علی‌رضا رحیم، مدیرعامل آهن و فولاد سرمد ابرکوه: حدود ۷ درصد از آلایندگی دی اکسید کربن ( CO_۲  ) در جهان  را صنعت فولاد تولید می‌کند. اگر کل تولید CO_۲  توسط شرکت‌های تولیدکننده فولاد یک کشور فرض شود، بعد از چین و آمریکا بیشترین آلایندگی دی اکسید کربن مربوط به کشورهای تولید کننده فولاد است. با سختگیرانه‌تر شدن قوانین مرتبط با آلودگی و مالیات های کربنی، حرکت به سمت تولید فولاد سبز برای بقای این صنعت و حضور در بازارهای بین المللی ضروری است.

استراتژی شرکت‌های مطرح خودرو ساز در اروپا جهت استفاده از فولاد سبز تا سال ۲۰۳۰ و همچنین قوانین بازدارنده صادرات فولاد به اروپا لزوم حرکت در راستای تولید فولاد سبز را دو چندان کرده است. در سالیان گذشته روش‌های مختلفی جهت کاهش میزان دی اکسید کربن مورد بررسی قرار گرفته است اما استفاده از هیدروژن در تولید فولاد به عنوان یکی از اصلی‌ترین روش های حذف CO_۲  معرفی شده است. در این روش سوخت فسیلی حذف و سایر منابع انرژی جایگزین می‌شود. استفاده از گاز هیدروژن در فرآیند احیای مستقیم (DRI)  در کوره‌های قوس الکتریکی (EAF) و تامین انرژی الکتریکی کارخانه تولید فولاد از طریق انرژی‌های تجدیدپذیر خورشیدی و بادی راه حل تولید فولاد سبز است.

در این مقاله ضمن بررسی کشورهای منطقهMENA  به لحاظ تولید فولاد، پتانسیل‌ها و چالش‌های این منطقه جهت تولید فولاد سبز مورد بررسی قرار داده شود.

وضعیت تولید فولاد در منطقه MENA

در منطقه خاورمیانه و شمال آفریقا (MENA) عمده تولید فولاد با  استفاده از روش احیای مستقیم است. در سال ۲۰۲۱، حدود ۵۰ درصد تولید فولاد جهان با استفاده از روش DRI در این منطقه تولید شده است. به دلیل کم بودن کک مناسب در این منطقه و وجود ذخایر گاز طبیعی مناسب تنها حدود ۳ درصد از فولاد در این منطقه با استفاده از روش های غیر از روش احیای مستقیم بوده است. همان‌طور که در شکل ۱ ملاحظه می شود ۵۵ میلیون تن تولید فولاد در این منطقه  با روش احیای مستقیم است. ایران، عربستان سعودی و مصر بعنوان اصلی ترین تولید کنندگان در منطقه هستند که ۸۰ درصد تولید این منطقه را پوشش می دهند. در جدول ۲۰۲۱ میزان تولید فولاد خام در کشورهای منطقه آورده شده است.

از آنجایی‌که این کشورها از روش احیای مستقیم برای تولید فولاد استفاده می کنند، یک گام نسبت به سایر کشورهای جهان جلوتر برای تولید فولاد سبز هستند چرا که به جای استفاده از عامل احیای گاز، امکان استفاده از هیدروژن در تولید فولاد دارند.

شکل۱- مقایسه میزان تولید فولاد با استفاده از روش احیای مستقیم در جهان

جدول۱- میزان تولید فولاد خام و سهم روش‌های تولید در کشورهای منطقه(میلیون تن)

 

ظرفیت تولید و صادرات فولاد سبز در منطقه MENA

بر اساس برنامه‌های آژانس بین المللی انرژی (IEA) در سال ۲۰۵۰ تولید فولاد جهان با استفاده از هیدروژن باید به ۳۹ درصد افزایش یابد. در حال حاضر حدود ۵ درصد فولاد جهان با استفاده از روش DRI-EAF تولید می‌شوند که این بیانگر آینده روشن استفاده از این تکنولوژی است؛ بالاخص در منطقه MENA که مزیت گاز را دارند.

