ثورة الصلب الأخضر: تحول الصناعة بدون فحم

تحول صناعة الصلب： الابتكار والتحديات

على شريط من الأرض في شمال السويد، ليس بعيدًا عن الدائرة القطبية الشمالية، تتشكل منشأة جديدة يمكن أن تساعد في إحداث ثورة في واحدة من أكثر الصناعات قذارة في العالم: صناعة الصلب.

بحلول عام 2026، إذا سارت الأمور كما هو مخطط لها، سيمتلئ الموقع خارج بودن بمبانٍ صناعية مطلية باللون الأبيض والفضي والأسود - وهي ألوان تعكس جبال المنطقة وبحيراتها - وأبراج ضخمة حمراء اللون.

سيكون هذا المجمع أول مشروع "فولاذ أخضر" واسع النطاق في العالم، وفقًا لشركة H2 Green Steel، وهي الشركة السويدية التي تقف وراء المصنع الذي تبلغ تكلفته عدة مليارات من الدولارات.

فبدلاً من حرق الفحم، سيستخدم "الهيدروجين الأخضر" المنتج من الكهرباء المتجددة. وتقول الشركة إن عمليتها ستقلل من التلوث الكربوني بنسبة 95% مقارنة بصناعة الصلب التقليدية، وتهدف إلى إنتاج 5 ملايين طن متري من الصلب الأخضر بحلول عام 2030.

أهمية صناعة الصلب وتأثيرها البيئي

وستمثل هذه الخطوة خطوة أخرى نحو إصلاح قطاع الصلب، ولكن الطريق إلى تنظيف هذه الصناعة الملوثة هو طريق صعب.

الصلب هو أحد أكثر المواد استخدامًا في العالم، وهو ضروري لكل شيء بدءًا من المباني والجسور والسيارات والثلاجات إلى البنية التحتية للطاقة المتجددة مثل توربينات الرياح. يستهلك العالم كمية هائلة - ما يقرب من 2 مليار طن متري كل عام.

وتكمن المشكلة في أن صناعة الصلب تستهلك الكثير من الطاقة، ولا تزال تعتمد بشكل كبير على الفحم، وهو الوقود الأحفوري الأكثر تلويثًا. وتتسبب هذه الصناعة في ما بين 7% إلى 9% من التلوث الكربوني العالمي، ويبدو أن تأثيرها سيزداد سوءًا، حيث من المتوقع أن يقفز الطلب عليها بنسبة 30% بحلول عام 2050.

وتتعرض الصناعة لضغوط هائلة لتنظيف نفسها. وتُعلّق الكثير من الآمال على التقنيات الجديدة، مع التركيز بشكل خاص على استبدال الفحم بالهيدروجين الأخضر.

وبينما تُظهر مشاريع مثل H2 Green Steel أن الزخم يتزايد، يقول الخبراء إن الوتيرة بطيئة للغاية.

لا تزال مصانع الصلب الجديدة التي تعمل بالفحم قيد الموافقة والتطوير على مستوى العالم، مما قد يؤدي إلى انبعاثات إضافية لعقود من الزمن، حتى في الوقت الذي يتدافع فيه العالم لتجنب التغير المناخي الكارثي.

وقال محمد عطويف، الباحث في جامعة برنستون والمتخصص في استخدام الهيدروجين الأخضر في الصناعات الثقيلة: "القطاع ليس على المسار الصحيح".

صناعة الصلب： التحديات البيئية الحالية

تتسم صناعة الصلب بكثافة الكربون في كل مرحلة، بدءًا من استخراج خام الحديد الخام، الذي يتم نقله في الغالب بواسطة شاحنات تعمل بالديزل.

ومع ذلك، فإن الجزء الأكثر تلويثاً للمناخ هو تحويل خام الحديد إلى صلب.

