بازیافت فولاد، در جهان امروز از اهمیت ویژهای برخوردار است و موجب صرفهجویی چشمگیری در هزینه، انرژی و منابع طبیعی میشود. حفظ محیط زیست، برای تمامی جوامع در همه جای کره زمین بسیار مهم است و دانشمندان و فعالان در هر صنعت سعی بر آن دارند که برای تحقق این هدف تصمیمات مفیدی گرفته و اجرا کنند.
فولاد به عنوان فلزی بادوام، قوی و سازگار، پایه جهان مدرن است. فولاد راهحلهای طراحی مقرون به صرفه، پایدار و انعطاف پذیر را برای استفاده در صنایع گوناگون از جمله ساختوساز، حمل و نقل، بستهبندی، کالاهای دیجیتال و … ارائه میدهد. از مزایای آن میتوان به سهولت تولید انبوه و پیشساخته، کیفیت یکنواخت، طراحی سبک، صرفه جویی در حمل و نقل و جابهجایی و نصب سریع و ساده اشاره کرد. فولاد پایدار است و بازیافتیترین ماده روی زمین است. به عنوان یک ماده غیر قابل احتراق، مزایای ایمنی طولانی مدت را نیز فراهم میکند. همچنین در هنگام زلزله، طوفان و سایر رویدادهای شدید عملکرد خوبی دارد. دلایل زیادی برای انتخاب فولاد وجود دارد که به برخی از آنها پرداخته شده است.
فولاد در برابر چوب
برای استفاده در صنعت ساختوساز فولاد در برابر چوب قرار میگیرد و معمولا با هم مقایسه میشوند، برخلاف بسیاری از ادعاها و تصورات نادرست، فولاد بسیار محیط زیست دوستتر از چوب است. چوب نه تنها در برابر فولاد که بازیافتیترین ماده جهان است، یک بار مصرف است بلکه سالهای زیادی طول میکشد تا بازتولید شود و علاوه بر اینها در برابر حرارت مقاوم نبوده و در صورت سوختن با انتشار انواع گازهای آلاینده از جمله کربن دیاکسید و کربن مونواکسید باعث آلوده شدن هوا میشود.
صنعت چوب ادعا میکند که به ازای هر درخت قطع شده، یک یا چند درخت جدید کاشته میشود. با این حال، این ادعا در نظر نمیگیرد که سالها طول میکشد تا آن نهالها بالغ شوند. در این بین، جنگل از اکسیژن، ذخیره آب و فیلتراسیون، زیستگاه حیات وحش، خنککننده جهانی و سایر مزایای چوبی که درخت بالغ تهیه میکند، تهی میشود. چوب با قطع درختان برداشت میشود و شکافهای بزرگی در زمینهای جنگلی باقی میمانند که روی گیاهان و گونههای جانوری باقی مانده تأثیر میگذارد. کربن در الیاف درختان ذخیره میشود، اما این بدان معنا نیست که ساختمآنهای چوبی به مخازن بزرگ کربن تبدیل میشوند که به طور نامحدود ذخیره میشوند. واقعیت این است که ذخیره کربن در محصولات چوبی موقتی است و با تخریب و پوسیدگی بعدی ساختار چوب یا آتش به اتمسفر باز میگردد.
استفاده از فولاد در ساخت و ساز
در بازار ساختوساز، فولادهای با استحکام بالاتر امکان ساخت پلها و ساختمانهای فولادی کارآمدتر را با استفاده از مواد کمتر میدهند و در نتیجه انتشار کلی CO2 را کاهش میدهند. فولاد برای پلهای دهانه کوتاه سبکتر از مواد دیگر است و میتواند تا 25درصد در هزینههای کل روبنا صرفهجویی کند، تا حدی به این دلیل که ممکن است تجهیزات سنگینتری برای نصب تیرها مورد نیاز نباشد. فناوری جدید، مانند پلهای فولادی با ترمز پرس، عمر مورد انتظار بیش از 100 سال را فراهم میکند و میتواند در یک یا دو روز نصب شود.
