مقدمه: تغییر پارادایم از «سوخت فسیلی» به «عامل احیاکننده پاک»

صنعت فولاد جهان، مسئول انتشار حدود ۷ تا ۹ درصد از دی‌اکسید کربن (CO2) در اتمسفر است. با تصویب معاهدات بین‌المللی و اعمال مالیات‌های کربن (مانند مکانیزم CBAM در اروپا)، روش سنتی «کوره بلند/کنورتور» (BF-BOF) که بر پایه کک متالورژیک استوار است، به پایان عمر تکنولوژیک خود نزدیک می‌شود.

در حال حاضر، نقشه‌ی راه کربن‌زدایی (Decarbonization Roadmap) بر دو ستون اصلی استوار شده است: بازیافت قراضه از طریق کوره قوس الکتریکی (EAF) و تولید آهن اسفنجی با استفاده از هیدروژن سبز (Hydrogen-based DRI). درک تفاوت‌های فنی و متالورژیک این دو مسیر، برای ترسیم آینده صنعت ضروری است.


۱. مسیر بازیافت (Scrap-EAF): چالش‌های متالورژیک و محدودیت عناصر ناخواسته

کوره‌های قوس الکتریکی (EAF) به عنوان نماد «اقتصاد چرخشی» (Circular Economy) شناخته می‌شوند. در این روش، انرژی الکتریکی جایگزین انرژی شیمیایی زغال‌سنگ می‌شود. اگر الکتریسیته مورد نیاز از منابع تجدیدپذیر تامین شود، انتشار کربن به حداقل می‌رسد.

اما این روش با یک چالش ذاتی و علمی روبروست: «عناصر ناخواسته» (Residuals/Tramp Elements).

قراضه‌های آهنی معمولاً حاوی عناصری مانند مس (Cu)، قلع (Sn) و نیکل هستند که در فرآیند ذوب حذف نمی‌شوند. حضور این عناصر باعث کاهش خواص مکانیکی، کاهش شکل‌پذیری و ایجاد ترک‌های گرم در محصول نهایی می‌شود.

به همین دلیل، مسیر EAF مبتنی بر قراضه خالص، عمدتاً برای تولید فولادهای ساختمانی (میلگرد و تیرآهن) مناسب است و برای تولید ورق‌های کیفی خودرویی یا فولادهای آلیاژی حساس که نیازمند خلوص متالورژیک بالا هستند، با محدودیت جدی مواجه است.


۲. مسیر هیدروژن (H2-DRI): تغییر در شیمیِ احیا

برای غلبه بر محدودیت‌های کیفی قراضه و تولید فولاد بکر (Virgin Steel) بدون کربن، صنعت به سمت بازتعریف فرآیند «احیای مستقیم» رفته است.

در روش‌های فعلی (مانند Midrex یا PERED که در ایران رایج است)، گاز طبیعی (CH4) نقش عامل احیاکننده را بازی می‌کند و سنگ‌آهن (Fe2O3) را به آهن فلزی تبدیل می‌کند. در این فرآیند همچنان مقداری CO2 تولید می‌شود.

انقلاب واقعی زمانی رخ می‌دهد که هیدروژن سبز (H2) جایگزین گاز طبیعی شود. در این واکنش شیمیایی، هیدروژن اکسیژنِ سنگ معدن را جذب کرده و خروجی فرآیند به جای دی‌اکسید کربن، تنها «بخار آب» (H2O) خواهد بود.

آهن اسفنجی (DRI) تولید شده با این روش، فاقد عناصر ناخواسته است و می‌تواند خوراک باکیفیتی برای تولید فولادهای پیشرفته در کوره‌های قوس الکتریکی باشد. بنابراین، DRI هیدروژنی رقیب EAF نیست، بلکه «مکمل کیفی» آن برای تولید محصولات با ارزش افزوده بالا است.


۳. تحلیل اقتصادی و زیرساختی: هزینه گذار

اگرچه مسیر هیدروژن از نظر زیست‌محیطی ایده‌آل است، اما موانع تکنو-اکونومیک (Techno-economic) قابل توجهی دارد:

  • هزینه تولید هیدروژن: تولید هیدروژن سبز نیازمند الکترولایزرهای عظیم و حجم بسیار بالایی از برق تجدیدپذیر است که در حال حاضر هزینه تمام‌شده آن چندین برابر گاز طبیعی است.
  • چالش ذخیره‌سازی و انتقال: مولکول هیدروژن بسیار ریز و فرار است و نفوذ آن در لوله‌های انتقال گاز فعلی می‌تواند منجر به «تردی هیدروژنی» و نشت شود؛ لذا نیازمند زیرساخت‌های جدید لجستیکی است.


۴. جایگاه استراتژیک ایران: یک مزیت رقابتی پنهان

ایران به عنوان یکی از پیشگامان تکنولوژی احیای مستقیم (DRI) در جهان، در موقعیتی منحصربه‌فرد قرار دارد. برخلاف کشورهای اروپایی یا چین که برای سبز شدن باید کوره‌های بلند خود را تخریب کنند، زیرساخت کارخانه‌های فولاد ایران (که عمدتاً بر پایه DRI-EAF هستند) سازگاری بالایی با تکنولوژی جدید دارد.

گذار از «گاز طبیعی» به «هیدروژن» در ایران، نیاز به تغییر بنیادین در کوره ندارد، بلکه نیازمند تغییر در ورودی گاز و تامین هیدروژن است. این یعنی ایران می‌تواند با سرمایه‌گذاری بر روی تولید هیدروژن، سریع‌تر و ارزان‌تر از رقبای سنتی، به قطب تولید «فولاد سبز» در منطقه تبدیل شود.


نتیجه‌گیری

آینده صنعت فولاد، یک مسیر تک‌بعدی نیست. به نظر می‌رسد در کوتاه‌مدت و میان‌مدت، ترکیبی هوشمندانه از هر دو روش حاکم باشد: استفاده حداکثری از قراضه در کوره‌های EAF برای محصولات عمومی، و توسعه واحدهای احیای مستقیم هیدروژنی برای تولید فولادهای کیفی و صادراتی.

برای صنعت فولاد ایران، حرکت به سمت هیدروژن یک انتخاب لوکس نیست، بلکه شرط بقا در بازارهای صادراتی آینده است که قوانین سخت‌گیرانه کربنی بر آن‌ها حاکم خواهد شد.