بر مبنای گزارش IEA میزان تولید CO_۲ در روش BF-BOF  ۲/۲ تن به ازای هر تن تولید فولاد می باشد در حالی‌که در روش DRI-EAF به ۴/۱ تن  به ازای هر تن فولاد تقلیل می‌یابد. دلیل این موضوع هم وجود مولکول هیدروژن در گاز طبیعی است که در فرایند احیا استفاده می شود.

طبق توافقات انجام شده شرکت‌های خودرو ساز  ولوو، مرسدس، بی ام و ، ژنرال موتور و فولکس واگن تا سال ۲۰۳۰  از تولید کنندگان فولاد سبز ورق های مورد نیاز خود را خریداری خواهند کرد.  در حالی‌ است که از سال ۲۰۲۶ وارد کنندگان فولاد در اروپا ملزم به خرید از تولید کنندگانی هستند که لایسنس CBAM را دارا می‌باشند. اتحادیه اروپا قوانینی را تصویب کرده است که واردکنندگان فولاد به اروپا ملزم به ارایه گزارش میزان تولید CO_۲ (به طور مستقیم و غیرمستقیم ) را در فرایند تولید فولاد هستند. از آنجایی‌که روش احیای مستقیم میزان تولید CO_۲  کمتری دارد لذا زمینه صادرات از این منطقه بیشتر فراهم می باشد این موضوع زمانی اجرایی می‌شود که سرمایه گذاری‌های  لازم جهت استفاده ار H2  در فرایند تولید فولاد انجام پذیرد.

 

پتانسیل تولید هیدروژن در منطقه MENA با استفاده از انرژه های تجدید پذیر

طی ۱۰ سال گذشته هزینه تولید برق از خورشید کاهش ۸۵ درصدی داشته و ازkwh/U$  ۳۸۱/۰  در سال ۲۰۱۰ به kwh/U$ 057/0 در سال ۲۰۲۰ کاهش یافته است. استفاده از انرژی های تجدیدپذیر در تولید برق علی‌رغم اینکه منطقه MENA ظرفیت بالایی برای تولید برق از انرژی خورشید را دارد ولی سهم این انرژی در تولیدات فولاد بسیار کم است. بر اساس گزارش بانک جهانی منطقه MENA  بیشترین ظرفیت تولید برق با استفاده از انرژی خورشیدی را دارد. (شکل-۲)

شکل۲- مقایسه پتانسیل تولید برق از منابع خورشیدی

 

به طور تقریبی هزینه سرمایه گذاری تولید انرژی الکتریکی از خورشید در سال ۲۰۲۰ در قطر به kwh/U$  ۰۱۵۷ /۰، در امارات kwh/U$  ۰۱۳۵/۰ و در عربستان kwh/U$  ۰۱۵۰/۰  کاهش یافته است. آژانس بین المللی انرژی های تجدید پذیر (IRENA) پیش‌بینی کرده است که این عدد  در منطقه خاورمیانه می تواند تا kwh/U$  ۰۱/۰ کاهش یابد. از طرفی طبق  پیش بینی ها طی ۵ سال (۲۰۲۶-۲۰۲۱) ظرفیت تولید انرژی الکتریکی از خورشید در این منطقه از GW 15 به Gw32 افزایش خواهد یافت.

شکل ۳ وضعیت تولید انرژی در منطقه MENA در سال ۲۰۵۰ را نشان می دهد طبق این مطالعات  GW 334  انرژِی خورشیدی و GW 83 انرژِی بادی در سال ۲۰۵۰ در این منطقه اضافه خواهد شد که سهم انرژی بادی از ۱ درصد به ۹ درصد و انرژی خورشیدی از ۲ درصد به ۲۴  درصد افزایش خواهد یافت.