ساختمانها یک سوم کل انرژی و دو سوم کل برق تولیدی را مصرف میکنند. سقفهای فلزی خنک میتوانند با کاهش بارهای خنککننده با طیف گستردهای از پرداختها، طرحها و رنگهای خود به کاهش مصرف انرژی کمک کنند. در حالی که سقفهای فلزی را میتوان با فولاد یا آلومینیوم ساخت، اکثر آنها سقفهای فولادی هستند. سقف میتواند بیشترین تاثیر را در مصرف انرژی ساختمان داشته باشد. همانطور که توسط گروه جزیره گرمایی آزمایشگاه ملی لارنس برکلی گزارش شده است، سقفهای کمرنگ و منعکسکنندهتر میتوانند تا 40 درصد در انرژی خنککننده صرفهجویی کنند. سقفهای فلزی خنک گزینهای عالی برای کاربردهای مقاومسازی تجاری هستند، زیرا میتوان آنها را با تهویه بالای روکش نصب کرد و اجازه میدهد گرما از طریق دریچه پشت در هوای گرم پخش شود در حالی که در هوای سرد به عنوان یک لایه عایق عمل میکند. سقفهای فلزی میتوانند منجر به کاهش 30درصدی افزایش حرارت از طریق سقف شوند. سیستمهای بازیابی حرارت خورشیدی دیوار و سقف را میتوان با روکش فولادی ادغام کرد و برای تامین نیازهای هوا، آب یا فرآیند گرمایش استفاده کرد.
سقفهای فلزی خنک بدون رنگ، با پوششهای رنگآمیزی شده یا با سطوح با پوشش دانهای در ایالات متحده در دسترس هستند. این خانواده از سقفها میتوانند به بازتاب خورشیدی بیش از 70 درصد دست یابند که معیارهای عملکرد برنامه محصولات سقف انرژی EPA را برآورده میکند. همچنین تا 90درصد بازتاب را میتوان برای سقفهای با پوشش دانهای و رنگ شده در نظر گرفت. سقفهای فلزی رنگ شده در طول زمان 95 درصد بازتاب و تابش اولیه خود را حفظ میکنند. آنها در برابر رشد مواد آلی مقاومت میکنند. سقف فلزی خنک به دلیل انعکاس زیاد آن که میتواند دمای هوای محیط را کاهش دهد میتواند به کاهش اثر جزیره گرمایی شهری کمک کند.
صنعت فولاد سیستمهای متعددی را توسعه داده است که به طور موثر پل حرارتی را از طریق اعضای فولادی حذف یا کاهش میدهد. این سیستمها شامل پنلهای فولادی تعبیه شده در عایق فوم، طرحهای «دیوار گرم» که در آن فولاد به طور کامل در داخل لایه عایق قرار میگیرد و روشی مقرون به صرفه برای استفاده از عایق فوم پیوسته است.
یک ساختمان با عملکرد بالاتر را میتوان بدون افزودن مقادیر بیش از حد عایق فوم به نمای بیرونی ساخت. آبگرمکنهای با راندمان بالاتر یا تجهیزات گرمایشی و سرمایشی، پنجرههای بهتر، یا عایقبندی بیشتر در جاهای دیگر، همه گزینههایی هستند که با استفاده از فولاد قابل دستیابی هستند. فولاد همه کاره، قوی و بادوام است. فولاد توانایی شکلپذیری بالایی دارد که میتواند برای دایره گستردهای از موضوعات کاربرد داشته باشد. صاحبان ساختمانها برای انعطافپذیری ساختمانهای فولادی و مزایایی که ارائه میکنند ارزش قائل هستند.
پسانداز بیمه
استفاده از فولاد سرد میتواند منجر به صرفهجویی قابل توجهی در هزینه بیمه ریسک تولیدکنندگان شود. از آنجا که فولاد سرد غیرقابل احتراق است، خطر از دست دادن اموال در طول ساخت و ساز و در طول عمر سازه را کاهش میدهد. کاهش خطر از دست دادن اموال منجر به کاهش حق بیمه برای تولیدکنندگان میشود.
صرفهجویی را میتوان از مهمترین ویژگیهای استفاده از فولاد دانست که کاهش ریسکهای تجاری و حق بیمه تنها یکی از آنها است.
