پایگاه تحلیلی خبری ایراسین، صنعت فولاد با مصرف نزدیک به پنج درصد از کل انرژی جهان، همواره به‌عنوان یکی از پرانرژی‌ترین و پرهزینه‌ترین صنایع شناخته شده است، در قلب این صنعت کارخانه‌های نورد فولاد نه‌تنها حجم عظیمی انرژی مصرف می‌کنند، بلکه مقادیر قابل‌توجهی حرارت مازاد تولید می‌کنند که سال‌ها بدون بهره‌وری مؤثر در محیط رها می‌شد. با این حال، فناوری‌های نوین بازیابی حرارت (WHR) توانسته‌اند این چالش را به فرصتی برای افزایش بهره‌وری تبدیل کنند؛ سیستمی که با مهندسی دقیق، حرارت هدررفته را مهار و به چرخه تولید بازمی‌گرداند و انرژی مورد نیاز برای برق، بخار یا گرمایش فرایندی را تأمین می‌کند. مطالعات جهانی نشان می‌دهد استفاده از WHR در خطوط نورد و کوره‌های فولاد می‌تواند تا ۳۰ درصد مصرف انرژی را کاهش دهد؛ دستاوردی که در مقیاس صنعت، معادل یک تحول بزرگ انرژی است.

در شرایطی که تعهد جهانی به کاهش انتشار کربن و حرکت به سمت صفر خالص افزایش یافته، بازیابی حرارت نه تنها یک انتخاب فناورانه بلکه یک الزام استراتژیک برای حفظ رقابت‌پذیری، کاهش هزینه‌ها و مسئولیت‌پذیری زیست‌محیطی محسوب می‌شود. امروز، بانک‌های توسعه‌ای، نهادهای بین‌المللی و دولت‌ها همگی بر این نکته تأکید دارند که آینده صنعت فولاد در گرو مهندسی دوباره انرژی است؛ جایی که هر وات و هر درجه حرارت اهمیت حیاتی دارد و بازیابی حرارت بخشی از معماری آینده‌نگرانه خطوط تولید به شمار می‌آید.

سیستم‌های بازیابی حرارت در صنعت فولاد تنها یک ابزار صرفه‌جویی نیستند؛ بلکه یک استراتژی تمام‌عیار برای بازطراحی چرخه انرژی در کارخانه‌های نورد و فولادسازی به‌شمار می‌روند، این فناوری‌ها با استفاده از روش‌های متنوع مهندسی، حرارت تلف‌شده در جریان‌های گازی، مایعات فرایندی و حتی مواد جامد داغ را مهار کرده و آن را به انرژی قابل‌استفاده در همان خط تولید یا حتی خارج از کارخانه تبدیل می‌کنند.

در نقطه آغاز، مبدل‌های حرارتی به‌عنوان کلاسیک‌ترین و در عین حال مؤثرترین ابزار، حرارت خروجی از دودکش‌ها و گازهای داغ را به هوای احتراق یا سوخت ورودی منتقل می‌کنند؛ یعنی درست همان‌جایی که افزایش دما می‌تواند بازده کوره و راندمان احتراق را به‌طرز قابل‌توجهی ارتقا دهد. فناوری سیکل رانکین ارگانیک (ORC) گام بعدی این تکامل است، ORC با تکیه بر سیالات آلی با نقطه‌جوش پایین، قادر است حتی حرارت‌های پایین‌دمای درجه دو را نیز به برق تبدیل کند؛ موضوعی که در کارخانه‌هایی با حرارت پراکنده و متوسط، انقلابی و مقرون‌به‌صرفه است. در سطح پیشرفته‌تر، پمپ‌های حرارتی صنعتی وارد میدان می‌شوند که نه‌تنها حرارت بازیافتی را ذخیره، بلکه آن را فشرده و تقویت کرده و به مدارهای گرمایشی یا فرایندهای پیش‌گرمایش تزریق می‌کنند.