شکل ۳- وضعیت تولید انرژی در منطقه MENA تا سال ۲۰۵۰

از بین تمام منابع انرژی پایدار هیدروژن بالاترین پتانسیل را در بخش های تولید حرارت، حمل و نقل، تولید انرژی و صنعت را دارد. با توجه به توسعه انتقال انرژی به سمت انرژی‌های نو، تولید هیدروژن به‌عنوان یکی از مهمترین سرمایه‌گذاری‌ها در بخش انرژی می باشد. IEA پیش بینی کرده است که در سال ۲۰۳۰ ظرفیت‌های نصب شده الکترولایزر به GW 54 خواهد رسید و این عدد درخاورمیانه به GW 3 خواهد رسید. (شکل ۴)

شکل ۴- ظرفیت های الکترولایزرها تا سال ۲۰۳۰ براساس پلنت های نصب شده و برنامه ریزی شده

ظرفیت صادرات هیدروژن در منطقه MENA با توجه به مصرف کم داخلی بسیار بالاتر نسبت به سایر مناطق می‌باشد. طبق پیش بینی ها تا سال ۲۰۵۰ عربستان و مراکش به عنوان اصلی ترین تولید کنندگان هیدروژن در منطقه می باشند. در حال حاضر سرمایه گذاری‌های متعددی در منطقه خاورمیانه برای تولید هیدروژن انجام شده است. در سال ۲۰۲۶ عربستان صعودی برنامه بهره برداری از اولین پلنت تولید هیدروژن با ظرفیت ۶۵۰ تن در روز با سرمایه گذاری بالغ بر ۵ میلیارد دلار را دارد که در نوع خود یکی از بزرگترین ها در دنیا می باشد. انرژی این پلنت از نیروگاههای خورشیدی و بادی با ظرفیت ۴GW تولید می شود. در عین حال این کشور با هدف اینکه بزرگترین تولید کننده هیدروژن تا سال ۲۰۵۰ در دنیا شود سرمایه گذاری بالغ بر ۱۰ میلیارد دلاری برای تولید هیدروژن آبی (Blue Hydrogen)   از مخازن گازی را انجام داده است.

در آگوست ۲۰۲۱ توافقنامه ای در امارات با حضور سرمایه گذاران بین المللی برای احداث اولین کارخانه فولاد سبز امضا شده است.

اولین سرمایه گذاری در بخش تولید هیدروژن در کشور مصر توسط Fortescue با احداث نیروگاه بادی و خورشیدی با ظرفیت ۹.۲ GW آغاز شده است.

علاوه بر اینها سرمایه گذاری‌های دیگری از طریق کنسرسیوم‌های مختلفی از کشورهای هنگ کنگ و امارت، شرکت‌های نفت و گاز عمان و کویت با سرمایه گذاری‌های بیش از ۳۰ میلیارد دلار در حال انجام می باشد.

 

چرا فولاد سبزدر کانون توجه قرار دارد؟

دسترسی به منابع انرژی خورشیدی ارزان  و زمین منطقه MENA را به یکی از مهمترین پتانسیل‌ها برای توسعه صنعت هیدروژن در آینده تبدیل کرده است.

برآوردها نشان می دهد برای تولید Mt ۴  فولاد سبز حداقل GW3/1 – ۲/۱ برق برای واحد الکترولایزر جهت تولید هیدروژن مورد نیاز می باشد.

در جدول ۲ مقایسه بین دو منطقه یکی در اروپا و دیگری در شمال آفریقا را جهت تغییر تکنولوژی از تولید فولاد بر اساس روش‌های معمولی به تولید فولاد بر اساس H2DRI-EAF  نشان می دهد. براساس این محاسبات تونس با توجه به دسترسی به منابع انرژی ارزان تجدیدپذیر ۳۱ درصد ظرفیت کمتر انرژی خورشید نسبت به رومانی  نیاز دارد که این باعث کاهش هزینه های سرمایه گذاری در این منطقه می شود.

جدول۲- مقایسه هزینه‌های تولید در کشورهای تونس و رومانی و نمایش اثر موقعیت جغرافیایی در کاهش هزینه‌ها

    هزینه‌های تولید هیدروژن

هزینه تولید هیدروژن به‌عنوان یکی از گلوگاه‌ها در تولید فولاد سبز می‌باشد. با این حال،  در حال حاضر هزینه تولید هیدروژن (green hydrogen) از روش الکترولیز پایین تر از تولید blue Hydrogen  در منطقه خاورمیانه می‌باشد. در ژولای ۲۰۲۲ هزینه الکترولیز آلکالی (alkaline electrolysis) در قطر U$/kg 59/2، درعربستان سعودی U$/kg 2/3 در عمان U$/kg 55/3 و در امارات U$/kg 14/5 بوده است. این هزینه برای تولید هیدروژن با روش  الکترولیز (PEM) Polymer Electrolyte Membrane حدود U$/kg 1 بالاتر از تکنولوژی آلکالی می‌باشد. این درحالی‌است که هزینه تولید blue Hydrogen که با استفاده از تکنولوژی های SMR و CCR  تولید می شود U$/kg 7 درخاورمیانه می‌باشد.

