SIGMAS

ایجاد معدن با کربن صفر

صنعت معدن در نقطه‌‌ی عطفی است که در آن، پایداری و کربن‌زدایی در رأس اهداف مدیران قرار گرفته است. برای دستیابی به هدف تغییر 1.5 درجه‌‌ی سانتیگراد آب و هوا تا سال 2050، صنعت معدن باید انتشار مستقیم CO2 را به صفر برساند. خوشبختانه تحلیل‌های ما نشان می‌دهد که راه‌حل‌های کربن‌زدایی عمده‌ی انتشارات گاز، در همین دهه از نظر اقتصادی به‌صرفه خواهند شد. این امر هم در مورد انتشارات سطح 1 و هم در مورد انتشارات سطح 2 صادق است .
صنعت معدن، سهمی 2 تا 3 درصدی از کل انتشار CO2 در جهان را داراست و برای کاهش این انتشارات نقشی کلیدی را بازی می‌کند. تا کنون، تمرکز اصلی این صنعت در این بحث، مربوط به عدم سرمایه‌گذاری بیشتر روی زغال سنگ بوده است؛ با این حال، صنعت معدن با فشار فزاینده‌ای از سوی قانون‌گذاران، سرمایه‌گذاران و مشتریان، برای کربن‌زدایی مواجه است. این روزها که دستیابی به سرمایه، بیش از پیش به بحث پایداری وابسته شده است، بازارهای سرمایه تمرکز بیشتری بر پایداری معدن‌کاران گذاشته‌اند. هزینه‌ی سرمایه برای شرکت‌های معدنی که شاخص‌های ESG پایین‌تری دارند، می‌تواند 20 تا 25 درصد بالاتر باشد. علاوه بر این، فشار از سمت مشتریان نیز در حال افزایش است. برای مثال، شرکت‌های بزرگ تولیدکننده‌ی تجهیزات اصلی خودروسازی (OEMها)، روی کربن‌زدایی هدف‌گذاری کرده‌اند. برای مثال، شرکتی مانند H2 Green Steel در سوئد (اولین تولیدکننده‌ی فولاد یا کربن صفر در جهان) به وجود آمده است. این شرکت، تقاضای سنگ آهن با کربن صفر، یا کربن کم را برای تولیدات خود دارد.

بسیاری از شرکت‌های بزرگ معدنی جهان، اقدامات خود را در جهت کربن‌زدایی، با هدف‌گذاری‌های بلندپروازانه آغاز کرده‌اند. برای مثال، از سال 2020، شرکت‌های معدنی BHP و Vale، برای کاهش 30 درصدی انتشارات سطح 1 و سطح 2 تا سال 2030 هدف‌گذاری کرده‌اند. هدف‌گذاری شرکت Rio Tinto نیز 15 درصد بوده است. اگر چه این موارد، قدم‌های بزرگی برای تغییر صنعت محسوب می‌شوند، اهدافی که برای کربن‌زدایی مجموع صفر گذاشته شده‌اند، از نظر زمانی بسیار دورتر هستند (برای بسیاری از شرکت‌ها، هدف‌گذاری برای سال 2050 است).
ما معتقدیم که اکنون زمان مناسبی برای شرکت‌های معدنی، برای تسریع اقدامات در جهت کربن‌‌زدایی است؛ اقدامی که می‌تواند یک مزیت رقابتی در مواجهه با مشتریان محسوب شود. با توجه به این بلندپروازی‌های فزاینده برای کربن‌زدایی، ما نگاهی به وضعیت کنونی صنعت می‌اندازیم تا یک بستر علمی محکم را برای این پاسخ به این سوال به وجود بیاوریم که چگونه باید سرعت کربن‌زدایی در این صنعت را به شدت افزایش داد تا به هدف افزایش 1.5 درجه‌ای تا سال 2050 رسید. همین‌طور هزینه‌ها و سرمایه‌گذاری‌های لازم در این مسیر را بررسی خواهیم کرد. این گزارش به طور خاص بر معدن‌کاری فلزات (مس، طلا، سنگ آهن و …) تمرکز دارد و معادن زغال سنگ و … در حوزه‌ی بررسی این گزارش نیست.