در خطوط نورد فولاد، حرارت بازیافت‌شده کاربردهای گسترده و اقتصادی دارد (از پیش‌گرم‌کردن هوای ورودی به کوره‌ها، پیش‌گرمایش سوخت، تولید بخار برای میکروتوربین‌ها، تغذیه نیروگاه‌های کوچک محلی، تا حتی تأمین انرژی سیستم‌های گرمایش منطقه‌ای یا گرمایش واحدهای اداری و کارگری کارخانه)، شواهد آزمایشگاهی نشان می‌دهد که حتی یک سامانه ساده بازیابی حرارت قادر است دمای هوا را از حالت محیط، یعنی حدود ۲۵ درجه سلسیوس، تا محدوده ۲۰۶ تا ۳۲۰ درجه سلسیوس افزایش دهد. این یعنی کاهش مستقیم ۵ تا ۸ درصدی در مصرف سوخت، عددی که در مقیاس صنعتی، میلیون‌ها دلار صرفه‌جویی سالانه را رقم می‌زند.

فصل بعدی ماجرا، تحلیل انرژی است. در یک کارخانه فولاد یکپارچه، اگر از سامانه‌های پایه بازیابی حرارت استفاده شود، به‌طور متوسط حدود ۱.۸ گیگاژول انرژی برای هر تن فولاد گرم نوردشده حفظ می‌شود، با استفاده از مبدل‌های حرارتی متعارف، این مقدار تا ۲.۵ گیگاژول افزایش پیدا می‌کند، اما نقطه اوج زمانی‌ست که فناوری‌های جایگزین همچون ORC و پمپ‌های حرارتی وارد شوند؛ جایی که مقدار انرژی حفظ‌شده می‌تواند به ۳.۰ گیگاژول برای هر تن فولاد برسد (یعنی تقریباً دو برابر شرایط پایه).

نمونه عملی این تحول، تجربه یک کارخانه فولادسازی در چین است. این واحد پس از نصب سیستم‌های بازیابی حرارت، مصرف انرژی ویژه خود را از ۱۹.۷۵ کیلوگرم زغال‌سنگ استاندارد به ۱۲.۲ کیلوگرم برای هر تن محصول کاهش داد. این یعنی یک پیروزی مهندسی خالص، نه فقط در کاهش مصرف سوخت، بلکه در کاهش انتشار کربن، بهبود بهره‌وری و افزایش راندمان الکتریکی و حرارتی خطوط تولید است.

نکته طلایی اینجاست، بازیابی مستقیم حرارت از مواد جامد داغ (همچون تختال‌ها، بیلت‌ها یا اسلب‌های خارج‌شده از کوره) بازدهی بیش از ۸۰ درصد را رقم می‌زند. یعنی جایی که هنوز هیچ سیستمی توان رقابت با آن را ندارد، بازیابی حرارت در صنعت فولاد فقط مسئله صرفه‌جویی نیست؛ مسئله بقا، رقابت و گذار به عصر تولید سبز است، این فناوری آینده‌ساز صنعت فولاد است؛ آینده‌ای که در آن هیچ درجه‌ای از حرارت، بدون مأموریت و بدون ارزش، رها نمی‌شود.

بازیابی حرارت در صنعت فولاد فقط یک تکنولوژی هوشمند نیست؛ یک سلاح استراتژیک است علیه بحران کربن، اتلاف انرژی و هزینه‌های سرسام‌آور تولید، این فناوری همچون یک مهندس خاموش، پشت صحنه خطوط فولاد ایستاده و از گرمایی که سال‌ها بی‌ارزش در هوا پراکنده می‌شد، انرژی، برق، بخار و پول می‌سازد.

