به گزارش خبرنگار ایراسین، صنعت فولاد به‌عنوان یکی از بزرگترین تولیدکنندگان انتشار کربن در میان بخش‌های تولیدی، در چالشی بزرگ برای کاهش اثرات زیست‌محیطی خود قرار دارد. این صنعت که مسئول حدود هفت تا نه درصد انتشارات مستقیم دی‌اکسید کربن جهانی است، در حالی به دنبال راه‌حل‌های پایدار می‌گردد که تقاضای جهانی برای فولاد تا سال ۲۰۵۰ پیش‌بینی می‌شود حدود ۳۰ درصد افزایش یابد. در این میان، فناوری انرژی هسته‌ای به‌عنوان یکی از گزینه‌های کلیدی برای تأمین برق پاک، پایدار و قابل اتکا در مقیاس صنعتی، نقشی محوری در تحول این بخش بازی می‌کند.
صنعت فولاد امروز عمدتاً از دو مسیر تولیدی بهره می‌برد: مسیر سنتی کوره بلند و کوره اکسیژن پایه Blast Furnace-Basic Oxygen Furnace (BF-BOF) که حدود ۷۲ درصد تولید جهانی فولاد را تشکیل می‌دهد و به‌شدت به زغال‌سنگ و کک وابسته است، و مسیر کوره قوس الکتریکی Electric Arc Furnace (EAF) که حدود ۲۱ درصد تولید را به خود اختصاص داده و عمدتاً از آهن قراضه استفاده می‌کند، این در حالی است که مسیر BF-BOF به‌ازای هر تن فولاد حدود ۲.۳ تن دی‌اکسید کربن تولید می‌کند، در حالی که مسیر EAF تنها حدود ۰.۷ تن انتشار دارد. با این حال، حتی مسیر EAF نیز زمانی که از شبکه برق برپایه سوخت‌های فسیلی تغذیه شود، همچنان ردپای کربنی قابل توجهی خواهد داشت.
کوره قوس الکتریکی با استفاده از قوس‌های الکتریکی با دمای بیش از ۳۰۰۰ درجه سانتی‌گراد، آهن قراضه یا آهن احیای مستقیم را ذوب می‌کند. این فرایند به‌شدت به برق وابسته است و یک کارخانه فولاد EAF برای تولید هر تن فولاد، حدود ۳۵۰ تا ۶۰۰ کیلووات-ساعت برق مصرف می‌کند، اگرچه کارخانه‌های مدرن و بهینه‌شده می‌توانند این مقدار را به زیر ۳۰۰ کیلووات-ساعت کاهش دهند. در دوره ذوب که بیشترین مصرف انرژی را دارد، مصرف برق می‌تواند به ۶۰ تا ۷۰ درصد کل مصرف انرژی برسد و توان لحظه‌ای به ۸۰ تا ۱۰۰ درصد ظرفیت نامی دستگاه افزایش یابد. این به معنای آن است که یک کوره ۵۰ تنی ممکن است در دوره ذوب به ۶۰ تا ۸۰ مگاوات توان لحظه‌ای نیاز داشته باشد.
اگر این برق از منابع تجدیدپذیری همچون خورشیدی و بادی تأمین شود، محدودیت‌های ذاتی این منابع مشکلاتی ایجاد خواهد کرد. منابع تجدیدپذیر به دلیل ماهیت متناوب خود، ضریب ظرفیت پایینی دارند: انرژی بادی به‌طورمعمول ضریب ظرفیتی حدود ۲۵ تا ۴۰ درصد و انرژی خورشیدی حدود ۱۵ تا ۲۵ درصد دارد. این بدان معناست که یک نیروگاه خورشیدی یا بادی تنها در بخشی از زمان می‌تواند به‌طور کامل عملیاتی باشد، و عملیات صنعتی نمی‌توانند به این تناوب وابسته باشند. یک کارخانه فولاد نمی‌تواند عملیات ذوب را متوقف کند چون باد نمی‌وزد یا خورشید نمی‌تابد؛ این فرایندها نیازمند یک جریان مستمر و قابل پیش‌بینی انرژی هستند.