طبقه‌بندی انتشارات فعلی معادن

انتشارات معادن را می‌توان در سه دسته‌ی کلی تقسیم‌بندی کرد: سطح 1 (انتشارات دیزلی)، سطح 2 (انتشارات تولید شده در حین تولید برق) و سطح 3 (انتشارات زنجیره‌ی تامین و حمل و نقل). امروزه 40 تا 50 درصد انتشارات CO2 ناشی از سوخت دیزلی است که در تجهیزات و ماشین‌آلات به کار می‌رود و 30 تا 35 درصد از انتشارات مربوط به تولید برقی است که از منابع غیرتجدیدپذیر به دست می‌آید. اما شدت و ضعف این انتشارات، واریانس زیادی در بین معادن مختلف دارد. برای مثال در معادن سنگ آهن و مس، یک فاصله‌ی 20 برابری بین معادن مختلف در دنیا، از نظر انتشارات وجود دارد (شکل 1).
برای درک این واریانس زیاد، ما یک مدل مفصل کربن‌زدایی از معدن را ایجاد کرده‌ایم. این مدل، انتشارات را تا سطح تجهیزات می‌شکند و بیش از 20 انتخاب را برای کربن‌زدایی ارزیابی می‌کند (شکل 2). ما برای آنکه نشان دهیم نخستین معدن بدون کربن جهان به چه صورت است، یک معدن سنگ آهن را در استرالیا بررسی کرده‌ایم.

در این مثال خاص، تریلرهای یدک‌کش بزرگترین عامل انتشارات در معدن بوده‌اند (20 تا 25 درصد از کل). پس از این عامل، تجهیزات خردکننده (حدود 20 درصد)، بولدوزرها (7 درصد) و ماشین‌آلات حفاری (5 درصد) قرار دارند. تنها توجه به همین 4 نوع ماشین، یک پتانسیل بزرگ برای کاهش انتشارات معدن را فراهم می‌آورد.

گزینه‌های کربن‌زدایی

اقدامات مختلفی برای رسیدگی کردن به منابع اصلی انتشار، و کربن‌زدایی لازم است. این اقدامات، شامل حرکت در جهت رسیدن به سوخت‌ها و پیشرانه ‌های پایدار، و نیز استفاده از الکتریسیته‌ی سبز است. گزینه‌های زیر، در مراحل مختلف پیشرفت تکنولوژیکی قرار دارند. برخی از این گزینه‌ها هم‌اکنون اقتصادی هستند و یا تا سال 2030 اقتصادی خواهند شد (شکل 3).