استفاده از فولاد در بستهبندی
قاب فولادی به دلیل غیرآلی بودن در برابر فساد مقاوم است و منبع غذایی برای رشد کپک فراهم نمیکند.
اسکلت فلزی میتواند به مقاومت در برابر شروع و رشد کپک کمک کند، با توجه به اینکه قالبهای بستهبندی فلزی یکپارچه هستند و در اتصالات مستقل از هر نیاز بیرون به خودشان متصل میشوند احتمال ایجاد محیط خارج از ایزوله برای آنها غیر ممکن است. با توجه به اینکه فولاد یک ماده آلی نیست و نمیتواند منبع غذایی برای حشرات موذی و موریانهها باشد، لذا یک ماده بسیار مهم برای استفاده در صنایع بستهبندی و نگهداری است.
با توجه به همه مزایای مختلفی که به دلیل ماهیت فولاد در خصوص استفاده از آن وجود دارد و باید به آنها توجه کرد، با توجه به وضعیت امروز زمین، بهتر است به محیط زیست دوست بودن و قابلیت مهم قابل بازیافت بودن فولاد بیشتر پرداخته شود.
اهمیت بازیافت فولاد
با توجه به گرمایش پرشتاب و سریع زمین و تغییرات اقلیمی و آبوهوایی، اندازهگیری میزان انتشار گازهای گلخانهای و راههای مختلف جلوگیری از انتشار آنها در سالهای اخیر به شدت اهمیت پیدا کرده است و کشورها و صنایع مختلف سعی میکنند با استفاده از روشهای مختلف، بتوانند بالاترین نظارت و کنترل را بر انتشار این گازها و سایر آلایندهها برای تحقق بخشیدن به کربنزدایی داشته باشند.
تولید کمآلایندهترین فولاد در جهان
صنعت فولاد آمریکا تمیزترین صنعت فولاد پیشرو در جهان است. از میان کشورهای عمده تولید کننده فولاد، ایالات متحده کمترین انتشار CO2 را به ازای هر تن فولاد تولیدی دارد. در مقابل، تولید فولاد چینی انتشار کربنی ایجاد میکند که تقریبا دو برابر ایالات متحده در هر تن فولاد تولید شده است. تولید فولاد کره نیز بیش از5/1 برابر ایالات متحده آلایندگی دارد. صنعت فولاد جهانی 8 درصد از کل انتشار گازهای گلخانهای را تشکیل میدهد؛ در حالیکه صنعت فولاد ایالات متحده تنها 1 الی 2درصد از کل انتشار گازهای گلخانهای ایالات متحده را منتشر میکند.
صنعت فولاد آمریکا فناوری کوره قوسالکتریکی (EAF) را با سرعتی بسیار بیشتر از صنعت جهانی اتخاذ کرده است. 70درصد از فولاد تولید شده در ایالات متحده در سال 2021 از EAFها بود، در حالی که این رقم در سطح جهانی تقریبا 29درصد است. نمونه بارز آن فولاد ضد زنگ آمریکایی است که منحصرا از طریق تولید EAF تولید میشود و بیش از 90 درصد از محتوای مواد خام خود را از ضایعات خریداری شده داخلی استفاده میکند. کوره قوس الکتریکی (EAF) کورهای است که مواد را با استفاده از یک قوس الکتریکی، همراه با عمل نیروی شیمیایی که با استفاده از اکسیژن و سوخت تامین میشود گرم میکند و بسیار بهینهتر از انواع دیگر انرژیهای گرمایی در ذوب عمل میکند.
صنعت فولاد آمریکا کورههای بلندی را راهاندازی میکند که از کارآمدترین کورههای کربن در جهان هستند. در برابر سنگ معدن متخلخل فشرده که در چین و جاهای دیگر استفاده میشود، کارخانههای فولاد یکپارچه در ایالاتمتحده تقریبا به طور کامل از گلولههای سنگآهن داخلی تغذیه میشوند که منجر به انتشار کمتر قابلتوجه CO2، و همچنین انتشار کمتر NOx، SO2 و ذرات معلق میشود.
