کربن‌زدایی در صنعت فولاد با فناوری‌های نوپدید
داور نظری، جانشین مدیرعامل فناپ زیرساخت در توسعه و فناوری
بحران‌های زیست‌محیطی از مهم‌ترین چالش‌های امروز دنیا بشمار می‌آیند و فعالیت‌های صنعتی از عوامل اصلی این بحران‌ها هستند به همین دلیل سازمان‌های بین‌المللی برای کاهش آثار مخرب فعالیت‌های صنعتی الزاماتی تعیین کرده‌اند و کشورهایی که می‌خواهند در چرخه رقابت صنعتی باقی بمانند لازم است فعالیت صنعتی خود را با الزامات و رویکردهای زیستی محیطی هماهنگ کنند.
چین، بعنوان یکی از بزرگ‌ترین کشورهای در حال توسعه، تصمیم‌های مهمی در راستای کاهش انتشار گازهای گلخانه‌ای گرفته است. در همین راستا این کشور از سال 2021، با اجرای برنامه‌های عملیاتی برای کاهش انتشار دی‌اکسیدکربن تا سال 2030 بدنبال بهبود وضعیت محیط‌زیست است. این برنامه‌ها بمنظور کاهش انتشار کربن در طی ده سال آینده و در نهایت تبدیل چین به یک کشور خنثی کربن تا سال 2060 است.
ایران بعنوان یکی از 10 تولیدکننده برتر فولاد دنیا از بازیگران مهم این صنعت است و کشورهای چین، عراق، اندونزی، تایلند و امارات پنج مقصد اصلی فولاد ایران هستند در این میان، نزدیک به یک سوم بازار صادراتی فولاد ایران، در چین است، از این رو تغییر در الزامات، مقررات و سیاست‌های فولادی این کشور، تاثیر مستقیمی بر صنعت فولاد ما دارد، بنابراین شرکت‌های فولادی ایران باید همسو با سیاست‌های کاهش تولید کربن چین (و دیگر کشورهای دنیا) به سوی کاهش رد پای کربن خود بروند؛ مسئله‌ای که اگر امروز برای آن برنامه‌ریزی نشود، در آینده به یکی از چالش‌های بنیادی این صنعت تبدیل خواهد شد.
اصلی‌ترین اقدام برای کاهش کربن در صنعت فولاد، تغییر فناوری فراوری فولاد از کوره بلند به کوره‌های قوس الکتریکی است. هم‌اکنون تولید مبتنی بر کوره بلند، که از زغال‌سنگ و سنگ‌آهن استفاده می‌کند، حدود 70 درصد از تولید فولاد در سراسر جهان را تشکیل می‌دهد و سهم روش تولید بر اساس کوره قوس الکتریکی که بر پایه استفاده از ضایعات و قراضه‌های فولاد انجام می‌شود، حدود 30 درصد است.
فناوری کوره بلند، فناوری اصلی تولید فولاد ایران است و هم‌اکنون به دلایل متعدد، گذار از این فناوری به فناوری قوس الکتریکی دشوار است. از این رو در شرایط کنونی به منظور کاهش تولید کربن، شرکت‌های فولادی باید به سمت استفاده از فناوری‌ها و راهکارهای دیگر در زنجیره ارزش خود بروند. بهره‌گیری از فناوری‌های صنعت 4 می‌تواند به شرکت‌های معدنی کشور در راستای راهبرد کاهش کربن کمک شایانی کند که در ادامه به آنها می‌پردازیم.
استفاده از فناوری‌های صنعت 4 برای کاهش کربن
نخستین گام در کاهش انتشار کربن، محاسبه ردپای کربن است. در محیط تولیدی، هر عنصر تولیدی دارای مقداری ردپای کربن است که سامانه‌های برنامه‌ریزی منابع سازمانی (ERP) برای ردیابی عامل انتشار آن مناسب هستند. در حالت ایده‌آل، این سامانه می‌تواند مواد خام، زمان استفاده از ماشین‌آلات و نیروی کار را ردیابی کند.
