توربينات الرياح والغسالات وناطحات السحاب والسفن – كلها تشترك في شيء واحد: الفولاذ. هذا السبائك من الحديد والكربون، القوي والمتين والقابل لإعادة التدوير، هو أحد أكثر مواد التصنيع شيوعًا في العالم.
لكن صناعة الصلب هي أيضًا واحدة من أكثر الصناعات تلويثًا، حيث تمثل ما بين 7 و9 في المائة من انبعاثات ثاني أكسيد الكربون العالمية، وفقًا لاتحاد الصلب العالمي. الطريقة السائدة في صناعة الصلب اليوم – بتحويل خام الحديد إلى حديد ثم إلى فولاذ، داخل أفران الصهر باستخدام فحم الكوك كوقود – تضخ كميات هائلة من الغاز في الغلاف الجوي. تنبعث من هذه الطريقة حوالي 2 طن من ثاني أكسيد الكربون لكل طن من الصلب المنتج.
ونتيجة لهذا، يتسابق صناع الصلب وأصحاب المصلحة في الصناعة لإيجاد السبل الكفيلة بتقليص بصمتهم الكربونية، بما في ذلك الاستثمار في التقاط هذه الانبعاثات الكربونية. ولكن الرهان الأكبر على أفران “القوس الكهربائي”، التي تذيب الصلب المعاد تدويره أو الخردة وتوفر أكبر قدر من التخفيض في الانبعاثات.
وفي نهاية المطاف، وللوصول إلى أقرب ما يمكن إلى الحياد الكربوني، فإن الطموح هو استخدام هذه الأفران الجديدة بالاشتراك مع مصانع الحديد المختزل المباشر. ويمكن تشغيل هذه المصانع بالغاز الطبيعي ــ أو الهيدروجين الأخضر في الحالة المثالية ــ لإنتاج نوع من الحديد يمكن وضعه في فرن القوس الكهربائي لصنع فولاذ جديد.
كيف يعمل؟
يقوم فرن القوس الكهربائي بصهر الخردة أو الفولاذ المعاد تدويره بدلاً من تحويل المواد الخام، وخاصة خام الحديد، كما هو الحال في فرن الصهر. ويمكن لهذه الطريقة أن تذيب ما يصل إلى 100% من الخردة.
يعمل فرن القوس الكهربائي عن طريق توليد قوس كهربائي عالي الحرارة بين أقطاب الجرافيت، باستخدام الكهرباء كمصدر للطاقة. هذا القوس – مثل صاعقة البرق تقريبًا – يذيب الخردة داخل وعاء كبير مبطن بالمواد المقاومة للحرارة إلى فولاذ نقي.
ما هي إيجابيات وسلبيات؟
إن أفران القوس الكهربائي أصغر حجماً وأكثر مرونة من أفران الصهر المستخدمة في صناعة الصلب التقليدية. كما أن بنائها أقل تكلفة بكثير. ولأنها تستخدم الكهرباء لصهر الخردة، فإن صناعة الصلب باستخدام فرن القوس الكهربائي يمكن أن تقلل الانبعاثات بنسبة 75-80 في المائة مقارنة بأفران الصهر.
ولكن هناك تحديات كبيرة. فالإمدادات العالمية من الخردة محدودة ولا يمكنها دائماً إنتاج الجودة المطلوبة من الفولاذ لتطبيقات معينة، مثل السيارات.
وتشكل جودة الخردة عقبة أخرى، إذ من الصعب إزالة الشوائب منها، وخاصة النحاس، لذا ستكون هناك حاجة إلى طرق أفضل للفرز وإعادة التدوير.
وتشكل تكلفة الكهرباء تحدياً إضافياً، وخاصة في بلدان مثل المملكة المتحدة حيث الأسعار مرتفعة، فضلاً عن صعوبة الحصول على كميات هائلة من الطاقة الخضراء التي ستكون هناك حاجة إليها.
هل سيكون هنالك فرق؟
لقد أصبحت أفران القوس الكهربائي تتزايد باستمرار. ففي العام الماضي، كانت 43% من الطاقة الإنتاجية الجديدة المخطط لها لصناعة الصلب تعتمد على تقنية فرن القوس الكهربائي، في حين كان من المقرر أن تعتمد 57% من هذه الطاقة على أفران تعمل بالفحم، وفقاً لتقرير جلوبال إنيرجي مونيتور. وكان هذا تقدماً مقارنة بالعام الذي سبقه، عندما كانت نسبة الطاقة الإنتاجية المخطط لها تعتمد على فرن القوس الكهربائي 33% فقط.