برتری فناوری هسته‌ای در تأمین نیروی پایه
انرژی هسته‌ای در اینجا با مزیت برجسته خود وارد می‌شود: ضریب ظرفیت بالا و قابلیت تولید برق پایه Baseload Power . ضریب ظرفیت نیروگاه‌های هسته‌ای در ایالات متحده در دو دهه اخیر به‌طور مداوم بالای ۹۰ درصد بوده است. در سال ۲۰۲۳، میانگین ضریب ظرفیت نیروگاه‌های هسته‌ای جهان به ۸۱.۵ درصد رسید. این به معنای آن است که یک نیروگاه هسته‌ای بیش از ۹۰ درصد زمان در سال، در حداکثر توان خود تولید برق می‌کند. برخلاف منابع تجدیدپذیر که به شرایط جوی وابسته‌اند، نیروگاه‌های هسته‌ای می‌توانند به‌طور مداوم به مدت ۱۸ تا ۲۴ ماه بدون توقف عملیاتی باشند و تنها برای سوخت‌گیری مجدد متوقف شوند.
این قابلیت اطمینان بالا دقیقاً همان چیزی است که صنعت فولاد برای کربن‌زدایی کامل نیاز دارد. وقتی یک نیروگاه هسته‌ای مستقیماً به یک کارخانه EAF متصل شود، می‌تواند برق پاک و بدون کربن را ۲۴ ساعته و هفت روز هفته فراهم کند، و فولاد تولیدی را به "فولاد تقریباً کربن-صفر" تبدیل کند. این امر نه تنها انتشارات کربن را به‌طور چشمگیری کاهش می‌دهد، بلکه پایداری و قابلیت پیش‌بینی عملیات را نیز تضمین می‌کند که برای بهینه‌سازی فرایندهای تولید و کاهش هزینه‌ها حیاتی است.
یکی از برجسته‌ترین نمونه‌های عملی این رویکرد، همکاری استراتژیک میان شرکت Nucor، بزرگترین تولیدکننده فولاد در ایالات متحده، و NuScale Power، پیشگام در طراحی راکتورهای ماژولار کوچک Small Modular Reactors (SMR) است. در سال ۲۰۲۳، این دو شرکت یک یادداشت تفاهم امضا کردند تا امکان‌سنجی استقرار نیروگاه‌های VOYGR™ شرکت NuScale در کنار کارخانه‌های EAF شرکت Nucor را بررسی کنند. این همکاری شامل ارزیابی مناسبت سایت، قابلیت‌های اتصال به شبکه انتقال و هزینه‌های سرمایه‌ای برای نیروگاه‌های NuScale است که قرار است در نزدیکی کارخانه‌های فولاد Nucor مستقر شوند و برق بدون کربن را به آنها تأمین کنند.
نیروگاه‌های VOYGR بر پایه ماژول‌های قدرت NuScale طراحی شده‌اند، که هر یک می‌توانند ۷۷ مگاوات الکتریکی تولید کنند. این نیروگاه‌ها می‌توانند در پیکربندی‌های مختلفی ساخته شوند: VOYGR-4 با ظرفیت ۳۰۸ مگاوات، VOYGR-6 با ۴۶۲ مگاوات، و VOYGR-12 با ۹۲۴ مگاوات. این انعطاف‌پذیری در مقیاس به شرکت‌ها اجازه می‌دهد تا ظرفیت انرژی را با نیازهای خاص خود تطبیق دهند. طراحی NuScale اولین طرح SMR است که مورد تأیید و گواهی کمیسیون تنظیم مقررات هسته‌ای ایالات متحده Nuclear Regulatory Commission قرار گرفته است.
یکی از نکات کلیدی در این همکاری، استفاده متقابل از محصولات پاک است. Nucor که بزرگترین تولیدکننده فولاد و بازیافت‌کننده مواد در آمریکای شمالی است، قصد دارد فولاد Econiq™ خود را که اولین فولاد با خالص-صفر در مقیاس تجاری در جهان است، برای پروژه‌های NuScale تأمین کند. این نوع همکاری چرخه‌ای پایدار ایجاد می‌کند که در آن فولاد پاک برای ساخت نیروگاه‌های هسته‌ای استفاده می‌شود و این نیروگاه‌ها نیز برق پاک برای تولید فولاد فراهم می‌کنند.
