به گزارش پیام آوران معدن و فولاد: شرکت JFE Steel به همراه سازمان توسعه فناوریهای انرژیهای نو و صنعتی ژاپن، NEDO، از موفقیت در تولید نخستین محموله آهن احیای مستقیم با هیدروژن سبز در این کشور خبر داده است.
این آزمایش در واحد پایلوت کارخانه شرق ژاپن در منطقه چیبا انجام شد. واحد مورد استفاده ظرفیت تولید ۱۵ کیلوگرم آهن احیایی در ساعت دارد و در فاصله ۲۹ ژوئن تا اول ژوئیه ۲۰۲۶، نزدیک به یک تن محصول تولید کرده است. به گفته JFE، واکنش احیای سنگآهن با هیدروژن سبز در این آزمایش بهصورت پایدار انجام شد.
هیدروژن مورد نیاز این طرح در منطقه یاماناشی و با استفاده از برق تجدیدپذیر تولید شد. یک الکترولایزر غشای تبادل پروتون با توان ۱.۵ مگاوات، آب را به اکسیژن و هیدروژن تجزیه کرد. هیدروژن تولیدشده سپس بهصورت گاز پرفشار و با تریلر به واحد پایلوت JFE در چیبا انتقال یافت.
وقتی محصول جانبی احیا بهجای دیاکسیدکربن، آب است
سنگآهن در طبیعت عمدتاً به شکل اکسید آهن وجود دارد. برای تبدیل آن به آهن فلزی باید اکسیژن از ساختار سنگآهن جدا شود. در روشهای متعارف، کربن یا گازهای حاصل از سوختهای فسیلی این وظیفه را برعهده دارند و در جریان واکنش، دیاکسیدکربن تولید میشود.
در احیای هیدروژنی، هیدروژن با اکسیژن موجود در سنگآهن واکنش میدهد و محصول این واکنش بهجای دیاکسیدکربن، بخار آب است:
این تغییر در ظاهر تنها جایگزینی یک گاز با گازی دیگر است، اما در عمل میتواند یکی از آلایندهترین مراحل زنجیره فولاد را متحول کند. البته به یک شرط مهم: برق مصرفی برای تولید هیدروژن باید از منابع تجدیدپذیر تأمین شود. اگر الکترولایزر با برق حاصل از نیروگاههای فسیلی کار کند، بخشی از انتشار کربن صرفاً از کارخانه فولاد به نیروگاه برق منتقل خواهد شد.
یک تن محصول؛ موفقیتی کوچک با معنایی بزرگ
تولید یک تن آهن اسفنجی در مقایسه با ظرفیت چندمیلیونتنی کارخانههای فولاد، عدد بزرگی نیست. واحد پایلوت JFE نیز با ظرفیت ۱۵ کیلوگرم در ساعت هنوز فاصله زیادی تا مقیاس صنعتی دارد.
اهمیت این آزمایش در حجم تولید نیست. مسئله اصلی، اثبات امکان انجام پایدار واکنش احیای سنگآهن با هیدروژن سبز در یک واحد پیوسته آزمایشی است. JFE آزمایشهای احیای هیدروژنی در این واحد را از دسامبر ۲۰۲۴ آغاز کرده و پروژه فعلی بخشی از برنامهای است که با هدف توسعه فناوری احیای سنگآهن کمعیار تنها با استفاده از هیدروژن دنبال میشود. دوره اجرای این برنامه از سال ۲۰۲۱ تا ۲۰۳۰ تعیین شده است.
JFE اعلام کرده است قصد دارد تا حدود سال ۲۰۳۵ فناوریهای لازم برای حرکت به سمت فولاد کمکربن و بدون کربن را تثبیت کند. این شرکت در کنار احیای مستقیم هیدروژنی، توسعه کوره بلند با بازیافت کربن را نیز دنبال میکند و هدف نهایی خود را دستیابی به کربنخنثی تا سال ۲۰۵۰ قرار داده است.
گلوگاه اصلی همچنان انرژی است
موفقیت فنی JFE به این معنا نیست که فولاد هیدروژنی اکنون از نظر اقتصادی آماده رقابت با روشهای متعارف است. تولید هیدروژن سبز به برق فراوان، ارزان و پایدار نیاز دارد و همین موضوع یکی از موانع اصلی تجاریسازی آن است.
نتایج پژوهشی که در اوت ۲۰۲۶ منتشر شد، نشان میدهد با افزایش سهم آهن اسفنجی هیدروژنی در شارژ کوره قوس، تقاضای برق بهشدت افزایش پیدا میکند. در مدلی که تمام خوراک از مسیر هیدروژنی تأمین میشود، مصرف برق کل زنجیره به حدود ۳.۸۶ مگاواتساعت به ازای هر تن فولاد میرسد که بخش عمده آن مربوط به تولید هیدروژن است.