در جبهه زیست‌محیطی، بازیابی حرارت دقیقاً همان چیزی است که دولت‌ها، نهادهای بین‌المللی و صنعت فولاد سال‌ها به دنبالش بوده‌اند، نتایج پژوهش‌ها نشان می‌دهند که سیستم‌های بازیابی حرارت از خاک و سرباره فولاد می‌توانند انتشار مستقیم دی‌اکسیدکربن را بین حدود ۷۳ تا ۱۱۱.۸ کیلوگرم برای هر تن محصول کاهش دهند. این فقط داستان کربن مستقیم نیست؛ وقتی وابستگی به برق شبکه و سوخت‌های فسیلی کاهش پیدا می‌کند، انتشار غیرمستقیم هم افت می‌کند (رقمی در محدوده حیرت‌انگیز ۳۴۰ تا ۸۲۶ کیلوگرم دی‌اکسیدکربن به ازای هر تن فولاد).

یک مثال واقعی؟ کارخانه‌ای که فقط با نصب سامانه‌های بازیابی حرارت، موفق شد سالانه ۱۵٬۷۰۰ تن از انتشار دی‌اکسیدکربن جلوگیری کند، چنین عددی برای صنایعی مثل فولاد، سیمان و پتروشیمی (که در خط مقدم اتهام زیست‌محیطی ایستاده‌اند) در حکم برگ برنده‌ای استراتژیک در برابر مقررات سخت‌گیرانه جهانی است.

اما جذابیت فقط محیط‌زیستی نیست؛ پای اقتصاد که وسط می‌آید، بازیابی حرارت تبدیل می‌شود به یک فرصت طلایی. دوره بازگشت سرمایه این پروژه‌ها به‌طورمعمول بین ۱ تا ۴ سال گزارش شده است—در صنعتی که هزینه انرژی یکی از عوامل اصلی ورشکستگی یا موفقیت است، این بازگشت سریع یعنی یک انقلاب مالی.

برای نمونه یک کارخانه فولاد با ظرفیت تولید سالانه ۷۰۰ هزار تن، پس از سرمایه‌گذاری ۴۰ میلیون یوان روی سیستم بازیابی حرارت، تنها در مدت ۱.۹۳ سال اصل سرمایه خود را از محل صرفه‌جویی انرژی پس گرفت، پس از آن هر واحد انرژی بازیافت‌شده عملاً تبدیل شد به سود خالص.

در سطح جهانی، این فناوری تبدیل به یک صنعت مستقل و جذاب ارزش بازار جهانی شده است. بازیابی حرارت که در سال ۲۰۲۴ حدود ۶۲.۳ میلیارد دلار تخمین زده شده، قرار است تا سال ۲۰۳۵ با یک جهش چشمگیر به حدود ۱۵۶.۲۷ میلیارد دلار برسد. یعنی نرخ رشد سالانه ۸.۸ درصد؛ روندی که نشان می‌دهد صنایع بزرگ به‌سرعت در حال حرکت به سمت بازمهندسی انرژی‌های از دست‌رفته‌اند.

جوهره اقتصادی موضوع این است: بازیافت حرارت فقط موجب کاهش هزینه انرژی نمی‌شود، بلکه منجر به تولید محصولات جانبی (همچون برق و بخار)، کاهش فشار کاری تجهیزات، افزایش عمر زیرساخت‌ها، و در نهایت کاهش هزینه‌های کلی تولید می‌شود. همه این عوامل در کنار هم، قدرت رقابت بین‌المللی کارخانه‌ها را افزایش داده و جایگاه اقتصادی آن‌ها را در بازارهای جهانی تقویت می‌کند.

آینده بازیابی حرارت در صنایع نورد فولاد، درست در نقطه‌ای قرار دارد که مهندسی کلاسیک با تحول دیجیتال و نگاه زیست‌محیطی جهان تلاقی می‌کنند، اگر تا دیروز بازیابی حرارت یک فناوری مقرون‌به‌صرفه بود، امروز تبدیل شده به «ستون استراتژیک تولید پاک و هوشمند»؛ چیزی شبیه ستون فقرات نسل جدید کارخانه‌های فولاد.