با استفاده از روش مبتنی بر فعالیت برای محاسبه ردپای کربن برای هر کالا، تولیدکنندگان می‌توانند از سیستم‌های برنامه‌ریزی منابع سازمانی خود برای اعمال اصول تولید ناب و بهبود مستمر برای کاهش انتشار گازهای گلخانه‌ای استفاده کنند، همانطور که برای کاهش هزینه‌های معمول و پروژه‌های بهبود کیفیت نیز انجام می‌دهند. برخی از کاربردهای سامانه برنامه‌ریزی منابع سازمانی صنعتی در این زمینه عبارتند از:
1. استفاده از نظارت بر تولید برای شناسایی سریع عملیاتی که ضایعات اضافی تولید می‌کنند یا از زمان بیش از حد استفاده از ماشین‌آلات استفاده می‌کنند.
2. مدیریت موجودی برای جلوگیری از انباشت بیش از حد مواد خام یا کالاهای نهایی
3. پیش‌بینی مکرر برای برنامه‌ریزی تولید کارامد و جلوگیری از هزینه‌های اضافی و مصرف انرژی
4. بازیافت یا استفاده مجدد از محصولات جانبی تولید و قراضه
5. بهینه‌سازی مسیر حمل‌ونقل کالاهای خام و نهایی در طول مسیر جابه‌جایی
6. جایگزینی اسناد و گزارش‌های کاغذی با اسناد دیجیتال
راهکارهای اینترنت اشیا صنعتی (IIoT) در زمره فناوری‌هایی است که در زنجیره ارزش فولاد، امکان ویژه‌ای برای کربن‌زدایی فراهم می‌کند. با استفاده از این فناوری، تولیدکنندگان فولاد می‌توانند بینش بی‌سابقه‌ای نسبت به عملیات خود بدست آورند که امکان مدیریت کارامدتر منابع و کاهش مصرف انرژی را فراهم می‌کند. حس‌گرهای هوشمند و تجزیه و تحلیل‌های پیشرفته می‌توانند فرایندهای تولید را بهینه کنند، ضایعات را به حداقل برسانند و امکان تعمیر و نگهداری پیشگیرانه را فراهم کنند و در نتیجه زمینه‌ساز کاهش انتشار گازهای گلخانه‌ای شوند. افزون بر این، اینترنت اشیا صنعتی امکان ردیابی و گزارش بهتر ردپای کربن را در کل زنجیره ارزش، از تامین مواد خام تا تحویل محصول نهایی، فراهم می‌کند. این سطح از شفافیت برای شناسایی نقاط داغ کربن و اجرای راهبردهای کربن‌زدایی هدفمند بسیار مهم است.
اینترنت اشیا صنعتی، افزون بر کارایی عملیاتی، پذیرش فناوری‌های سبز در صنعت فولاد را تسهیل می‌کند. بعنوان مثال، می‌تواند از ادغام منابع انرژی تجدیدپذیر در شبکه برق پشتیبانی کند تا تولید فولاد بطور فزاینده‌ای به شیوه‌های کم کربن انجام شود. اینترنت اشیا صنعتی همچنین نقش محوری در توسعه شیوه‌های اقتصاد دایره‌ای در این حوزه ایفا می‌کند؛ مانند بازیافت مواد و بازیافت زباله که برای کاهش تأثیر کلی کربن صنعت ضروری است. از آنجا که تولیدکنندگان فولاد و شرکای زنجیره تامین آنها برای دستیابی به اهداف مرتبط با تغییر اقلیم همکاری می‌کنند، اینترنت اشیا صنعتی بعنوان عاملی کلیدی در رسیدن به صنعت فولاد پایدار و کم‌کربن شناخته می‌شود.
برنامه راهبردی برای کربن‌زدایی در فرایند تولید فولاد
کربن‌زدایی زنجیره ارزش فولاد، مستلزم اجرای یک برنامه راهبردی برای به حداقل رساندن انتشار کربن در هر مرحله از زنجیره تامین است. با پیاده‌سازی سیستم‌های پیشرفته دیسپاچینگ، تولیدکنندگان فولاد می‌توانند مسیرهای حمل‌ونقل را بهینه کنند، زمان‌های بیکاری تجهیزات را کاهش دهند و مطمئن شوند که مواد بطور موثر بین مراحل تولید جابجا می‌شوند. این کار نه‌تنها مصرف سوخت را کاهش می‌دهد، بلکه ردپای کربن مرتبط با فرایند لجستیک را نیز کاهش می‌دهد. افزون بر این، دیسپاچینگ را می‌توانیم با برنامه‌های تولید هماهنگ کنیم تا مطمئن شویم محصولات فولادی بموقع تحویل داده می‌شوند. در نتیجه از ذخیره‌سازی و جابجایی غیرضروری که می‌تواند به افزایش مصرف انرژی و انتشار گازهای گلخانه‌ای بیانجامد، جلوگیری کنیم.
