقَل بالكهرباء؛ ما يؤدي إلى توقف فقاعة الأكسجين.
في التحليل الكهربائي للأكسيد المصهور (إم أو إي)، توضع الأقطاب الكهربائية في مسحوق خام الحديد ويُشَغَّل تيار عالٍ خلاله حتى يذوب وينطلق الأكسجين.
يقول كريس باتاي، الذي كان أحد المؤلفين الرئيسين لفصل صناعة الصلب، في أحدث تقرير صادر عن الهيئة الحكومية الدولية المعنية بتغير المناخ: "نحتاج فقط إلى واحدة من هذه التقنيات للعمل وبسعر معقول".
تجدر الإشارة إلى أن شركة إليكترا تمتلك دليلًا تجريبيًا ولكنها لم تصل بعد إلى النطاق التجاري الكامل، وتُعَد شركة بوسطن ميتلز في الولايات المتحدة المؤيدة الرئيسة للتحليل الكهربائي للأكسيد المصهور.
صعوبة الاختيار
من بين التقنيات الـ4 المتنافسة لإزالة الكربون من صناعة الصلب؛ فإن "الاختزال المباشر للحديد" (دي آر آي) -أو الحديد الإسفنجي- باستخدام احتجاز الكربون وتخزينه و"الاختزال الساخن المباشر للحديد" أقرب إلى النطاق التجاري من تقنيات التحليل الكهربائي.
يقول زميل باحث مساعد في مركز جامعة كولومبيا لسياسة الطاقة العالمية، كريس باتاي: "كان الأمل على مدى 30 عامًا هو أن يجري ببساطة ربط احتجاز ثاني أكسيد الكربون وتخزينه بالأفران العالية، ولكن هذا لم يكن أمرًا ناجحًا".
بدلًا من ذلك، توجد إصدارات من تقنية "الحديد الإسفنجي الساخن" في مرحلة التمويل والتخطيط في جميع أنحاء أوروبا، للعمل في وقت ما بين 2024 و2030.
على سبيل المثال، فإن شركة إتش 2 غرين ستيل السويدية وشركة إي آي تي إينو إنرجي الهولندية تطوران منشأة لإنتاج الصلب الأخضر بوقود الهيدروجين "على نطاق واسع" في شمال السويد.
وسيبدأ الإنتاج في عام 2024، وبحلول عام 2030، تتوقع الشركتان قدرة إنتاج سنوية تبلغ 5 ملايين طن متري من الصلب الخالي من ثاني أكسيد الكربون.
وقال باتاي: "عندما يتعلق الأمر بالصلب الأخضر؛ فإن السويديين هم الرواد في هذا المجال، يليهم الألمان والنمساويون".
من ناحية أخرى، تُعَد تقنيات التحليل الكهربائي أكثر نمطية من منافسيها.
يرى باتاييل أن "هذه ميزة كبيرة تتطلب امتلاك هذه المرافق الضخمة على نطاق واسع كما يحصل مع الحديد الإسفنجي الساخن أو الأفران العالية."
وأوضح أن هذه التقنية تتطلب طاقة أقل لدفع العملية؛ فهي أكثر كفاءة بنحو 30-40% من الحديد الإسفنجي الساخن.
اقرأ أيضًا..
- ما سعر النفط المناسب للسعودية وأوبك+؟.. 6 خبراء يجيبون لـ"الطاقة"
- الغاز الجزائري يتدفق إلى أسواق جديدة في 2023.. وأوروبا أولوية (خاص)
- من هي هيفاء الجديع رئيسة بعثة السعودية لدى الجمعية الأوروبية للطاقة الذرية؟
