หนทางสู่การผลิตเหล็กกล้าที่ปล่อยคาร์บอนเป็นศูนย์

การจะหยุดยั้งการเปลี่ยนแปลงสภาพอากาศที่กำลังเปลี่ยนแปลงไปอย่างรวดเร็วจะเป็นไปไม่ได้เลย หากอุตสาหกรรมเหล็กยังไม่สามารถเปลี่ยนมาเป็นเหล็กกล้าสีเขียวได้ บริษัท Swiss Steel Group ได้ตีพิมพ์เอกสารปกขาว (White paper) ออกมาฉบับหนึ่งซึ่งให้แนวทางของกลยุทธ์ที่จะลดรอยเท้าเชิงนิเวศน์ในการผลิตเหล็กกล้า

เหล็กกล้าสีเขียวกำหนดเส้นทางในการลดผลกระทบต่อสภาพอากาศ (ที่มา: industrieblick – stock.adobe.com)

หากปราศจากมาตรการในอุตสาหกรรมเหล็กกล้า การลดการปล่อยคาร์บอนของสินค้าโภคภัณฑ์โลกและการเปลี่ยนแปลงสภาพอากาศจะเป็นไปไม่ได้เลย เพราะเหล็กกล้าเป็นวัสดุที่มี “พลังงานสะสมรวม” (embodied energy) ที่มาก (ผู้เขียน: พลังงานสะสมรวม คือ พลังงานรวมที่คิดจากทุกขั้นตอน ตั้งแต่การสกัดวัตถุดิบ การผลิต การขนส่ง หรือ ซึ่งสิ่งที่ตามมาคือ คาร์บอนฟุตพรินต์ นั่นเอง) ความคิดริเริ่ม “เหล็กกล้าสีเขียว” เป็นความพยายามในการผลักดันยับยั้งการเปลี่ยนแปลงสภาพภูมิอากาศ โดย Swiss Steel Group (SSG) ตั้งเป้าที่จะปล่อยคาร์บอนเป็นศูนย์ และคาดหวังให้เป็นแบบอย่างแพร่ขยายไปสู่อุตสาหกรรมอื่นๆ

อุตสาหกรรมเหล็กกล้าแยกการผลิตออกเป็นสองเส้นทาง แบบปฐมภูมิที่ใช้เตาหลอม และทุติยภูมิ (เตาอาร์คไฟฟ้า) สำหรับเตาหลอม (ปฐมภูมิ) ถลุงเหล็กจากสินแร่เหล็ก ผ่านกระบวนการจนเป็นเหล็กกล้าให้เกรดคุณภาพที่สูงที่สุดแต่มักปล่อย CO2 สูงมาก (ใช้ถ่านหิน) ในขณะที่เตาอาร์คไฟฟ้า (ทุติยภูมิ) ใช้เฉพาะเศษเหล็ก แบบทุติยภูมิใช้พลังงานและปล่อย CO2 น้อยกว่าแบบปฐมภูมิมาก ง่ายกว่าในการลดการปล่อยคาร์บอน แหล่งพลังงานหลักคือไฟฟ้า กระบวนการใช้พลังงานน้อยกว่ามาก SSG ตัดสินใจที่จะใช้เฉพาะเตาอาร์คไฟฟ้าแต่เพียงอย่างเดียวในโรงถลุงเหล็กของบริษัท และสามารถบรรลุถึงการลดการปล่อยคาร์บอนได้ต่ำกว่ามาตรฐานอุตสาหกรรมมาก เส้นทางนี้เป็นที่ยอมรับและได้รับการพิสูจน์แล้ว แม้เหล็กเป็นวัสดุที่ถูกรีไซเคิลมากที่สุดทั่วโลก แต่ก็ยังมีความท้าทายเกี่ยวกับการจัดหาเศษเหล็กที่มีคุณภาพและเกรดที่เหมาะสม ซึ่งบางครั้งเศษเหล็กคุณภาพที่ต้องใช้สำหรับการผลิตเหล็กเกรดที่เฉพาะมีไม่เพียงพอ เศษเหล็กใหม่ ได้จากการตัดเฉือน การตัด กลึง เจาะ นั้นเป็นที่ต้องการ มีราคาแพง และต่อไปจะยิ่งแพงขึ้นเพราะมันถูกใช้สำหรับควบคุมคุณภาพเหล็กกล้าในเตา 