پیشرفت‌های فناورانه در حوزه نورد، چهره بازیابی حرارت را به‌طور اساسی تغییر داده‌اند. مبدل‌های حرارتی نسل جدید با طراحی‌های میکروکانالی، پوشش‌های نانوسرامیکی و معماری‌های مقاوم در برابر رسوب‌گذاری، توانسته‌اند بازده انتقال حرارت را تا حد چشمگیری افزایش دهند. در سمت دیگر، تکنولوژی‌های پیشرفته ORC با سیالات آلی نوین، حتی قادرند حرارت‌های بسیار پایین‌دما (Low-grade heat) را به برق تبدیل کنند؛ کاری که قبل‌تر تقریباً غیرممکن یا به‌صرفه نبود، این یعنی هیچ ذره‌ای از گرما دیگر بی‌ارزش نیست؛ اما اوج تحول جایی‌ست که بازیابی حرارت از یک سامانه مکانیکی، تبدیل می‌شود به یک سیستم هوشمند، ادغام فناوری‌های دیجیتال، اینترنت اشیا (IoT)، پردازش ابری، و هوش مصنوعی موجب شده این سیستم‌ها نه‌تنها گرما را ذخیره کنند، بلکه یاد بگیرند، پیش‌بینی کنند، بهینه‌سازی کنند و حتی رفتار فرایندی کارخانه را اصلاح کنند، دوقلوهای دیجیتال (Digital Twins) اکنون قلب تصمیم‌سازی این سیستم‌های هوشمند هستند؛ مدل‌هایی که عملکرد واقعی کارخانه را شبیه‌سازی کرده و بهترین سناریوهای ذخیره انرژی، کاهش تلفات و افزایش تولید جانبی را در لحظه پیشنهاد می‌دهند.

افق پیش رو، فقط بازیابی حرارت نیست؛ بلکه «هم‌افزایی انرژی» است، روندی که در آن سیستم‌های بازیابی حرارت با انرژی خورشیدی، زمین‌گرمایی، یا حتی پیل‌های سوختی ترکیب می‌شوند و شبکه‌های ترکیبی انرژی (Hybrid Energy Networks) در کارخانه‌ها شکل می‌گیرد، چنین شبکه‌هایی قادرند برق، بخار، آب داغ و حتی سرمایش تولید کنند و کارخانه را به یک اکوسیستم خودکفای انرژی تبدیل کنند، از سمت سیاستگذاری، داستان حتی جدی‌تر است. مقررات سختگیرانه انتشار کربن، الزامات توافق‌نامه پاریس، و فشار روزافزون بر صنایع سنگین برای کاهش ردپای محیط‌زیستی، موجب شده بازیابی حرارت دیگر یک پروژه انتخابی یا لوکس نباشد؛ بلکه یک «اجبار راهبردی» باشد. دولت‌ها، بانک‌های توسعه‌ای و نهادهای بین‌المللی اکنون به‌صورت مستقیم پا به میدان گذاشته‌اند ( مشوق‌های مالیاتی، یارانه‌های تحقیق و توسعه، تسهیلات بلاعوض و اعتبار کربن (Carbon Credit) اکنون ابزارهایی هستند برای تسریع استقرار این فناوری‌ها) .

نتیجه روشن است، بازیابی حرارت در صنایع نورد دیگر یک گزینه مهندسی نیست، بلکه پاسپورت ورود به نسل آینده فولادسازی، یعنی تولید کم‌کربن، هوشمند و رقابت‌پذیر در سطح جهانی است. کارخانه‌هایی که امروز این گذار را آغاز نکنند، به‌زودی نه‌فقط از نظر انرژی، بلکه از نظر اقتصادی، زیست‌محیطی و حتی حقوقی از میدان رقابت حذف خواهند شد، آینده بازیابی حرارت، آینده «گرمای بی‌هدر» است؛ جایی که هر درجه حرارت، حامل ارزش، داده و تصمیم است.