فاکتورهای انتشار مرتبط با ترکیب انرژی مورد استفاده برای فولادسازی در ایالات متحده کمتر از سایر مکانهای تولید فولاد در جهان است. با اتکا بر گاز طبیعی و مصرف مقادیر قابل توجه انرژیهای تجدیدپذیر، بازدهی تولید فولاد ایالات متحده، با اتکای بسیار بیشتری نسبت به گاز طبیعی و انرژیهای تجدیدپذیر قرار دارد. این ترکیب انرژی پاکتر به تولید بازدهترین فولاد CO2 کمک میکند.
صنعت فولاد در ایالاتمتحده به سرمایهگذاریهای کلیدی خود برای کاهش بیشتر انتشار کربن و ارتقای جایگاه رهبری خود در زمینه پایداری ادامه میدهد. فولادسازان آمریکایی سرمایهگذاریهایی را برای افزایش استفاده از آهن کاهشیافته مستقیم (DRI) و آهن بریکت شده داغ (HBI) انجام دادهاند که میتواند انتشار گازهای گلخانهای را برای هر دو کارخانه فولاد کوره اکسیژن پایه کوره بلند یکپارچه و کارخانههای فولاد EAF کاهش دهد. این دو کارخانه، تقریبا تولید فولاد در ایالات متحده را برعهده دارند. علاوه بر این، اخیرا تاسیسات آهن و فولاد جدید در حال طراحی و ساخت هستند تا زمانی که هیدروژن تمیز در مقیاس صنعتی و تجاری قابل استفاده باشد، فورا آماده استفاده از سوخت هیدروژن باشند.
کلید رسیدن به پایداری
فولاد یک جزء حیاتی در توسعه مستمر همه فناوریهای انرژی پاک برای کاهش ردپای کربن در آمریکا است. سیستمهای انرژی تجدیدپذیر باد، خورشید و جزر و مد همگی به فولاد بستگی دارند. برای مثال، فولاد بیش از 70درصد وزن یک توربین بادی معمولی را تشکیل میدهد. و فولاد الکتریکی دانهگرا (GOES) یک ماده حیاتی و غیر قابل تعویض است که در تولید ترانسفورماتورهای قدرت و توزیع استفاده میشود که برای سبز کردن و نوسازی شبکه برق خانگی ضروری خواهد بود. فولاد الکتریکی غیر جهتدار آمریکایی (NOES) برای انواع موتورها از جمله موتورهایی که انرژی خودروهای الکتریکی رو به رشد (EV) و بازارهای خودروهای سلول سوختی هیدروژنی را تامین میکنند، استفاده میشود. فولاد بازیافتیترین ماده در جهان است و میتوان آن را به طور مداوم در محصولات جدید بازیافت کرد. EAFها فولاد بازیافت شده را با استفاده از انرژیهای بهرهور و کمآلاینده پاک ذوب میکنند.
حمایت پررنگ آمریکا از صنعت فولاد
تعرفهها و سهمیههای فولادی که در سال 2018 اعمال شد، برای تثبیت صنعت فولاد داخلی و نیروی کار آن و در عین حال تقویت امنیت ملی ایالات متحده عمل کرد. با توجه به این مزیتها بسیاری از کارخانههای فولادی که قبلا از کار افتاده شده بودند، توانستند مجددا فعال شوند و کارگران اخراج شده را نیز دوباره استخدام کنند. علاوه بر این، در این مدت، این صنعت میلیاردها دلار در کارخانههای جدید و ارتقا یافته سرمایهگذاری کرده است تا نیازهای تولید داخلی را برآورده کند و فولادی با آلایندگی کمتر تولید کند. سیاستگذاران صنعتی با استفاده از تعدادی ابتکارات سیاسی از فولاد آمریکا برای ادامه کربنزدایی فولاد حمایت میکنند. از جمله حمایت از تعرفه مرزی کربن قوی و موثر برای حذف انگیزههای نادرست موجود برای واردات فولاد کثیفتر و محصولات وارداتی حاوی فولاد که از فولاد آلایندهتر استفاده کردهاند. چنین سیاستی سرمایهگذاریهای صنعت ایالات متحده را برای کاهش بیشتر گازهای گلخانهای افزایش میدهد و انگیزهای برای تولیدکنندگان فولاد خارجی ایجاد میکند تا با پیشرفت صنعت ایالات متحده مطابقت داشته باشند و در فناوریهای تولید فولاد پاکتر سرمایهگذاری کنند.