افزون بر این، دیسپاچینگ نقش مهمی در ادغام منابع انرژی تجدیدپذیر در فرایند تولید فولاد دارد. با برنامه‌ریزی دقیق برای ارسال مواد خام و کالاهای نهایی، شرکت‌ها می‌توانند عملیات انرژی‌بر خود را با در دسترس بودن انرژی‌های تجدیدپذیر مانند انرژی بادی یا خورشیدی هماهنگ کنند. این همسویی تضمین می‌کند که زنجیره ارزش فولاد می‌تواند از مزایای انرژی سبز در زمانی که این منابع فراوان هستند استفاده کند. این اتفاق به کاهش قابل توجهی در اتکا به سوخت‌های فسیلی منجر می‌شود.
مفهوم «پوشیدن هوشمند» در زنجیره ارزش فولاد، رویکردی نوآورانه برای کربن‌زدایی است که شامل تجهیز کارگران به فناوری پوشیدنی می‌شود تا امکان تعامل آنها با فرایندهای صنعتی و همچنین نظارت و بهینه‌سازی فراهم بشود. این پوشیدنی‌های هوشمند می‌توانند موقعیت مکانی، حرکات و حتی بیومتریک کارگر را ردیابی کنند تا مطمئن شویم آنها در اوج راندمان کار می‌کنند، مصرف انرژی غیرضروری را کاهش می‌دهند و به انتشار کربن کمتر کمک می‌کنند. شرکت‌های فولادی با تجزیه و تحلیل داده‌های جمع‌آوری‌شده از این دستگاه‌ها، می‌توانند الگوهایی را شناسایی و تغییراتی را اعمال کنند که به شیوه‌های پایدارتر منجر می‌شود؛ مانند کاهش زمان معطلی تجهیزات یا بهینه‌سازی استفاده از تجهیزات محافظ برای کاهش مصرف انرژی در محیط‌های تحت کنترل آب و هوا. این رویکرد انسان‌محور است که بر نقش مشارکت‌های فردی در دستیابی به اهداف زیست‌محیطی گسترده‌تر در صنعت فولاد تأکید می‌کند.
پایداری در تولید فولاد با هوشمندسازی فرایند تولید
استفاده از فناوری‌های جدید و توانمندسازهای صنعت 4، مسیر امیدوارکننده‌ای برای کاهش انتشار کربن در صنعت فولاد ایجاد می‌کند. یکپارچه‌سازی سیستم‌های دیجیتال پیشرفته، مانند هوش مصنوعی، اینترنت اشیا، تجزیه و تحلیل کلان‌داده‌ها و رباتیک، تولیدکنندگان فولاد را قادر می‌کند تا فرایندها را بهینه‌سازی کرده، کارایی انرژی را بهبود بخشیده و در طول چرخه تولید فولاد، انتشار کربن را کاهش دهند.
تجزیه و تحلیل پیش‌بینی‌کننده مبتنی بر هوش مصنوعی می‌تواند الگوهای مصرف انرژی را پیش‌بینی و فرصت‌های بهینه‌سازی را شناسایی کند. حس‌گرهای اینترنت اشیا در هر لحظه به بررسی عملکرد تجهیزات و شرایط محیطی می‌پردازند و نگهداری پیشگیرانه و تخصیص منابع را تسهیل می‌کنند. با بهره‌گیری از این فناوری‌ها و امکان‌سنج‌های صنعت 4، صنعت فولاد می‌تواند به سمت آینده‌ای پایدار حرکت کند و با کاهش چشمگیر آثار کربنی خود، رقابت‌پذیری خود را در بازار جهانی حفظ کند.