بر اساس تحلیل‌های اخیر، صنعت فولاد اولیه در ایالات متحده تا سال ۲۰۵۰ به ۱۷۴ تراوات-ساعت برق سالانه نیاز خواهد داشت تا بتواند تا ۵۷ درصد از انتشارات خود را کاهش دهد. این میزان افزایش (۱۵۹ تراوات ساعت) نسبت به رویه‌های معمول کنونی است؛ برای تأمین این مقدار با انرژی بدون کربن، حداقل به ۲۸ گیگاوات منابع خورشیدی و بادی و ۵۸ گیگاوات ذخیره‌سازی باتری تا سال ۲۰۵۰ نیاز است، این ارقام نشان می‌دهند که چالش تأمین انرژی برای کربن‌زدایی صنعت فولاد چقدر گسترده است.
در مقیاس جهانی، پیش‌بینی می‌شود که تولید فولاد برپایه هیدروژن سبز و احیای مستقیم آهن Hydrogen-Direct Reduced Iron (H2-DRI) تا سال ۲۰۳۵ به ۴۶ میلیون تن برسد، که نرخ رشد سالانه مرکب ۳۷.۶ درصدی را نشان می‌دهد. این فناوری نیز به مقادیر عظیمی برق پاک برای تولید هیدروژن سبز از طریق الکترولیز نیاز دارد. برای مثال، سناریوی رشد متوسط DRI که ۲۵ درصد تولید جهانی فولاد را پوشش می‌دهد، نیازمند ۴۵۰ تراوات (ساعت تولید برق بدون کربن اضافی سالانه است) تقریباً معادل کل تولید برق فرانسه. با فرض ضریب ظرفیت بالای ۸۵ درصد، این به ۶۰ گیگاوات تولید برق جدید بدون کربن نیاز دارد.
مزایای راکتورهای ماژولار کوچک برای صنعت فولاد
راکتورهای ماژولار کوچک (SMR) برای کاربردهای صنعتی همچون فولادسازی به‌ویژه مناسب هستند. این راکتورها در کارخانه ساخته می‌شوند و به سایت نهایی منتقل می‌گردند، که زمان ساخت را از سال‌ها به ماه‌ها کاهش می‌دهد. مقیاس کوچک‌تر آنها به شرکت‌ها اجازه می‌دهد تا سرمایه‌گذاری اولیه کمتری داشته باشند و ظرفیت را به‌تدریج با رشد نیازها افزایش دهند. علاوه بر این، SMRها می‌توانند در مکان‌هایی نصب شوند که راکتورهای سنتی بزرگ قادر به استقرار در آنها نیستند، همچون سایت‌های صنعتی دورافتاده یا نزدیک کارخانه‌های فعلی.
یکی دیگر از مزایای مهم SMRها، ویژگی‌های ایمنی منفعل آنها است. طراحی‌های پیشرفته امروزی شامل سیستم‌های ایمنی منفعل هستند که نیازی به منبع تغذیه اضطراری AC ندارند و عملکردهای ایمنی کلیدی را بدون اتصال به شبکه برق خارجی انجام می‌دهند. این ویژگی‌ها انعطاف بیشتری برای مکان‌یابی نیروگاه برای کاربران صنعتی همچون Nucor فراهم می‌کنند، همچنین برخی از طراحی‌های پیشرفته می‌توانند دماهای بالایی تولید کنند که می‌تواند مستقیماً برای فرایندهای صنعتی استفاده شود (نه‌تنها تولید برق) .
همکاری‌های بین‌المللی و رشد بازار
این روند تنها به ایالات متحده محدود نمی‌شود. در اروپا، شرکت‌های پیشرو صنعت فولاد نیز به دنبال راه‌حل‌های هسته‌ای هستند. به‌عنوان نمونه، در مارس ۲۰۲۵، Newcleo و Danieli یک یادداشت تفاهم امضا کردند تا راه‌حل‌های یکپارچه‌ای را توسعه دهند که در آن راکتورهای سریع خنک‌شده با سرب Newcleo، هم برق و هم گرمای با دمای بالا مورد نیاز برای فرایندهای تولید فولاد بدون استفاده از سوخت‌های فسیلی را فراهم می‌کنند. این همکاری می‌تواند به راه‌حل‌های تأمین انرژی در سراسر زنجیره ارزش آهن و فولاد منجر شود، از جمله در کاربردهای مرتبط با ذوب‌کننده دیجیتال Danieli و احتمالاً تولید هیدروژن سبز برای تغذیه فناوری احیای مستقیم Energiron شرکت Danieli.