چرا فولاد آمریکا تمیزترین صنعت فولاد جهان است؟
صنعت فولاد آمریکا تمیزترین و کارآمدترین صنعت فولاد در جهان است. این به دلیل درصد بالای فولاد ساخته شده از ضایعات بازیافت برای تولید فولاد جدید و استفاده از گلولههای سنگآهن داخلی و همچنین استفاده روزافزون از گاز طبیعی به جای زغالسنگ و کک است.
ایالات متحده، در مقایسه با رقبای جهانی، بخش بسیار بیشتری از فولاد خود را از کورههای قوس الکتریکی (EAFs) تولید میکند که منجر به انتشار کمتر CO2 از صنعت فولادسازی میشود. در سال 2020، حدود 6/70درصد از فولادسازی ایالات متحده از EAFها بود، در حالی که این میزان در سراسر جهان 3/26درصد بود. کارخانههای فولاد یکپارچه در ایالات متحده تقریبا به طور کامل توسط گلولههای سنگآهن داخلی در مقابل سنگ معدن پخته شده مورد استفاده در چین و جاهای دیگر تغذیه میشوند. استفاده از آهن پلت شده منجر به انتشار قابل توجهی کمتر CO2 و همچنین انتشار کمتر NOx، SO2 و ذرات میشود.
ترکیب انرژی در ایالات متحده نیز تمیزتر از سایر مکانهای تولید فولاد در جهان است، با اتکای بسیار بیشتری به گاز طبیعی و انرژیهای تجدیدپذیر و این انرژی پاکتر به تهیه تمیزترین فولاد کمک میکند. پیشرفتهای فعلی پایداری در تولید فولاد داخلی شامل استفاده از آهن احیا شده مستقیم ([1]DRI) و آهن بریکت داغ (HBI[2]) در فولادسازی یکپارچه و کوره قوس الکتریکی (EAF) است. HBI و DRI از گاز طبیعی به عنوان یک کاهشدهنده استفاده میکنند و انتشار CO2 را در مقابل استفاده از آهن خام کاهش میدهند.
تولیدکنندگان فولاد در ایالات متحده پروژههای خاصی را اعلام کردهاند که از انرژیهای تجدیدپذیر برای تامین تمام یا بیشتر انرژی مورد نیاز یک تاسیسات استفاده میکنند. تحقیقات بیشتری برای ارزیابی استفاده از فناوری جذب کربن در فرآیند فولادسازی در حال انجام است. برخی از تاسیسات فولادی نیز با قابلیت تعویض آسان بین گاز طبیعی و هیدروژن طراحی شدهاند؛ تا بتوانند با جایگزینی هرچه سریعتر هیدروژن آلایندگی را به پایینترین سطوح ممکن برسانند. بیش از نیمی از برق مصرفی در معادن مینهسوتا که گلولههای سنگآهن را برای فولادسازان یکپارچه تامین میکنند، از منابع انرژی تجدیدپذیر تامین میشود.
بازیافت
فولاد بازیافتیترین ماده روی کره زمین است. پس از تولید، فولاد را میتوان به طور مداوم به محصولات جدید فولادی بازیافت کرد. یک تیر فولادی میتواند به تیرهای فولادی، یخچال، درب ماشین یا پنل سقف تبدیل شود. از طرف دیگر، فولاد ضد زنگ علاوه بر 100درصد قابل بازیافت بودن، به دلیل مقاومت در برابر خوردگی و دوام میتواند طول عمر بسیاری از محصولات را افزایش دهد. تمام فولاد تولید شده در ایالات متحده حاوی محتوای بازیافتی است که برای برخی از محصولات فولادی تا 100درصد متغیر است. به عنوان مثال، فولاد سازهای تولید شده در آمریکا معمولا حاوی 90درصد یا بیشتر فولاد بازیافتی است. تنها در ایالات متحده، به طور معمول سالانه 60 تا 80 میلیون تن ضایعات فولادی بازیافت میشود و به محصولات جدید فولادی تبدیل میشود. بر اساس میانگین چرخشی[3] سه ساله، نرخ کلی بازیافت فولاد ایالات متحده برای سال 2019 با نرخهای 65 تا 80درصد از سال 2012، 69 درصد محاسبه شده است.