على الصعيد العالمي، يتم إنتاج معظم الصلب باستخدام أفران الصهر التي يتم تسخينها إلى درجات حرارة عالية جدًا عن طريق حرق الفحم. يتم خلط خام الحديد مع فحم الكوك - الفحم الذي تم تسخينه لإزالة الشوائب - وإلقائه في الجزء العلوي من الفرن العالي لإنتاج الحديد المنصهر، والذي تتم معالجته بعد ذلك إلى صلب.

وهناك طريقة أخرى أكثر اخضرارًا لصناعة الصلب بدأت تترسخ: فرن القوس الكهربائي.

هذه هي الطريقة التي يُصنع بها حوالي 70% من الصلب في الولايات المتحدة، باستخدام الكهرباء لصهر المعادن لصنع الصلب. يمكن تغذية أفران القوس الكهربائي بخردة الصلب بنسبة 100%، مقارنة بأفران الصهر التي يمكن أن تتكيف عادةً مع حوالي 30% من الخردة.

وتنتج هذه الطريقة تلوثًا أقل من التلوث الناتج عن تدفئة الكوكب، حيث تقل الانبعاثات بحوالي 78% عن الصلب المصنوع بالأفران العالية، وفقًا لإحدى الدراسات التي أجرتها مجموعة صناعة الصلب.

ولكن مدى ملاءمة هذه العملية للمناخ يعتمد على كون الكهرباء التي تشغلها صديقة للبيئة أيضًا.

هناك أيضًا حدود لكمية الصلب الخردة المتاحة، "لذلك علينا أيضًا استخدام مسارات أخرى منخفضة الكربون، مثل الهيدروجين النظيف"، كما قال عطويف، "لذا علينا أيضًا استخدام مسارات أخرى منخفضة الكربون، مثل الهيدروجين النظيف".

الهيدروجين الأخضر： الحل المستدام لصناعة الصلب

تتزايد المساعي لاستبدال الفحم - وهو الطريقة الأسرع والأرخص حاليًا لإنتاج الصلب - بالهيدروجين الأخضر.

يتم إنتاج الهيدروجين الأخضر عن طريق تقسيم جزيئات الماء في عملية تغذيها الطاقة المتجددة. ولصناعة الصلب الأخضر، يُستخدم هذا الهيدروجين النظيف لاختزال خام الحديد، ثم يتم صهره مع خردة الصلب في فرن القوس الكهربائي.

وفي حين أن استخدام الفحم يضخ التلوث الكربوني، ينتج الهيدروجين بخار الماء فقط.

وشركة H2 Green Steel ليست الشركة الوحيدة التي تحاول توسيع نطاق هذه التكنولوجيا. فشمال السويد هو أيضًا موطن لمصنع الصلب الأخضر التجريبي HYBRIT - الذي يعد خطوة إلى الأمام.

في عام 2021، قامت شركة HYBRIT بما قالت إنه أول عملية تسليم فولاذ أخضر على الإطلاق إلى عميل هو شركة فولفو لصناعة السيارات. وتقول الشركة إنها تخطط للإنتاج بمستويات تجارية بحلول عام 2026.

لا توجد منشآت للصلب باستخدام الهيدروجين الأخضر حتى الآن في الولايات المتحدة، ولكن في مارس/آذار، أعلنت إدارة بايدن أنها ستخصص 6 مليارات دولار لإزالة الكربون من الصناعات الثقيلة، بما في ذلك الصلب.

من المقرر أن يذهب حوالي 500 مليون دولار من التمويل إلى شركة كليفلاند-كليفز، وهي شركة تصنيع الصلب في أوهايو، والتي قالت إنها ستستبدل الفرن العالي الحالي في مصنعها في ميدلتاون بمصنع "جاهز للهيدروجين" مجهز لاستخدام الغاز الطبيعي أو الهيدروجين أو مزيج من الاثنين معًا.