همین مطالعه نشان میدهد کاهش انتشار کربن تا ۹۵ درصد امکانپذیر است، اما تنها در صورتی که برق مورد نیاز از منابع تجدیدپذیر تأمین شود.
تأمین آب، ساخت الکترولایزرها، ذخیره و انتقال ایمن هیدروژن و سازگار کردن واحدهای احیا با رفتار متفاوت این گاز، سایر حلقههایی هستند که باید همزمان توسعه پیدا کنند.
تجربه JFE نیز یکی از همین محدودیتها را بهخوبی نشان میدهد. هیدروژن این آزمایش در محل کارخانه تولید نشد و با تریلر از یاماناشی به چیبا انتقال یافت. چنین روشی برای تولید یکتنی امکانپذیر است، اما یک کارخانه چندمیلیونتنی به زیرساختی کاملاً متفاوت برای تولید، ذخیره و انتقال هیدروژن نیاز دارد.
چرا این خبر برای فولاد ایران مهم است؟
اهمیت این فناوری برای ایران از آنجا ناشی میشود که صنعت فولاد کشور تجربه گستردهای در احیای مستقیم و تولید آهن اسفنجی دارد. بخش بزرگی از دانش فنی، تجهیزات و نیروی انسانی مورد نیاز برای کار با واحدهای احیا از پیش در کشور وجود دارد.
به همین دلیل، گذار از احیای مبتنی بر گاز طبیعی به ترکیبی از گاز طبیعی و هیدروژن و در نهایت افزایش سهم هیدروژن، برای ایران مسیری آشناتر از کشورهایی است که همچنان به کوره بلند و زغالسنگ وابستهاند.
اما این مزیت بهتنهایی کافی نیست. صنعت فولاد ایران هماکنون نیز با محدودیت برق و گاز روبهرو است. ورود به مسیر فولاد هیدروژنی بدون توسعه نیروگاههای تجدیدپذیر و ایجاد ظرفیت تازه برق، تنها فشار بیشتری بر شبکه انرژی وارد خواهد کرد.
راه منطقی برای ایران میتواند آغاز پروژههای پایلوت در کنار واحدهای موجود احیای مستقیم باشد؛ پروژههایی که ابتدا امکان تزریق درصد محدودی از هیدروژن به گاز احیا را بررسی کنند و سپس متناسب با توسعه برق تجدیدپذیر، سهم هیدروژن را افزایش دهند.
استانهایی مانند کرمان، یزد و هرمزگان همزمان میزبان ظرفیتهای بزرگ معدنی و فولادی و دارای توان بالای خورشیدی هستند. پیوند دادن توسعه آینده فولاد این مناطق با نیروگاههای خورشیدی، تولید هیدروژن و ذخیره انرژی میتواند به یک مزیت صنعتی تازه تبدیل شود. البته این مسیر بدون سرمایهگذاری بلندمدت و سیاست پایدار انرژی شکل نخواهد گرفت.
رقابت آینده فقط بر سر ظرفیت تولید نیست
دستاورد JFE هنوز یک موفقیت پایلوت است و تا تولید اقتصادی فولاد هیدروژنی فاصله دارد. با این حال، جهت حرکت صنعت فولاد جهان را بهروشنی نشان میدهد.
رقابت آینده فولاد تنها بر سر ظرفیت، قیمت سنگآهن یا دسترسی به گاز ارزان نخواهد بود. میزان انتشار کربن، منشأ برق مصرفی و توانایی تولید محصول کمکربن نیز به معیارهای رقابت در بازارهای جهانی تبدیل میشوند.
ایران یکی از تولیدکنندگان بزرگ آهن اسفنجی است و همین جایگاه میتواند سکوی ورود کشور به نسل بعدی فناوری احیا باشد. اما این مزیت همیشگی نیست. اگر رقبای جهانی زودتر فناوری هیدروژنی، برق تجدیدپذیر و زیرساختهای مربوط به آن را تجاری کنند، مزیت فعلی گازمحور ایران بهتدریج ارزش خود را از دست خواهد داد.
یک تن آهن اسفنجی تولیدشده در پایلوت JFE شاید در آمار تولید جهانی فولاد دیده نشود، اما پیامی روشن دارد: آینده احیای سنگآهن دیگر الزاماً به کربن و گاز طبیعی محدود نخواهد بود.
