صنعت فولاد یکی از صنایع پرمصرف انرژی و تولیدکننده مهم گازهای گلخانهای در جهان است. در روش سنتی کوره بلند، بخش زیادی از انتشار کربن مربوط به فرآیند احیای سنگآهن با استفاده از زغالسنگ و کک است. در مقابل، در مسیر تولید فولاد با کوره قوس الکتریکی میتوان بخش قابلتوجهی از مواد اولیه را از قراضه تأمین کرد و با استفاده از برق کمکربن، میزان انتشار را کاهش داد.
کوره قوس الکتریکی چیست؟
کوره قوس الکتریکی یا Electric Arc Furnace (EAF) تجهیزی صنعتی برای ذوب و تصفیه مواد فلزی است که انرژی مورد نیاز خود را عمدتاً از برق دریافت میکند.
در این کوره، الکترودها در نزدیکی مواد اولیه قرار گرفته و با ایجاد قوس الکتریکی، حرارت بسیار زیادی تولید میکنند. این حرارت باعث ذوب شدن قراضه فولادی یا سایر مواد آهندار میشود و پس از انجام مراحل تصفیه و تنظیم ترکیب شیمیایی، فولاد مذاب برای ریختهگری آماده خواهد شد.
یکی از ویژگیهای مهم EAF این است که میتواند در برخی پیکربندیها تا ۱۰۰ درصد از خوراک فلزی خود را از قراضه فولادی تأمین کند. همچنین امکان استفاده از DRI یا آهن اسفنجی نیز در این مسیر وجود دارد.
چرا کوره قوس الکتریکی برای تولید فولاد سبز اهمیت دارد؟
تفاوت اصلی EAF با مسیر سنتی کوره بلند فقط در نوع کوره نیست؛ بلکه نوع مواد اولیه و منبع انرژی تأثیر زیادی بر میزان انتشار کربن دارد.
در مسیر کوره بلند، ابتدا سنگآهن باید احیا شود و برای این کار معمولاً از زغالسنگ و کک استفاده میشود. بخش بزرگی از انتشار گازهای گلخانهای صنعت فولاد نیز در همین مرحله تولید آهن از سنگآهن ایجاد میشود.
اما در مسیر قراضه- EAF، فولاد موجود در قراضه دوباره ذوب شده و به محصول جدید تبدیل میشود. بنابراین دیگر نیازی نیست برای هر تن فولاد، همان مقدار سنگآهن از ابتدا احیا شود.
بر اساس دادههای worldsteel، شدت انتشار گازهای گلخانهای در سال ۲۰۲۴ برای مسیر Scrap-EAF حدود ۰.۷۱ تن CO₂e به ازای هر تن فولاد بوده، در حالی که این مقدار برای مسیر BF-BOF حدود ۲.۶۶ تن CO₂e گزارش شده است.
نقش قراضه در تولید فولاد سبز
قراضه فولادی مهمترین ماده اولیه برای کاهش انتشار در مسیر EAF است.
قراضه میتواند از خودروهای فرسوده، ساختمانهای تخریبشده، تجهیزات صنعتی، ماشینآلات و محصولات فولادی پایانیافته جمعآوری و پس از جداسازی و آمادهسازی دوباره وارد چرخه تولید شود.
طبق دادههای worldsteel، استفاده از هر تن قراضه در تولید فولاد میتواند از انتشار حدود ۱.۵ تن CO₂ جلوگیری کند و همچنین مصرف حدود ۱.۴ تن سنگآهن، ۷۴۰ کیلوگرم زغالسنگ و ۱۲۰ کیلوگرم سنگآهک را کاهش دهد.
به همین دلیل، توسعه زنجیره جمعآوری، تفکیک و فرآوری قراضه یکی از عوامل مهم در گسترش تولید فولاد کمکربن محسوب میشود.
برق تجدیدپذیر چه نقشی دارد؟
خود EAF با برق کار میکند؛ بنابراین منبع تولید برق تأثیر مستقیمی بر میزان انتشار کربن آن دارد.
اگر برق مورد استفاده کوره از نیروگاههای مبتنی بر زغالسنگ یا گاز تأمین شود، بخشی از انتشار کربن همچنان در بخش تولید برق ایجاد خواهد شد. اما اگر برق مورد نیاز از منابعی مانند خورشیدی، بادی، برقآبی یا سایر منابع کمکربن تأمین شود، انتشار غیرمستقیم فرآیند نیز کاهش پیدا میکند.
بنابراین برای رسیدن به فولاد واقعاً کمکربن، صرفاً استفاده از EAF کافی نیست و ترکیب کوره قوس الکتریکی با برق کمکربن اهمیت زیادی دارد.
آیا EAF فقط با قراضه کار میکند؟
خیر. یکی از مزیتهای EAF انعطافپذیری در انتخاب مواد اولیه است.
در کنار قراضه، میتوان از موادی مانند آهن احیای مستقیم یا DRI، آهن بریکت گرم یا HBI و در برخی شرایط آهن مذاب نیز استفاده کرد. این موضوع زمانی اهمیت بیشتری پیدا میکند که مقدار یا کیفیت قراضه موجود برای تولید فولاد با ترکیب شیمیایی موردنظر کافی نباشد.
در نتیجه، یکی از مسیرهای مهم آینده صنعت فولاد، ترکیب DRI کمکربن یا هیدروژنی با EAF است.