پایداری در کاربردها
فولاد پیشرفته (AHSS) به خودروسازان کمک میکند با حفظ استانداردهای ایمنی، جرم خودروها را کاهش دهند و در نتیجه بهرهوری در مصرف سوخت را افزایش داده و انتشار گازهای گلخانهای را کاهش دهند. در وسایل نقلیه الکتریکی (EVs)، گریدهای پیشرفته نازکتر فولاد امکان بهینهسازی فضا را فراهم میکنند که امکان بستهبندی باتریهای بیشتری مهیا شود، که به معنای برد بیشتر با یک بار شارژ باتری است.
پایداری در بازیافت
فولاد صددرصد قابل بازیافت است، به این معنی که میتوان آن را به مواد مشابه با همان کیفیت بارها بازیافت کرد. یک تیر فولادی میتواند به تیر فولادی دیگر یا یک یخچال، در ماشین یا پنل سقف تبدیل شود.
بازیافت فولاد برای اقتصاد دایره مهمی است؛ زیرا منابع ارزشمند را حفظ و مواد مفید را از رفتن به محل دفن زباله منحرف میکند. میلیونها تن فولاد هر ساله به دلیل خواص مغناطیسی فولاد که جداسازی آن را از زبالههای جامد آسان میکند، از جریانهای زباله به سمت جریانهای بازیافت هدایت میشود.
کارخانههای داخلی فولاد، ضایعات فولادی خود و همچنین ضایعات حاصل از فرآیندهای تولید محصولات پایین دستی و محصولات پایان عمر را برای حفظ انرژی، انتشار گازهای گلخانهای و منابع طبیعی بازیافت میکنند. به طور معمول سالانه 60 تا 80 میلیون تن ضایعات فولادی در محصولات جدید فولادی در آمریکای شمالی بازیافت میشود. در 30 سال گذشته، بیش از یک میلیارد تن ضایعات فولادی توسط صنعت فولاد آمریکای شمالی به فولاد جدید بازیافت شده است. به طور متوسط، ایالات متحده روزانه به اندازه کافی ضایعات آهنی را برای ساخت 25 برج ایفل در هر روز از سال پردازش میکند!
بازیافت فولاد از یک ماشین تنها باعث کاهش انتشار گازهای گلخانهای با مصرف بیش از 150 گالن بنزین میشود. بازیافت یک یخچال باعث کاهش انتشار گازهای گلخانهای به میزان 215 پوند CO2 میشود. هر سال صنعت فولاد، فولاد را از حدود 12میلیون دستگاه بازیافت میکند. حتی بازیافت یک غذای فولادی میتواند انرژی کافی را برای روشن کردن یک لامپLED 10واتی برای بیش از 24 ساعت حفظ کند. این را در 20 میلیارد قوطی فولادی که هر سال بازیافت میکنند، پخش کنید، صرفهجویی شگفتانگیز است.
صنعت فولاد از طریق بازیافت انرژی کافی برای تامین برق مورد نیاز سالانه بیش از 18 میلیون خانه را ذخیره میکند. یک تن فولاد بازیافت شده 2500 پوند سنگ آهن، 1400 پوند زغال سنگ و 120 پوند سنگآهک ذخیره میکند. نیاز صنعت فولاد به ضایعات فولاد باعث ایجاد حدود 531 هزارشغل از بازیافت قراضه شده و گردش مالی آن بیش از 110 میلیارد دلار فعالیت اقتصادی ایجاد میکند.
پرهام پهلوان
دانشجوی کارشناسی ارشد اقتصاد انرژی
منبع: روابط عمومی شرکت فولاد مبارکه اصفهان