در سپتامبر ۲۰۲۵، The Nuclear Company (TNC) نیز یک همکاری استراتژیک با Nucor اعلام کرد تا زنجیره تأمین نیروی هسته‌ای و تولید داخلی ایالات متحده را تقویت کند. این همکاری شامل ارزیابی استفاده از فولاد NQA-1 و زیرساخت‌های مرتبط برای راکتورهای هسته‌ای مقیاس گیگاوات است، این توافق‌ها نشان‌دهنده افزایش سریع علاقه صنعت فولاد به انرژی هسته‌ای به‌عنوان راه‌حلی برای کربن‌زدایی است.
چالش‌ها و راه‌حل‌های تکمیلی
با وجود مزایای فراوان، استقرار انرژی هسته‌ای برای صنعت فولاد بدون چالش نیست. هزینه سرمایه‌ای اولیه بالا، زمان طولانی مورد نیاز برای تأیید تنظیمی و ساخت، و نگرانی‌های عمومی درباره ایمنی هسته‌ای از جمله موانع اصلی هستند، با این حال پیشرفت‌های اخیر در طراحی SMR و اصلاحات تنظیمی در حال کاهش این موانع هستند، علاوه بر این در مقایسه با سایر گزینه‌های کربن‌زدایی عمیق همچون جذب و ذخیره‌سازی کربن (CCS) یا تولید فولاد برپایه هیدروژن، انرژی هسته‌ای می‌تواند از نظر اقتصادی رقابتی‌تر باشد.
یکی از چالش‌های اساسی در مسیر DRI-EAF، نیاز به سنگ‌آهن با کیفیت بالا (بیش از ۶۷ درصد آهن و کمتر از ۲ درصد گانگ اسیدی) است که امروزه تنها حدود ۴۰ میلیون تن از آن به بازار جهانی عرضه می‌شود. برای افزایش عرضه این گندله‌های با کیفیت بالا، باید سرمایه‌گذاری‌های کلانی در توسعه منابع جدید سنگ‌آهن با کیفیت بالا انجام شود. همچنین، تولید هیدروژن سبز برای مسیر H2-DRI نیازمند هزینه‌های پایین هیدروژن است—به‌طورمعمول زیر ۲ دلار به ازای هر کیلوگرم برای رقابتی بودن با روش‌های سنتی.
فناوری هسته‌ای، به‌ویژه از طریق راکتورهای ماژولار کوچک، یک راه‌حل بالقوه قدرتمند برای کربن‌زدایی صنعت فولاد ارائه می‌دهد. با ضریب ظرفیت بالای بیش از ۹۰ درصد، قابلیت تولید برق پایه ۲۴ ساعته، و نبود وابستگی به شرایط جوی، انرژی هسته‌ای می‌تواند نیاز صنعت فولاد به برق پاک، پایدار و قابل اتکا را برآورده کند. همکاری‌های استراتژیک همچون آنچه بین Nucor و NuScale شکل گرفته، نشان‌دهنده اعتماد روزافزون صنعت به این فناوری است.
با افزایش تقاضای برق برای کربن‌زدایی صنعت فولاد (که پیش‌بینی می‌شود تا سال ۲۰۵۰ صدها تراوات) ساعت به برق اضافی نیاز داشته باشد، انرژی هسته‌ای می‌تواند نقشی کلیدی در تأمین این نیاز ایفا کند؛ این در حالی است که منابع تجدیدپذیر نیز جایگاه خود را خواهند داشت، اما محدودیت‌های ذاتی آنها در تأمین نیروی پایه به‌معنای آن است که یک سبد انرژی متنوع شامل انرژی هسته‌ای، شاید کارآمدترین و اقتصادی‌ترین راه برای دستیابی به کربن‌زدایی کامل صنعت فولاد خواهد بود.
آینده صنعت فولاد در گرو تحول انرژی آن است. با حرکت جهان به سوی اقتصاد کم‌کربن، شرکت‌هایی که زودتر به سمت انرژی پاک و پایدار حرکت کنند، مزیت رقابتی قابل توجهی خواهند داشت، انرژی هسته‌ای، به‌ویژه در قالب SMRها، نه تنها یک راه‌حل فنی، بلکه یک فرصت استراتژیک برای صنعت فولاد جهانی است تا به آینده‌ای پاک‌تر و پایدارتر قدم بگذارد
ارسال نظر