โลจิสติกส์ของเศษโลหะเป็นปัจจัยชี้ขาดและมีความซับซ้อน หากเทียบกับเส้นทางการผลิตแบบเตาหลอม สัญญาส่งวัตถุดิบจากบริษัทเหมืองฉบับเดียวก็เพียงพอที่จะทำให้ซัพพลายวัตถุดิบยาวได้หลายปี แต่การจัดการเศษวัสดุต้องมีระบบจัดเก็บ คัดแยก ร่วมมือกับบริษัทท้องถิ่น ยิ่งถ้าเศษวัสดุคุณภาพสูง ต้องใช้วิธีการที่ซับซ้อนและมีราคาแพงกว่า อย่างไรก็ตามวิธีเตาอาร์คไฟฟ้าก็มีข้อดี เนื่องจากรัศมีการขนส่งที่สั้นอยู่ระหว่าง 80 ถึง 100 กม. ซึ่งการปล่อยคาร์บอนน้อย เมื่อเทียบกับการขนแร่เหล็กมาจากเหมืองที่บริษัทยุโรปต้องสั่งมาจากประเทศที่ไกลหลัก ๆ จากบราซิลและถ่านหินจากออสเตรเลียและจากรัสเซียเมื่อไม่นานมานี้ 

การลดการปล่อยคาร์บอนในอุตสาหกรรมเหล็กกล้ายุโรปเพียงอย่างเดียวต้องใช้กำลังอิเล็คโตรไลเซอร์ถึง 37,000 ถึง 60,000 เมกะวัตต์เพื่อผลิตไฮโดรเจนสีเขียว ในขณะที่ปัจจุบันกำลังที่ติดตั้งมีเพียง 200 เมกะวัตต์เท่านั้น นอกจากความต้องการจากอุตสาหกรรมเหล็กกล้า ยังมีความต้องการจากอุตสาหกรรมเคมี การผลิตปุ๋ยและอุตสาหกรรมอื่นๆ (ที่มา: บริการวิจัยรัฐสภายุโรป)

แนวทาง 3 ชั้นสำหรับการลดคาร์บอน

SGS มุ่งเน้นแนวทางกลยุทธ์สามอย่าง ในกระบวนการผลิต แต่ละแนวทางส่งเสริมแนวทางอื่นๆ เพื่อช่วยกันลดการปล่อยคาร์บอน

1) การใช้พลังงานไฮโดรเจน แทนก๊าซธรรมชาติ 

พลังงานไฮโดรเจนสีเขียวเป็นพลังงานสะอาด ใช้อิเล็คโทรไลเซอร์ในการแยกน้ำ และหลังการใช้พลังงานจะปล่อยไอน้ำออกมาแทนคาร์บอน จึงเป็นสิ่งที่มุ่งหวังที่จะใช้ให้มากขึ้นต่อไปในระยะยาว ในระยะกลาง การสับเปลี่ยนก๊าซธรรมชาติ ด้วย พลังงานไฮโดรเจน (เท่าที่มี) ก๊าซสังเคราะห์ ไบโอมีเธน หรือมีเธนสังเคราะห์ ในระยะกลาง โดยในการผลิตก๊าซแต่ละชนิดใช้พลังงานไฟฟ้าในการผลิตซึ่งปล่อยคาร์บอนมากหรือน้อยขึ้นกับแหล่งพลังงานในการผลิตไฟฟ้า โดยหากในอนาคตไฟฟ้ามาจากแหล่งพลังงานหมุนเวียน (น้ำ ลม และแสงแดด) ก็จะยิ่งช่วยลดการปล่อยคาร์บอนในการผลิตก๊าซ อย่างไรก็ตาม วิกฤตพลังงานยุโรปจากสงครามรัสเซีย ยูเครนทำให้ราคาพลังงานพุ่งสูงขึ้นเป็น 10 เท่า และขาดแคลน ซึ่งทำให้ชะลอพัฒนาการไปสู่ไฮโดรเจนลง 

2) การใช้พลังงานสีเขียว

วิธีนี้จะช่วยลดคาร์บอนมากขึ้นไปอีก โรงงานของ Swiss Steel Group ในเมือง Emmenbrücke ประเทศสวิสเซอร์แลนด์ ใช้แต่ไฟฟ้าจากโรงไฟฟ้าพลังน้ำสวิส ซึ่งการใช้พลังงานเท่ากับเมืองสวิสที่มีประชากร 62,000 คน 