ومن المقرر أن تذهب 500 مليون دولار أخرى إلى شركة SSAB، وهي شركة سويدية عملاقة للصلب وإحدى الشركات التي تقف وراء HYBRIT، لاستكشاف تطوير مصنع لصناعة الحديد باستخدام الهيدروجين الأخضر في ولاية ميسيسيبي.

قال مارتن بي، كبير مسؤولي التكنولوجيا في شركة SSAB، إنه كان هناك الكثير من الشكوك حول عملية صناعة الصلب بالهيدروجين الأخضر عندما تم إطلاق HYBRIT لأول مرة في عام 2016.

التحديات في توسيع استخدام الهيدروجين الأخضر

وقال بي لـ CNN: "كان الناس قلقين بشأن عدم وجود ما يكفي من الكهرباء (لإنتاج الهيدروجين)، أو أن الأمر سيكلف الكثير، أو أن لا أحد يريد أن يدفع مبلغًا إضافيًا مقابل ذلك، أو ما إذا كانت هذه التكنولوجيا ستعمل". وهو يعتقد أن مشروع HYBRIT يثبت أنهم على خطأ.

قال شاثوريكا جاماج، وهو مدير في برنامج الصناعات المتوائمة مع المناخ في معهد روكي ماونتن البحثي، إن شركة SSAB، إلى جانب شركة LKAB المنتجة لخام الحديد وشركة فاتنفال للطاقة المملوكة للدولة - الشركتان الأخريان اللتان تقفان وراء HYBRIT، قامتا "بالعناية الفنية الواجبة" وساعدتا في إظهار أنه من الممكن إنتاج فولاذ عالي الجودة بهذه الطريقة.

لكن الخبراء يقولون إن توسيع نطاق التكنولوجيا لن يكون سهلاً.

قالت كيتلين سواليك، الباحثة ومديرة برنامج الصناعات الثقيلة في مرصد الطاقة العالمي، إنه في حين أن الزخم وراء الصلب الأخضر يتزايد باطراد، فإن الصناعة لديها الكثير من العقبات التي يجب أن تقفز عليها.

وتعد النفقات من أكبر هذه العقبات. فصناعة الفولاذ باستخدام الهيدروجين أكثر تكلفة - تشير بعض التقديرات إلى أنه أغلى بنسبة تصل إلى 30% من الفولاذ التقليدي - لذلك يجب أن يكون العملاء مستعدين لدفع المزيد.

ويرى بي أن السوق مستعد لذلك. وقال: "العديد من الشركات على استعداد لدفع علاوة معينة"، مشيراً إلى أن شركة HYBRIT قد وقعت بالفعل حوالي 55 اتفاقية لتسليم شحنات مستقبلية من الصلب الأخضر، بدءاً من عام 2026.

ولكن هناك أيضًا التحدي المتمثل في إنتاج كميات كبيرة من الهيدروجين الأخضر، والذي سيتطلب كميات هائلة من الطاقة المتجددة.

والسويد مناسبة تماماً لتجربة هذه التكنولوجيا بفضل وفرة طاقة الرياح والطاقة الكهرومائية النظيفة، ولكن ستحتاج البلدان الأخرى إلى إضافة المزيد من مصادر الطاقة المتجددة إلى شبكاتها لتزويد العملية بالطاقة النظيفة.

الاستثمار في تكنولوجيا الصلب الأخضر

سيتطلب الأمر استثمارات ضخمة لاستبدال الأفران العالية التي تعمل بالفحم في العالم. ويقول محللون اقتصاديون إن إزالة الكربون من الحديد والصلب قد تكلف حوالي 1.4 تريليون دولار بحلول منتصف القرن.

كما سيستغرق الأمر وقتاً طويلاً؛ فالأفران العالية يمكن أن تدوم لعقود. وقال فيليب فيربورت، الباحث في معهد بوتسدام لأبحاث التأثيرات المناخية، إنه مع وصولها إلى نهاية عمرها الافتراضي - كما سيفعل الكثير منها بحلول عام 2030 - لا ينبغي استبدالها بأفران عالية جديدة. وقال لشبكة CNN: "من المهم الآن كسر حلقة هذه الاستثمارات طويلة الأجل في هذه الصناعة".