  • سطح 1 و 2: افزایش بازده عملیاتی[1]. سرمایه‌گذاری معقول در افزایش بازده عملیاتی، از سطح متوسط به سطوح بالا، از طریق بهبود فرآیندها یا عملکرد، می‌تواند یک جریان مالی برای سرمایه‌گذاری در پیشرانه‌های جایگزین یا تغییرات عملیاتی ایجاد کند.
  • سطوح 1 و 2: سوخت‌های پایدار. برای تجهیزات متحرکی که در معادن استفاده می‌شوند، چندین گزینه به عنوان سوخت وجود دارد. برای مثال، تغییر سوخت به سوخت‌های مایع پایدار (زیست‌سوخت‌ها و سوخت‌های ترکیبی) این قابلیت را دارد که انتشارات کربنی را بیش از 70 درصد کاهش دهد. این کار حتی با تجهیزات و زیرساخت‌های کنونی نیز قابل انجام است. با این حال، این امر با یک هزینه‌ی کوچک همراه است؛ با این کار، هزینه‌ی کل مالکیت[2] (TCO)، اکنون 10 تا 15 درصد و تا سال 2040 میلادی 5 درصد افزایش خواهد یافت.
  • سطوح 1 و 2: پیشرانه‌های پایدار. برای کربن-خنثی[3] شدن کامل، حرکت به سمت پیشرانه‌های پایدار بسیار مهم است. از جمله‌ی این پیشرانه‌ها می‌توان به سلول‌های سوخت هیدروژنی و خودروهای برقی[4] (BEVها)، به عنوان گزینه‌های بالقوه‌ی بلندمدت اشاره کرد. شرکت‌های مختلفی اکنون به دنبال این امر هستند. شرکت Boliden، خودروهای ترکیبی شارژی پانتوگراف را در معدن Aitik مستقر کرده است. شرکت Anglo American، در حال ساخت یک یدک‌کش سلول سوختی 300 تنی برقی[5] (FCEV) است. شرکت Newmont Goldcorp نیز اولین معدن کاملا برقی جهان را در Borden برپا کرده است.
  • سطح 2: الکتریسیته‌ی سبز. دستیابی به منبع سبز الکتریسیته، می‌تواند بین 30 تا 50 درصد انتشارات کنونی را کاهش دهد. برای این امر، گزینه‌های مختلفی با سطوح پیچیدگی متفاوت، از خرید الکتریسیته‌ی سبز گرفته تا نصب منابع تجدیدپذیر و ذخیره‌ی انرژی (مثلا به کمک سلول‌های خورشیدی فوتوولتاییک) وجود دارد. هم‌اکنون در شرکت‌های مختلف، طرح‌های گوناگونی برای بردن معادن به سمت الکتریسیته‌ی تجدیدپذیر وجود دارد. برای مثال معدن Gudai-Darri شرکت Rio Tinto، برنامه دارد که 65 درصد مصرف الکتریسیته‌ی خود را از سلول‌های خورشیدی و ذخیره‌ی باتری‌های خورشیدی تامین کند.
  • سطح 3: منبع‌یابی[6] پایدار. حرکت دادن کل زنجیزه‌ی تامین به سمت عملیات سبزتر، چالشی است که صنعت باید آن را حل کند. با توجه به فشار OEMها برای کربن‌زدایی، این اتفاق خیلی زود خواهد افتاد. مواد مصرفی کلیدی که در این طبقه قرار می‌گیرند، شامل سیمان، فولاد و آهک هستند.

یک فرصت، یعنی کربن‌زدایی کامیون‌های یدک‌کش می‌تواند انتشارات معدن را تا 25 درصد کاهش دهد. بنابراین، این اقدام یکی از مهمترین اقدامات است. راهکار موجود، استفاده از سوخت‌های پایدار (مانند زیست‌سوخت‌ها) است. با این حال، برای مرتفع کردن تقاضای صنعت، یک افزایش بزرگ در تولید زیست‌سوخت‌ها مورد نیاز است. از نظر زمان و هزینه، بهترین گزینه‌ی موجود برای کاهش انتشار کربن، تغییر کامیون‌های دیزلی امروزی به کامیون‌های BEV شارژشونده با پانتوگراف، یا کامیون‌های با سلول سوختی هیدروژنی است (شکل 4). تخمین ما این است که تا سال 2030، هزینه‌ی کل مالکیت (TCO) برای یک یک‌کش BEV یا FCEV، حدود 20 و 10 درصد کمتر از یدک‌کش‌های دیزلی خواهد بود. اگرچه قیمت خرید چنین کامیون‌های جدیدی و زیرساخت‌های آنها بیشتر است، اما دلیل کمتر بودن TCO، کمتر بودن 20 تا 30 درصدی هزینه‌های تعمیرات و نگهداری و ارزان‌تر بودن 40 تا 60 درصدی سوخت نسبت به کامیون‌های دیزلی است. چنین تغییری نیاز به تغییرات در طراحی معدن‌های امروزی و تجاری‌شدن این گونه از کامیون‌ها دارد (که اکنون تنها به شکل پایلوت موجود هستند). با این حال اگر این تجهیزات به معادن راه پیدا کنند، شاهد کاهش شدید هم در انتشارات کربنی و هم در هزینه خواهیم بود.