3) การใช้เศษโลหะผสมสูงแทนโลหะผสม

สิ่งที่มีประสิทธิผลในการลดคาร์บอนฟุตพรินท์มากที่สุดคือ การสับเปลี่ยนจากการใช้โลหะผสมขั้นต้นบริสุทธิ์อย่าง เฟอร์โรโครม เฟอร์โรนิเกิล เฟอร์โรแมงกานีส มาใช้เศษโลหะผสมสูงในการผลิตโลหะผสมสูงและเหล็กกล้าไร้สนิม และการจัดหาวัสดุโลหะผสมขั้นต้นบริสุทธิ์ใช้พลังงานและคาร์บอนมาก ทั้งยังต้องนำเข้ามาจากประเทศที่การเมืองไม่มีเสถียรภาพหรืออยู่ภายใต้การคว่ำบาตร โดยเฉพาะวัสดุเสริมสำคัญอย่าง นิเกิลและโครเมี่ยม

นี้จึงเป็นเหตุผลสำคัญทั้งด้านสิ่งแวดล้อมและการเมือง ที่จะพึ่งพาเศษโลหะผสมคุณภาพสำหรับการทำโลหะผสมมากขึ้นแทนโลหะผสมตั้งต้นบริสุทธิ์ ต้องมีการพัฒนาทางโลหะวิทยาใหม่ ห้องปฏิบัติการโลหะวิทยา Ugitech ของบริษัท Swiss Steel Group ได้ทำโครงการ Ugi’Ring ด้วยความร่วมมือกับหุ้นส่วนระดับภูมิภาคเพื่อที่จะผลิตโลหะผสมปฐมภูมิจากผลิตภัณฑ์ทิ้งแล้วอย่าง แบตเตอรี่ ตัวฟอกไอเสีย และผลิตภัณฑ์อื่นๆ ที่คล้ายคลึงกัน เพื่อให้เป็นอิสระจากซัลพลายเออร์ในประเทศที่ไม่มีเสถียรภาพทางการเมือง

อย่างไรก็ตาม ทั้งหมดที่กล่าวมาข้างต้น เป็นเรื่องเกี่ยวกับการจัดหาพลังงาน แต่ยังมีอีกประเด็นที่มีความสำคัญมากคือ ประสิทธิภาพในการใช้พลังงาน หากดูตามแผนภาพข้างบนเป็นการใช้พลังงานของประเทศสหรัฐฯ จะพบว่ามีการสูญเสียพลังงานความร้อนมากถึง 2 ใน 3 ซึ่งสิ่งนี้ก็เป็นโจทย์ของ อุตสาหกรรมที่จะหาคำตอบว่า จะปรับปรุงให้ดีขึ้นได้อย่างไรในเทคโนโลยีการนำพลังงานความร้อนที่สูญเสียไปหมุนเวียนกลับมาใช้อย่างมีประสิทธิภาพมากยิ่งขึ้น โรงงานเหล็กกล้าใช้พลังงานความร้อนมากมหาศาลต้องก้าวขึ้นมาจัดการกับสิ่งนี้ (ที่มา: ห้องปฏิบัติการแห่งชาติ Lawrence Livermore)

ในอนาคต เหล็กกล้าสีเขียว จะเป็นมากกว่าฉลากสิ่งแวดล้อมสำหรับเหล็กกล้า แนวทางในการลดผลกระทบต่อสิ่งแวดล้อมที่ทำโดย Swiss Steel Group ยังเป็นการเชิญชวนให้หุ้นส่วนทางธุรกิจ นักวิจัย ผู้มีอำนาจและองค์กรภายนอกอื่นๆ มาร่วมกันลดคาร์บอนในเศรษฐกิจร่วมกัน เพราะหากการลดคาร์บอนสามารถทำได้ในอุตสาหกรรมเหล็กกล้า ในอุตสาหกรรมอื่นก็ทำได้เช่นเดียวกัน

คุณผู้อ่านสามารถอ่านเอกสารปกขาวฉบับเต็ม (ภาษาอังกฤษ) ได้จากในลิงค์ด้านล่างครับ https://www.swissgreensteel.com/uploads/content/SSG_White-Paper_Swiss-Green-Steel_EN.pdf

อ้างอิง : https://www.etmm-online.com

บทความอื่นๆ