15481

بررسي جامع انرژي در فرآيندهاي احياي مستقيم آهن: تحليل گزينه‌هاي سوخت، كارايي و پايداري زيست محيطي

1403

جناب آقاي دكتر نوراله كثيري بيدهندي

در دهه‌هاي اخير، اهميت پايداري در صنايع پرمصرف، به ويژه صنعت فولاد، كه به عنوان يكي از بزرگترين منابع انتشار گازهاي گلخانه‌اي با سهمي تقريباً 7 تا 9 درصد از كل انتشار جهاني كربن‌دي‌اكسيد شناخته مي‌شود، مورد توجه قرار گرفته است. اين صنعت كه با چالش‌هاي سه‌گانه پايداري (زيست‌محيطي، اقتصادي و اجتماعي) مواجه است، نيازمند راه‌حل‌هاي نوآورانه و جامع است. فرآيند احياي مستقيم آهن، به ويژه تكنولوژي ميدركس، به دليل توانايي‌اش در استفاده از سوخت‌هاي جايگزين كم‌كربن مانند گاز طبيعي و هيدروژن سبز، به عنوان يك بستر كليدي براي گذار به فولادسازي پايدار ظهور كرده است. اين پژوهش، از طريق بررسي جامع تكامل فرآيند ميدركس، قابليت‌هاي آن را در زمينه‌هاي بهينه‌سازي مصرف انرژي (كاهش تا 38 درصد از طريق بازيابي گرماي هدررفته)، كاهش انتشار گازهاي گلخانه‌اي (تا 38 درصد از طريق ادغام سيستم‌هاي جذب و ذخيره‌سازي كربن)، بازيابي گرماي هدررفته و ادغام با فناوري‌هاي نوين تحليل مي‌كند. مقايسه عملكرد ميدركس با فناوري‌هاي سنتي مانند كوره‌هاي بلند نشان مي‌دهد كه فرآيند مبتني بر گاز طبيعي، بازدهي انرژي را تا 8/2 برابر افزايش داده و ردپاي كربن را به طور قابل توجهي كاهش مي‌دهد (از 5/2 تن CO₂ به ازاي هر تن فولاد به حدود 5/0 تن). استفاده از هيدروژن به عنوان عامل احياكننده، درجه متاليزاسيون را تا 100 درصد افزايش مي‌دهد، اگرچه چالش‌هايي مانند نياز به گرماي اضافي (واكنش‌هاي گرماگير) و خردايش محصول (با كاهش محتواي هيدروژن به كمتر از 2 قسمت در ميليون وزني پس از ذوب) را به همراه دارد. روش‌شناسي تحقيق شامل بررسي مطالعات متمركز بر مدل‌سازي ترموشيميايي، شبيه‌سازي فرآيند با نرم‌افزار Aspen Plus و بهينه‌سازي آماري (مانند روش سطح پاسخ براي متاليزاسيون تا 2//98 درصد) است كه امكان ارزيابي دقيق عملكرد سيستم را فراهم مي‌آورد. از منظر كمي، نتايج نشان مي‌دهند كه ادغام سيستم بازيابي حرارت، مصرف كلي انرژي را تا 15 درصد كاهش مي‌دهد و گذار به هيدروژن سبز، انتشار CO₂ را تا 97 درصد (در مقايسه با مسيرهاي سنتي) به صفر نزديك مي‌كند. از منظر كيفي، ميدركس نه تنها يك فرآيند توليد، بلكه يك بستر تكاملي براي اقتصاد هيدروژني است كه راه را براي مسيرهاي ميان‌مدت (فولاد آبي با جذب و ذخيره كربن) و مسيرهاي بلندمدت (فولاد سبز با H₂) هموار مي‌كند. نوآوري كليدي تحقيق، ارائه يك چارچوب علمي براي گذار به توليد فولاد بدون كربن است كه با تمركز بر توسعه انرژي‌هاي تجديدپذير، كاهش وابستگي به سوخت‌هاي فسيلي و فناوري‌هاي سبز، اهداف توسعه پايدار را محقق مي‌سازد. پيشنهادات آتي شامل مدل‌سازي زنجيره تأمين يكپارچه، توسعه مواد نسوز مقاوم در برابر هيدروژن و ارزيابي اقتصادي ادغام واحدهاي توليد H₂ با كارخانجات فولاد است.

11/10/2025 12:00:00 AM

88716

1404/09/12