گذار به دنیای کم کربن مستلزم دگرگونی در نحوه تولید آهن و فولاد است. هیچ راه حل واحدی برای تولید فولاد بدون CO2 وجود ندارد و مجموعه گسترده ای از گزینه های تکنولوژیکی مورد نیاز است که به تنهایی یا به صورت ترکیبی بسته به شرایط موجود ما را به هدف نزدیک کند. در این مقاله به بررسی و توصیف اطلاعات و وضعیت تعدادی از فناوری های کلیدی و ابتکارات می پردازیم.
قراضه چیست و چرا اهمیت دارد؟
ضایعات یا قراضه اصطلاحی است که برای توصیف فولادی که به پایان عمر مفید خود رسیده است (قراضه پس از مصرف) معروف است. یا در طول تولید محصولات فولادی تولید شده است، که به عنوان ضایعات پیش از مصرف شناخته می شود.
در حالی که اصطلاح قراضه ممکن است باعث شود فرد تصور کند که این یک محصول زباله است اما در واقع یک ماده اولیه ارزشمند است که در هر فرآیند تولید فولاد استفاده می شود. فولاد به دلیل خاصیت مغناطیسی ذاتی خود بسیار آسان جدا و بازیافت می شود و فولاد را به بازیافت ترین ماده در جهان تبدیل می کند.
قراضه چگونه و چرا استفاده می شود؟
فولادسازی دارای دو ورودی اصلی فلزی شامل سنگ آهن و ضایعات فولادی بازیافتی است. حدود 70% از کل ورودی فلزی به تولید فولاد در سراسر جهان از سنگ آهن گرفته می شود و بقیه را قراضه تشکیل می دهد. ذوب قراضه فولادی در پایان عمر مفید آن به ما این امکان را می دهد که فولادهای جدیدی بسازیم و باعث تغییر در خواص فیزیکی و شیمیایی و به طبع آن تولید محصول با شکل جدید می شود. قراضه فولادی تفکیک و دسته بندی شده را می توان برای ساخت هر محصول فولادی جدید استفاده کرد. هر کارخانه فولاد از ضایعات به عنوان بخشی از ترکیب مواد اولیه خود استفاده می کند، بنابراین هر کارخانه فولاد یک کارخانه بازیافت است. در فولادسازی با کوره بلند در هر بار شارژ کوره اکسیژنی که در آن چدن غنی از کربن به فولاد خام تصفیه می شود معمولاً از 15 تا 25 درصد ضایعات استفاده می شود. قراضه به عنوان یک عامل خنک کننده عمل می کند و گرمای اضافی را از فرآیند کربن زدایی گرمازا جذب می کند و همچنین به عنوان یک منبع، واحدهای آهن را جذب می کند. در برخی موارد قراضه به عنوان منبع واحدهای آهن مستقیماً به کوره بلند اضافه می شود و باعث کاهش انتشار گازهای گلخانه ای می شود. در فولادسازی الکتریکی، از انرژی الکتریکی برای ذوب مجدد تا 100٪ ضایعات به توان 2 برای تولید محصولات فولادی جدید استفاده می شود.
مزایای استفاده از قراضه چیست؟
قراضه نقش مهمی در کاهش تولید گازهای گلخانه ای و مصرف منابع دارد. هر تن قراضه مورد استفاده برای تولید فولاد از انتشار 1.5 تن CO2 و مصرف 1.4 تن سنگ آهن، 740 کیلوگرم زغال سنگ و 120 کیلوگرم سنگ آهک جلوگیری می کند.
چقدر قراضه استفاده می شود؟
تمام قراضه های موجود در صنعت فولاد به طور مکرر برای ایجاد فولاد جدید استفاده می شود. فولاد بازیافتی ویژگی های ذاتی فولاد اصلی را حفظ می کند و همچنین در بازیافت می توان کیفیت آن را بهبود بخشید. سالانه حدود 650 میلیون تن قراضه برای تولید فولاد (در مقایسه با حجم کل تولید فولاد خام 1869 میلیون تن در سال)، با مقادیر قابل مقایسه قراضه در مسیرهای اولیه و فرعی مصرف می شود. این امر از انتشار تقریبا 975 میلیون تن CO2 در سال جلوگیری می کند و استفاده از منابع طبیعی دیگر مانند سنگ آهن، زغال سنگ و سنگ آهک را به میزان قابل توجهی کاهش می دهد. تخمین زده می شود که صنعت ریخته گری جهانی سالانه حدود 70 میلیون تن قراضه آهن استفاده می کند. بازیافت قراضه با مجموع 720 میلیون تن، بزرگترین فعالیت بازیافت در جهان را تشکیل می دهد.