نقش هیدروژن در فولاد سبز
کوره قوس الکتریکی بهتنهایی وظیفه احیای سنگآهن را بر عهده ندارد. اگر قرار باشد فولاد اولیه از سنگآهن تولید شود، ابتدا باید آهن موجود در سنگآهن احیا شود.
یکی از فناوریهای آینده برای این مرحله، استفاده از هیدروژن بهعنوان عامل احیاکننده در فرآیند DRI است. در این روش، هیدروژن میتواند جایگزین بخشی یا تمام عوامل کربنی مورد استفاده در احیای سنگآهن شود.
اگر هیدروژن مورد استفاده نیز با برق تجدیدپذیر از طریق الکترولیز آب تولید شده باشد، ترکیب H₂-DRI + EAF + برق تجدیدپذیر میتواند یکی از مسیرهای اصلی تولید فولاد با انتشار بسیار پایین باشد.
فولاد Scrap-EAF با فولاد DRI-EAF چه تفاوتی دارد؟
هر دو مسیر از کوره قوس الکتریکی استفاده میکنند، اما مواد اولیه آنها متفاوت است.
| مسیر تولید | ماده اولیه اصلی | نقش EAF | پتانسیل کاهش انتشار |
|---|---|---|---|
| Scrap-EAF | قراضه فولادی | ذوب و تصفیه قراضه | بسیار بالا |
| DRI-EAF | آهن احیای مستقیم + قراضه | ذوب و تولید فولاد | بالا، بسته به روش تولید DRI |
| H₂-DRI-EAF | DRI احیاشده با هیدروژن + قراضه | ذوب و تصفیه | بسیار بالا در صورت استفاده از انرژی کمکربن |
در واقع، مسیر Scrap-EAF در حال حاضر یکی از کمانتشارترین مسیرهای متداول تولید فولاد است؛ اما برای تولید حجم بالای فولاد، نمیتوان تنها به قراضه متکی بود، زیرا مقدار قراضه موجود در جهان محدود است.
مزایای تولید فولاد با کوره قوس الکتریکی
مهمترین مزایای استفاده از EAF عبارتاند از:
- کاهش قابلتوجه انتشار گازهای گلخانهای
- امکان استفاده از قراضه فولادی
- کاهش مصرف سنگآهن و زغالسنگ
- مصرف انرژی کمتر نسبت به مسیر BF-BOF در تولید فولاد مبتنی بر قراضه
- انعطافپذیری بیشتر در انتخاب مواد اولیه
- امکان استفاده از برق تجدیدپذیر
- قابلیت ترکیب با DRI و HBI
- مناسب بودن برای توسعه فناوریهای فولاد کمکربن
worldsteel شدت مصرف انرژی مسیر Scrap-EAF را برای سال ۲۰۲۴ حدود ۹.۸۴ گیگاژول به ازای هر تن فولاد گزارش کرده است؛ در حالی که مقدار مربوط به BF-BOF حدود ۲۳.۸۸ گیگاژول بوده است.
آیا هر فولاد تولیدشده با EAF «فولاد سبز» است؟
خیر.
استفاده از کوره قوس الکتریکی بهتنهایی به معنای تولید فولاد سبز نیست. میزان انتشار واقعی به عواملی مانند درصد قراضه، نوع DRI، منبع برق، سوخت مورد استفاده و انتشار زنجیره تأمین بستگی دارد.
برای مثال، اگر EAF با برق پرکربن کار کند، بخشی از انتشار کربن همچنان در نیروگاه ایجاد میشود. همچنین اگر DRI مورد استفاده با گاز طبیعی تولید شده باشد، انتشار آن با DRI تولیدشده با هیدروژن سبز یکسان نخواهد بود.
به همین دلیل، بهتر است به جای نگاه کردن صرف به نام فناوری، ردپای کربن کل زنجیره تولید فولاد بررسی شود.
آینده کوره قوس الکتریکی در صنعت فولاد
با افزایش فشارهای زیستمحیطی و توسعه فناوریهای کمکربن، نقش EAF در صنعت فولاد در حال افزایش است. در این مسیر، سه عامل اهمیت ویژهای خواهند داشت:
- افزایش دسترسی به قراضه باکیفیت
- توسعه DRI کمکربن و هیدروژنی
- دسترسی به برق ارزان و کمکربن
جمع بندی
البته محدودیت قراضه یکی از چالشهای اصلی است. worldsteel نیز تأکید میکند که در حال حاضر قراضه کافی برای تأمین تمام تقاضای جهانی فولاد وجود ندارد؛ بنابراین در کنار توسعه بازیافت، مسیرهای DRI و سایر فناوریهای تولید آهن کمکربن نیز اهمیت پیدا میکنند.
در مجموع کوره قوس الکتریکی یکی از مهمترین فناوریهای موجود برای کاهش انتشار کربن در صنعت فولاد است. استفاده از قراضه، مصرف انرژی کمتر نسبت به مسیر کوره بلند-کنورتور و امکان استفاده از برق کمکربن باعث شده EAF جایگاه مهمی در مسیر حرکت صنعت فولاد به سمت تولید سبز داشته باشد. با این حال، برای رسیدن به فولاد با انتشار بسیار پایین، ترکیب EAF با قراضه، DRI مبتنی بر هیدروژن و انرژی تجدیدپذیر اهمیت بیشتری پیدا خواهد کرد.
برای مشاهده جدیدترین اخبار و مقالات بازار ورق سیاه، به وبسایت رسمی آهن برکت سر بزنید.