وفي الوقت الحالي، لا يزال العالم يعتمد بشكل كبير على الأفران العالية التي تعمل بالفحم.

ففي الصين، التي تهيمن على إنتاج الصلب العالمي، يُصنع أكثر من 70% من الصلب في الأفران العالية. وقال أتويفي من جامعة برينستون: "ما تفعله الصين في قطاع الصلب سيكون له أهمية كبيرة على المدى الطويل".

وهناك الكثير من الأفران العالية قيد الإنشاء أيضًا. وتبلغ الطاقة المخططة للأفران العالية الجديدة التي تعمل بالفحم على مستوى العالم ضعفين ونصف ضعف الطاقة المخطط لها لأفران الصلب الأخضر، وفقًا لتقرير صدر في أكتوبر من Global Energy Monitor.

المستقبل： التحول إلى صناعة الصلب الأخضر

تختلف التقديرات حول المدة التي ستستغرقها صناعة الصلب العالمية للتحول الكامل إلى صناعة الصلب الأخضر. وقال بعض الخبراء لـ CNN إن ذلك قد يحدث في غضون العقدين المقبلين، مدفوعاً بأوروبا والولايات المتحدة.

التوقعات الزمنية للتحول الكامل

وقال سواليك إن الولايات المتحدة "في وضع جيد" لقيادة صناعة الصلب الأخضر. وقالت إن التحول الكامل يمكن أن يحدث "قبل عام 2050، ويجب أن يكون هذا هو الهدف".

أما فيربورت من معهد بوتسدام فهو أكثر تفاؤلاً. وقال لشبكة CNN: "في غضون 15 عامًا، يمكننا تحويل صناعة الصلب بأكملها في جميع أنحاء العالم". "إنها مجرد مسألة التزام مشترك واستثمارات واستعداد لدفع الثمن الإضافي".

ويبقى آخرون أكثر حذراً. قال كريس جريج، كبير الباحثين في مركز أندلينجر للطاقة والبيئة بجامعة برينستون، إنه "ليس متفائلًا" مثل البعض بشأن إمكانية التحول إلى الصلب الأخضر على المدى القريب، حيث تميل الدول المنتجة الرئيسية، بما في ذلك الصين والهند واليابان، إلى تجديد أفران الصلب العالية القائمة بالفحم. لكنه يعتقد أن ذلك قد يحدث في العقود التي تلي عام 2050.

وقال جريج لشبكة CNN: "نحن بحاجة إلى تسريع الحوافز". كما دعا إلى تنظيم كثافة الكربون في هذا القطاع. وقال: "سيكون ذلك بمثابة رياح خلفية للصناعة لإزالة الكربون ولإسراع وتيرة استخدام الفولاذ الأخضر".

واقترح سواليك أن تفرض الحكومات أن يكون كل الصلب المستخدم في بناء البنية التحتية العامة أخضر. وقالت إن هذا من شأنه أن "يخلق طلبًا كبيرًا عليه".

وبينما حاولت الولايات المتحدة تحفيز نمو هذه الصناعة من خلال التمويل، تقوم دول أخرى بتطبيق لوائح تنظيمية تهدف إلى الحد من تأثير هذه الصناعة. فاعتبارًا من عام 2026، على سبيل المثال، سيبدأ الاتحاد الأوروبي في فرض رسوم على مستوردي الصلب مقابل التلوث الكربوني المرتبط بإنتاج سلعهم.

ويقول الخبراء إن الخلاصة هي أن الدول بحاجة إلى التحرك بسرعة.

قال جاماج من شركة RMI إن العالم لديه التقنيات التي يحتاجها لنقل صناعة الصلب بعيدًا عن الوقود الأحفوري، "لكن التحول لا يتوسع بالسرعة التي نحتاجها".