چقدر ضایعات موجود است؟
از نظر تئوری همه فولادهای جدید می توانند از فولاد بازیافت شده ساخته شوند. با این اوصاف در حال حاضر این امر به دلیل کمبود ضایعات امکان پذیر نیست. این به دلیل عمر طولانی محصولات فولادی با توجه به استحکام و دوام فولاد است. عمر متوسط دامنه محصولات فولادی از چند هفته تا 100 سال برای ساختمان ها و زیرساخت ها متغیر است. طول عمر متوسط یک محصول فولادی 40 سال است. این بدان معناست که بین تولید فولاد و در دسترس بودن برای بازیافت تأخیر زیادی وجود دارد. تداوم رشد تقاضای فولاد بدین معناست که انتقال صنعت به تولیدات کاملاً ضایعاتی در این قرن بعید است. تقاضای فولاد با سرعتی بیش از آنکه ضایعاتی از ذخیره فولاد در حال استفاده آزاد می شود، رشد می کند.
تمام ضایعاتی که در حال حاضر جمع آوری می شود بازیافت می شود. بنابراین محدودیتی برای افزایش دسترسی قراضه وجود دارد. هرگونه افزایش دسترسی به قراضه در آینده از افزایش مورد انتظار در دسترسی قراضه پس از مصرف گرفته می شود.
تولید جهانی فولاد در سالهای ابتدایی قرن بیست و یکم به میزان قابل توجهی افزایش یافت که عمدتاً ناشی از رشد تولید در چین بود. انتظار می رود ضایعات فولادی که بواسطه پایان عمر ایجاد می شود از اواسط سال 2020 افزایش یابد زیرا این مواد به پایان عمر خود می رسند. در حالی که عرضه سنگ آهن با تقاضا انعطاف پذیر است، در دسترس بودن ضایعات اکثر مواقع ثابت است و تابعی از تقاضای فولاد و قراضه ناشی از ضایعات در پایان عمر محصولات، تجهیزات و تاسیسات فولادی است. برآوردها نشان می دهد که در دسترس بودن قراضه آهنی در پایان عمر در حدود 400 میلیون تن در سال 2019 بوده است. ما انتظار داریم که در دسترس بودن قراضه با پایان عمر در سال 2030 به حدود 600 میلیون تن و در سال 2050 به 900 میلیون تن برسد. رشد بیش از 500 تن در یکی از مواد اولیه اصلی فولادسازی ما در 30 سال آینده رقم خواهد خورد. با نگاهی به آینده، تداوم رشد اقتصاد چرخشی ممکن است منجر به تمدید بیشتر عمر مفید محصولات فولادی از طریق استفاده و تولید مجدد شود و دسترسی قراضه را کمتر از انتظارات فعلی کند.
کیفیت ضایعات چگونه ارزیابی می شود؟
چندین طبقه بندی منطقه ای برای ضایعات وجود دارد. به عنوان مثال، مشخصات ضایعات فولادی EU-27 توسط فدراسیون بازیابی و بازیافت آهن اروپا و مشخصات ISRI که توسط موسسه صنایع بازیافت قراضه در امریکا توسعه یافته است. با توجه به ماهیت بین المللی تجارت قراضه ترجیح داده می شود که ذینفعان بر اساس یک طبقه بندی جهانی توافق کنند تا از رشد مورد انتظار دسترسی قراضه و استفاده از ضایعات به بهترین نحو استفاده کنند.
آیا تجمع عناصر ولگرد باعث می شود که برخی ضایعات قابل استفاده نباشند؟
فرایند فولادسازی می تواند بیشتر ناخالصی هایی را که ممکن است در قراضه فولاد وجود داشته باشد حذف کند. بنابراین چرخه بازیافت قراضه به محصولات با کیفیت پایین مانند صنعت شیشه و آلومینیوم برای صنعت فولاد مسئله ای نیست. با این حال برخی از عناصر بویژه مس در طول فرآیند فولادسازی قابل حذف نیستند. افزایش سطح مس در فولاد می تواند منجر به از بین رفتن شکل پذیری و در نتیجه عیوب سطحی شود. در آینده با توجه به گسترش صنعت برق در جامعه با افزایش درصد مس در قراضه بازیافتی مواجه خواهیم بود و افزایش در دسترسی به ضایعات و کاهش تولید مربوط به سنگ معدن، مقدار فولاد دست اول موجود را کاهش می دهد. بهبود دسته بندی قراضه و تکنیک های تفکیک بهتر برای کاهش آلودگی با فلزات کمیابی مانند مس برای اطمینان از تولید تمام عیار فولاد از طریق مسیر فرعی مهم خواهد بود.
بکارگیری اصول اقتصاد چرخشی در طراحی محصول (طراحی برای تولید مجدد و بازیافت) باعث می شود که فلزات آهنی و ارزشمند مانند مس از هم جدا شده و بازیافت آنها آسان تر شود.