با بررسی تمامی این فرصت‌های کاهش کربن، با این نتیجه رسیدیم که راه‌حل‌های کربن‌زدایی بیشتر انتشارات، در همین دهه به صرفه خواهند شد (شکل 5). بزرگترین مانع این فرصت‌ها، موجود بودن تکنولوژی و سایر ملاحظات عملیاتی است. این موانع باید یکی یکی برداشته شوند. در حقیقت، در صورت برداشته شدن این موانع، فرصت بسیار بزرگی برای شرکت‌های معدنی، هم برای کاهش انتشارات و هم کاهش هزینه‌ها فراهم خواهد شد.

راه‌های ممکن برای حرکت به سمت معدن با کربن صفر

برای رسیدن به معادن با کربن صفر بین سال‌های 2030 تا 2040، چندین مسیر بالقوه از جمله مسیرهای BEV و هیدروژن وجود دارد. این امر نیازمند سرمایه‌گذاری‌های عمده در معدن است. مثلا در یک مجتمع کانی خام (ROM) 25 میلیون تنی، 100 تا 130 میلیون دلار سرمایه‌گذاری نیاز است. به علاوه، تجاری‌سازی ماشین‌آلات مذکور نیز باید تسریع یابد. فرصت‌های کوتاه‌مدت، میان‌مدت و بلندمدتی برای کربن‌زدایی وجود دارد.

اقدامات کوتاه‌مدت برای کربن‌زدایی

برای دوری از ریسک، روی گزینه‌های به‌صرفه و تکنولوژی‌های موجود امروزی تمرکز کنید. بهره‌وری عملیات خود را به سطوح عالی برسانید. به دنبال گزینه‌های سبز باشید و در صورت موجود بودن، آنها را بخرید؛ یا اینکه روی ظرفیت‌های تجدیدپذیر سرمایه‌گذاری کنید و به سمت سوخت‌های پایدار موجود روی بیاورید. با اقدامات انجام شده در فاز اول، می‌توان انتشارات را در 3 تا 5 سال آینده تا 60 درصد کاهش داد.

اقدامات میان‌مدت و بلندمدت برای کربن‌زدایی

این اقدامات نیاز به تکنولوژی‌هایی دارند که در حال حاضر به صورت تجاری در دسترس نیستند. سه گزینه‌ی زیر، همگی مسیرهایی را برای معدن‌کاری پایدار ارائه می‌دهند. با این حال انتخاب دقیق، به ویژگی‌های فنی و عملیاتی معدن و برخی پیشرفت‌های آینده‌ی تکنولوژی وابسته است.

  • مسیر BEV: به سمت ناوگان کاملا الکتریکی حرکت کنید؛ به طوری که یدک‌کش‌ها با پانتوگراف و سایر تجهیزات متحرک با روش Battery-Swap شارژ شوند.
  • مسیر هیدروژن: از یک ناوگان FCEV، به همراه یک مخزن از هیدروژن سبز که از انرژی بادی یا خورشیدی تولید شده است استفاده کنید.
  • مسیر سوخت‌های ترکیبی: تجهیزات خود را به همان صورتی که هست نگه دارید، اما از سوخت‌های ترکیبی به دست آمده توسط هیدروژن و کربن دی‌اکسید ذخیره‌شده (CCUS) استفاده کنید.

کربن‌زدایی، یک فرصت چشمگیر را برای بازیگران بلندپرواز صنعت به وجود می‌آورد تا خود را از دیگران متمایز کرده و طلایه‌دار حرکت به سمت معدن با کربن صفر شوند. برای آن که به معدن با کربن صفر برسیم، ذی‌نفعان مختلف (از جمله معادن، OEMها، تامین‌کنندگان، بازیگران نفت و گاز و …) باید با یکدیگر کار کنند تا راه‌حل‌های به‌صرفه‌ای که اکنون موجود نیست به وجود بیاید.


[1] Operational Efficiency

[2] Total Cost of Ownership

[3] Carbon Neutral

[4] Battery Electric Vehicle

[5] Fuel Cell Electric Vehicle

[6] Sourcing