به گزارش MiningMetalNews، یک رساله دکتری از University of Oulu نشان میدهد کربن زیستی تولیدشده از جریانهای جانبی صنایع جنگلی میتواند بخشی از کک فسیلی مصرفی در تولید فروکروم را جایگزین کند و به کاهش انتشارات تولید فولاد ضدزنگ کمک کند. Mika Pahnila، کارشناس ارشد مهندسی، بررسی کرده است چگونه میتوان کربن زیستی را فرآوری کرد تا خواص آن به کک فسیلی نزدیکتر شود. نتایج او نشان میدهد انتخاب زیستتوده، چسب و روش تولید تعیین میکند که این ماده بتواند در برابر شرایط دشوار داخل کوره قوس زیرآب دوام بیاورد. Pahnila رساله خود را در ۲۸ آگوست ۲۰۲۶ در University of Oulu دفاع کرد. بر اساس اعلام دانشگاه، این روش میتواند به تولیدکنندگان امکان دهد بخشی از کک را در کورههای موجود جایگزین کنند، بدون آنکه بلافاصله به یک فرآیند تولید کاملاً جدید تغییر مسیر دهند.
فروکروم آلیاژی از آهن و کروم و ماده اولیه ضروری برای فولاد ضدزنگ است. کک در تولید آن هم بهعنوان منبع کربن و هم بهعنوان عامل احیاکنندهای که به حذف اکسیژن از سنگ کرومیت کمک میکند، استفاده میشود. این فرآیند در کورههای بزرگ قوس زیرآب انجام میشود و به دماهای بسیار بالا نیاز دارد. بر اساس ارقامی که نشریات Finland شامل Tekniikka & Talous و سازمان Academic Engineers and Architects in Finland (TEK) منتشر کردهاند، تولید فروکروم بهطور متوسط حدود ۱.۶ تن دیاکسید کربن به ازای هر تن فروکروم تولیدشده ایجاد میکند. پژوهش Pahnila بررسی کرد که آیا میتوان کربن تجدیدپذیر را جایگزین بخشی از کک فسیلی کرد یا خیر. کربن زیستی از طریق پیرولیز تولید میشود؛ فرآیندی که در آن زیستتوده با اکسیژن بسیار کم یا بدون اکسیژن حرارت میبیند. خوراک این فرآیند میتواند از جریانهای جانبی صنعتی باشد که امروزه بهطور کامل مورد استفاده قرار نمیگیرند. مواد خام احتمالی شامل لیگنین، خاکاره و سایر پسماندهای صنایع جنگلی و چوبفرآوری است.
اما کربن زیستی بدون تیمار ممکن است برای استفاده مستقیم در کوره صنعتی بیش از حد متخلخل، واکنشپذیر یا از نظر مکانیکی ضعیف باشد. این ماده ممکن است پیش از رسیدن به ناحیه صحیح فرآیند تجزیه شود. از این رو، پژوهشگران این ماده را بهصورت بریکت فشرده کردند و خوراکها، چسبها و روشهای مختلف پیرولیز را آزمایش کردند. بریکتها در دمای ۱۱۰۰ درجه سانتیگراد و در مخلوط گازی حاوی ۵۰٪ دیاکسید کربن و ۵۰٪ مونوکسید کربن آزمایش شدند. این آزمونها برای بازتولید تنشهای ترموشیمیایی موجود در داخل کوره قوس زیرآب طراحی شده بودند. پژوهشگران خواصی مانند استحکام مکانیکی، تخلخل، رسانایی الکتریکی و سرعت واکنش کربن با گازها را اندازهگیری کردند.
نتایج نشان داد بریکتهای مبتنی بر لیگنین خواصی بسیار نزدیک به کک فسیلی دارند. این نمونهها در مقایسه با چندین گزینه دیگر مورد مطالعه، واکنشپذیری گازسازی مناسبتر و استحکام مکانیکی بالاتری از خود نشان دادند. طراحی فرآیند پیرولیز نیز اهمیت داشت. تقسیم فرآیند حرارتی به چند مرحله، همراه با بازههای نگهداری در دماهای مختلف، بازده کربن زیستی را افزایش داد و خواص آن را شبیهتر به کک کرد. بنابراین رساله نشان میدهد با ترکیب مناسب خوراک، چسب و فرآیند پیرولیز میتوان بخشی از کک فسیلی را جایگزین کرد. با این حال، یافتهها عمدتاً بر پایه آزمونهای آزمایشگاهی در شرایط شبیهسازیشده کوره است. پیش از آنکه مشخص شود در تولید پیوسته چه مقدار کک فسیلی میتواند جایگزین شود، به آزمایشهای بیشتر در مقیاس صنعتی نیاز است. دسترسی به زیستتوده پایدار نیز یک محدودیت دیگر است. اگر تقاضا برای کربن زیستی رشد کند، خوراک باید قابل ردیابی باشد و بهگونهای تولید شود که به جنگلزدایی منجر نشود یا کاربردهایی با ارزش زیستمحیطی یا اقتصادی بالاتر را جابهجا نکند. University of Oulu اعلام کرده صنعت آهن و فولاد حدود ۷ تا ۹ درصد انتشارات جهانی دیاکسید کربن را به خود اختصاص میدهد. کربن زیستی کل مسئله انتشارات این صنعت را حل نخواهد کرد، اما میتواند در فرآیندهای متالورژیکی که در آنها الکتریسیته یا هیدروژن بهسادگی نمیتوانند کربن را بهعنوان عامل احیاکننده جایگزین کنند، اهمیت ویژهای داشته باشد.
این پژوهش با تحولات صنعت فولاد Finland ارتباط نزدیک دارد. Outokumpu تولید تجاری را آغاز کرده و حدود ۳۰ میلیون یورو در یک واحد گندلهسازی کک زیستی در سایت فولاد ضدزنگ خود در Tornio سرمایهگذاری کرده است. این واحد با ظرفیت سالانه ۲۵۰۰۰ تن در سال ۲۰۲۵ به تولید آغاز کرد و کربن زیستی را به گندلههای متراکمتر کک زیستی تبدیل میکند که برای ذوب فروکروم مناسباند. Outokumpu برآورد میکند جایگزینی کک فسیلی با کک زیستی میتواند انتشارات را حدود ۸۲۰۰۰ تن دیاکسید کربن در سال کاهش دهد؛ این برآورد خودِ شرکت است. Outokumpu همچنین اعلام کرده کک فسیلی حدود نیمی از انتشارات مستقیم این شرکت را تشکیل میدهد. این شرکت تأکید دارد هیدروژن نمیتواند در فرآیند فروکروم موجود بهطور مستقیم جایگزین کک شود، زیرا واکنش احیا به دماهای بسیار بالا نیاز دارد. بنابراین Outokumpu کک زیستی را مناسبترین گزینه کوتاهمدت برای کاهش انتشارات از فناوری تولید موجود خود میداند. رساله Pahnila با این حال نشان میدهد کربن زیستی باید پیش از استفاده در کورههای صنعتی بهدقت مهندسی شود؛ صرفاً تجدیدپذیر بودن منبع کافی نیست و ماده باید بتواند در برابر تنشهای مکانیکی و شیمیایی مشابه کک فسیلی دوام بیاورد. این پژوهش از طریق چندین پروژه انجام شد که سازمانهایی از جمله Business Finland، EU Just Transition Fund و City of Oulu آنها را تأمین مالی کردند. منابع: رساله دکتری Mika Pahnila و University of Oulu، بههمراه اطلاعات تکمیلی از Tekniikka & Talous، TEK و Outokumpu.