شکل۵- حدود برآورد هزینه تولید هیدروژن در جهان با توجه به دسترسی به انرژی‌های خورشیدی و روش‌های تولید هیدروژن

طبق پیش‌بینی Bloomberg NEF در سال ۲۰۵۰ با رسیدن قیمت تولید ا هیدروژن به  زیر us/kg 5/1 استفاده از تکنولوژی H2DRI-EAF کاملاً رقابت پذیر خواهد بود.

شکل۶- پیش بینی قیمت تولید هیدروژن ۲۰۵۰ و اثر آن بر قیمت تولید فولاد

از طرف دیگر در منطقه MENA به‌دلیل وجود زیر ساخت‌های لازم جهت انتقال گاز، هزینه‌های انتقال و جابجای هیدروژن نیز کاهش می‌یابد و این نیز خود باعث کاهش هزینه های جابجایی می‌شود.

 

چالش‌های پیش‌رو در منطقه MENA برای تولید فولاد سبز

در منطقه MENA  حجم بالایی از گندله با استفاده از ذخایر معدنی موجود در کشورها تولید می شود. در این منطقه ایران به عنوان یکی از بزرگترین تولید کنندگان گندله می‌باشد. از جمله دیگر تولیدکنندگان اصلی گندله در این منطقه کشورهای بحرین و عمان می‌باشند.

با توجه به ذخایر گازی ارزان در این منطقه شرکت‌های بزرگ معدنی سرمایه گذاری‌های کلانی در بخش تولید گندله و آهن اسفنجی در این منطقه انجام داده اند. از جمله این سرمایه گذاری‌ها می‌توان به سرمایه‌گذاری شرکت واله برزیل به‌عنوان یکی از بزرگترین تولید کنندگان سنگ آهن و گندله درجهان، در عمان نام برد که در سال ۲۰۲۱، MT  ۲/۸ گندله تولید کرده است. اما نکته‌ای که حائز اهمیت است دسترسی به ذخایر معدنی مناسب برای تأمین خوراک پایدار برای این واحد های تولیدی در منطقه می‌باشد. برای دستیابی به اهداف سال ۲۰۵۰ تامین گندله مورد نیاز به عنوان یکی از چالش های اساسی می‌باشد زیرا ذخایر معدنی به لحاظ عیاری رو به کاهش بوده و تامین خوراک با عیار مناسب یک مساله جدی است.

حمایت دولت از پیوستن به توافقات بین المللی برخی از کشورهای منطقه به موافقتنامه پاریس ملحق شده اند. عربستان سعودی یکی از این کشورهاست که برنامه حذف CO2  در سال ۲۰۶۰ دارد. امارات متحده عربی که میزبان همایش COP28 در سال ۲۰۲۳ می باشد اولین کشور در خاور میانه می باشد که برنامه کاهش تا ۲۰۵۰ را دارد و برنامه کاهش ۵/۲۳ درصدی تا پایان این دهه را دنبال می کند. عمان نیز تا ۲۰۵۰ و بحرین تا ۲۰۶۰ برنامه های حذف دی اکسید کربن را هدف‌گذاری کرده اند. ایران به‌عنوان بزرگترین تولید کننده آهن براساس تکنولوژی احیای مستقیم تا کنون به موافقتنامه پاریس ملحق نشده است.

یکی از مهمترین چالش‌ها در منطقه MENA  در بخش دولت‌ها پشتیبانی و حمایت دولت ها می باشد. دولت‌ها ترجیح می‌دهند با  استفاده از اعتبارات و تسهیلات بین المللی نسبت به اجرای طرح های فوق اقدام نمایند که این موضوع باعث کاهش سرعت سرمایه گذاری‌ها می شود.