وعلى الرغم من هذا التحول، لا تزال الصناعة أقل من المطلوب للحد من الانحباس الحراري العالمي إلى 1.5 درجة مئوية فوق مستويات ما قبل الصناعة، وفقًا لاتفاقية باريس. ويدعو سيناريو وكالة الطاقة الدولية “صافي الصفر بحلول عام 2050” إلى استخدام أكثر من نصف (53٪) قدرة صناعة الصلب لأفران القوس الكهربائي بحلول عام 2050. ولكن وفقًا للخطط الحالية، لن تستخدم أفران القوس الكهربائي سوى 32٪ من إجمالي القدرة بحلول ذلك الوقت، وفقًا لـ Global Energy Monitor.
وسوف يعتمد الكثير على الصين. ذلك أن الصين مسؤولة عن نحو 62% من انبعاثات الصلب العالمية، وفي غياب أي تقدم ملموس في هذا المجال فإن جهود بقية العالم الرامية إلى إعادة الصناعة إلى مسارها الصحيح سوف تفشل.
هل وصلت بعد؟
إن أفران القوس الكهربائي هي تقنية ناضجة، وقد استُخدمت في مختلف أنحاء العالم لعقود من الزمان. وهي بالفعل الطريقة السائدة في تصنيع الصلب في الولايات المتحدة. فقد بدأت شركة نوكور، أكبر شركة لصناعة الصلب في أمريكا الشمالية، أول “مطحنة صغيرة” لها في ولاية كارولينا الجنوبية في عام 1969. واليوم، تشكل أفران القوس الكهربائي نحو 29% من الإنتاج العالمي.
يُنظر بشكل متزايد إلى الإنتاج المعتمد على الكهرباء باعتباره الطريق المفضل للعديد من المنتجين التقليديين لتقليل انبعاثاتهم.
ونظراً للحدود المحيطة بإمدادات الخردة، هناك أيضاً دفعة قوية للصناعة للاستثمار في تكنولوجيا “الحديد المختزل المباشر”، لاستخدامها مع أفران القوس الكهربائي.
تستخدم مصانع الحديد الاختزالي المباشر عادة الغاز الطبيعي بدلاً من فحم الكوك لتقليل خام الحديد. ويمكن بعد ذلك تغذية المنتج الناتج، المسمى الحديد الإسفنجي، إلى فرن القوس الكهربائي. وفي نهاية المطاف، يتمثل الطموح في استبدال الغاز الطبيعي المستخدم في مصانع الحديد الاختزالي المباشر بالهيدروجين “الأخضر” المصنوع من الكهرباء المتجددة – وهو ما من شأنه أن يقضي على الكربون في عملية الإنتاج.
إن هذه الطريقة من شأنها أن تمكن من إنتاج الصلب الأولي ــ المصنوع من المواد الخام وليس الخردة ــ وبالتالي تسمح بتصنيع أنواع أعلى من الصلب. ولكنها تتطلب توافر كميات أكبر كثيرا من الهيدروجين الأخضر.
من هم الرابحون والخاسرون؟
إن التحول إلى أفران القوس الكهربائي سوف يتطلب استثمارات بمليارات الدولارات. وقد صرحت شركات صناعة الصلب العريقة بأنها بحاجة إلى دعم دافعي الضرائب للمساعدة في تمويل هذا التحول.
ومن بين التحديات الكبرى التي تواجه الصناعة ــ والحكومات ــ شبح فقدان عدد كبير من الوظائف، لأن أفران القوس الكهربائي تتطلب قدراً أقل كثيراً من العمالة. وسوف يفرض الضغط على صناع السياسات وغيرهم من أصحاب المصلحة لتقديم “انتقال عادل” وضمان وجود مصادر بديلة للتوظيف للعمال المتضررين.
وسوف يكون الفائزون هم الوافدون الجدد إلى صناعة الصلب الذين لا يعانون من البنية الأساسية القديمة. وسوف يكون للفائزين أيضاً القاطنين في المناطق التي تتمتع بالقدرة على الوصول إلى الطاقة الخضراء الرخيصة، مثل الدول الاسكندنافية أو أستراليا أو الشرق الأوسط. ويعتقد العديد من أصحاب المصلحة أن إنتاج الصلب سوف ينتقل حتماً إلى هذه المناطق.
من يستثمر فيه؟
لقد أعلنت العديد من أكبر شركات صناعة الصلب في أوروبا، بما في ذلك أرسيلور ميتال، وتيسنكروب، وتاتا ستيل، عن خططها للتحول من أفران الصهر إلى أفران القوس الكهربائي الجديدة. ومع ذلك، فإن الكثير سوف يعتمد على تأمين دعم دافعي الضرائب، وضمان الوفاء بالوعود بتطوير البنية الأساسية اللازمة ــ مثل أجهزة التحليل الكهربائي لإنتاج الهيدروجين.
تعد شركة H2 Green Steel وشركة SSAB من الدول الاسكندنافية من بين الشركات التي تقوم ببناء أفران القوس الكهربائي التي ستعمل بالطاقة المتجددة.