برای دستیابی یک میلیون تن فولاد سبز بر مبنای تکنو لوژی H2DRI -EAF  مزرعه خورشیدی با ظرفیت GW1  سالیانه مورد نیاز است. همچنین برای تولید GW1 بیش از ۸۰۰۰-۶۰۰۰ هکتار زمین نیاز است.

تأمین آب

علاوه بر مسایل تکنیکی برای استفاده از هیدروژن برای استفاده در DRI  در مقیاس‌های بزرگ، مساله تامین گندله در آینده، سرمایه گذاری و توسعه نیروگاه‌های خورشیدی و تجدید پذیر و مساله مهم تر در منطقه MENA   کمبود آب است.

۱۲  کشور از ۱۷ کشور منطقه MENA با کمبود جدی آب مواجه هستند. برای تولید یک کیلو گرم هیدروژن سبز از طریق انرژی خورشیدی kg32 و از طریق باد Kg 22 آب نیاز است. شکل ۷ مقایسه میزان مصرف آب در تولید هیدروژن با استفاده از منابع انرژی مختلف  را نشان  می‌دهد.

شکل۷- مقایسه میزان مصرف آب در تولید هیدروژن با استفاده از منابع انرژی مختلف

به رغم مشکلات تصاعدی مصرف آب در الکترولیزها، ولی همچنان مصرف آب در الکترولیزرها به مراتب پایین‌تر از سایر بخش ها می‌باشد. در سال ۲۰۵۰مصرف آب در صنایع کشاورزی، صنعتی  ۷۶۸/۷۶۹/۲ و در مصرف شهری  ۴۶۴ میلیارد متر مکعب می باشد در حالی‌که مصرف آب برای الکترولیز ۲۵ میلیارد متر مکعب می باشد با این حال با توجه به کمبود آب در منطقه MENA تامین این موضوع در MENA سخت می باشد. بیشترین حجم آب شیرین کن‌ها در منطقه MENA است. حدود ۵۰ درصد از آب شیرین کن های دنیا در این منطقه واقع شده است. آژانس انرژی (IEA) استفاده از آب شیرین کن برای تولید آب U$/kg  ۰۲/۰ – ۰۱/۰ هزینه تولید هیدروژن را افزایش می‌دهد که این عدد بسیار ناچیز است. این افزایش هزینه در گزارش دیگری توسط  IRENA   حدود U$/kg  ۰۵/۰ محاسبه شده است.

تولید فولاد سبز تنها یک راهکار ندارد

بدیهی است تنها یک راه حل برای تولید فولاد سبز وجود ندارد بلکه هر کشوری متناسب با  ظرفیت های خود می‌تواند راه حل خود را جهت حذف دی اکسید کربن داشته باشد.

به رغم اینکه منطقه MENA پتانسیل تولید هیدروژن را دارد و می تواند به عنوان اولین کشورها در تولید فولاد سبز باشد ، اما کشورهای توسعه یافته پیشران در تولید فولاد سبز می باشند. منطقه MENA ظرفیت تولید هیدروژن برای مصرف داخلی و همچنین صادرات آن را نیز دارد.

مسأله تولید برق از محل انرژیهای تجدید پذیر چالشی در منطقه MENA  نیست اما در برخی از کشورهای منا این ظرفیت وجود ندارد.

منطقه MENA می تواند۳۰ درصد از ظرفیت گاز طبیعی در تولید فولاد را با هیدروژن بدون اصلاحات اساسی در فرآیند تولید بکار گیرد و در فاز بعدی این رقم را به ۱۰۰ درصد ارتقا بخشد. اگرچه مسأله تأمین خوراک سنگ آهن مناسب نه تنها در منطقه MENA  بلکه در کل دنیا به‌عنوان یک مسأله جدی مطرح است .

در نهایت باید این نکته توجه شود که برای تولیدMT1 فولاد سبز نیاز به حداقل GW 1 انرژی تجدیدپذیر ۶۰۰۰-۸۰۰۰ هکتار زمین است.