فولاد خوش رنگ‌وبو روایت دوم؛ تولید اتانول فولادی

در رصدخانه استراتژیک و آینده‌پژوهی به بررسی اتانول تولیدی صنایع فولاد پرداختیم و همچنین ذکر کردیم که برخی صنایع مانند پالایشگاه‌ها، خودروسازان، تولیدکنندگان لوازم بهداشتی و تولیدکنندگان عطر و اودکلن به‌عنوان مصرف‌کنندگان اصلی اتانول از مصرف‌کنندگان اصلی این ماده محسوب می‌شوند. با استفاده از تکنولوژی‌های امروزی می‌توان خروجی کربن صنایع فولادی را ارزان‌تر از قبل به اتانول تبدیل کرد. در روایت قبل گفته شد که صنایع فولادی می‌توانند از بیوچار برای سوخت استفاده کنند و با استفاده از تکنولوژی‌های سنتزی، بیوگازهای تک‌کربنه را به بوتانول و اتانول مبدل سازند. در این روایت به نحوه تبدیل گازهای تک‌کربنه به اتانول خواهیم پرداخت.

بخشی از فرایند گذار به دنیای کم‌کربن، مستلزم تغییر در روش تولید آهن و فولاد است. هیچ راه‌حل واحدی برای فولادسازی بدون کربن وجود ندارد و مجموعه گسترده‌ای از گزینه‌های تکنولوژیکی موردنیاز است تا به‌تنهایی یا در ترکیب با شرایط محیطی منجر به تولید نزدیک به صفر یا صفر کربن شوند.

بیوچار زغال تهیه‌شده از زیست‌توده‌های گیاهی و ضایعات کشاورزی است که عموماً به‌عنوان سوخت یا کود استفاده می‌شود. این ماده به‌صورت جامد و سرشار از کربن است و می‌توان از آن به‌عنوان سوخت در صنایع فولادی یا ذوب‌آهن استفاده کرد. اتانول در جهان عموماً از طریق تخمیر دانه‌های ذرت و ریشه و ساقه‌های نی‌شکر تولید می‌شود؛ اما راه دیگری نیز برای تولید اتانول وجود دارد که علاوه بر کاهش چشمگیر تولید کربن، می‌تواند برای صنایع فولادی منبع درآمدی جانبی باشد. در ادامه منابعی را می‌بینیم که عموماً می‌توان از آن‌ها زیست‌توده تولید و به بیوچار تبدیل کرد.

در فرایندی که کارخانه تررو برای تبدیل دی‌اکسیدکربن خروجی به اتانول در پیش گرفته، ابتدا پسماند زیست‌توده‌ها در طی فرایندی به نام تورِفیکیشن (Torrefication) شکسته، خرد و به زغال زیستی تبدیل می‌شود. این زغال زیستی یا به‌اصطلاح بیوچار به‌عنوان سوخت در کوره‌های ذوب‌آهن مورد استفاده قرار می‌گیرند.

در این پروژه دی‌اکسیدکربن تولیدی از کوره‌های ذوب، جذب و به گازهای سنتزی یا سینگاز (Syngas) تبدیل می‌شوند که می‌توانند به‌جای سوخت‌های فسیلی به کوره‌های بلند ذوب در فرایند ساخت آهن اسفنجی، تزریق شوند. سینگازهای موردنیاز در این مرحله، مونوکسید کربن و هیدروژن هستند. برای حصول این سینگازها، دی‌اکسیدکربن جذب‌شده با گاز طبیعی متان توسط تورچ پلاسما حرارت داده می‌شود که به این فرایند، ریفرمینگ خشک (dry reforming) می‌گویند.

امید است در آینده بتوان به‌جای گاز طبیعی متان از بیوگاز یا زباله‌های پلاستیکی استفاده کرد تا کربن مصرفی مجدداً در چرخه تولید قرار گیرد. شرکت‌هایی مثل آرسلورمیتال (ArcelorMittal) و لانزاتک (LanzaTech) در نظر دارند که در آینده، به جایی برسند که تورچ پلاسما نیز با انرژی‌های پاک فعالیت کند تا در کل فرایند، شاهد کاهش قابل‌توجهی در انتشار کربن باشند. امروز در دانکِرک فرانسه، آرسلورمیتال پروژه‌ای 20 میلیون یورویی را با پشتیبانی یک سازمان فرانسوی آغاز کرده است تا به‌صورت پایلوت تورچ پلاسمایی بسازد که سینگازهای داغ را در آن آزمایش کنند.

 پس از ریفورمینگ خشک و حصول مونوکسیدکربن، فرایند ساخت اتانول آغاز می‌شود. فناوری جدید شرکت لانزاتک به نام کربالیست (Carbalyst) از نوعی میکروارگانیسم خاص و طبیعی استفاده می‌کند که می‌تواند انرژی موردنیاز خود را از مولکول‌های مونوکسید کربن به دست آورد و آن را به بیواتانول تبدیل کند. هر تن اتانول زیستی تولیدشده توسط این فناوری به‌طور متوسط می‌تواند جایگزین پنج بشکه بنزین شود و سوخت‌های فسیلی بیشتری را برای نسل‌های آینده در زمین ذخیره نگه دارد.

میکروارگانیسم‌های مورداستفاده در این فناوری از سرده کلستریدیوم کربوکسیدیوران (Clostridium carboxidivorans)، کلستریدیوم راگسدالی (Clostridium ragsdalei ) وآلکالاباکیولوم‌ها (Alkalibaculum) هستند که برای تولید سوخت‌های زیستی و مواد شیمیایی به‌دست‌آمده از سینگازها مورد استفاده می‌گیرند. اجزای سینگاز توسط باکتری‌های کربوکسی دوتروف (carboxydotrophic) از طریق مسیر اَسِتیل‌کوآ (ترکیب کوآنیزیم آ با استیل) تجزیه می‌شوند و اسیدهای کربوکسیلیک، الکل‌ها، سیستم‌های دوفازی آبی و توده‌های سلولی تولید می‌کنند. تخمیر سینگاز می‌تواند از طیف وسیعی از گازهای خروجی فولادی و سینگازهای منتشرشده از محل دفن زباله‌های آلی و زغال‌سنگ، اتانول، پروپانول و بوتانول تولید کند.

روش‌هایی که تا پیش از این برای تخمیر سینگازها در مقیاس بزرگ جهت تبدیل گازهای صنایع فولادی به اتانول استفاده‌ شده، بسیار پرهزینه بوده و با محدودیت‌هایی مثل انتقال انبوه، بازدهی پایین و نبود بازار مناسب روبه‌رو بوده است. اما امروزه دست‌یابی به روش‌هایی کم‌هزینه که راندمان تخمیر سینگاز و تولید محصولات جدید با ارزش بالا را افزایش می‌دهد، امکان ایجاد تأسیساتی مناسب برای رسیدن به کربن صفر را افزایش می‌دهد.

در نهایت، تولید اتانول از گازهای سنتزی می‌تواند باعث کاهش قیمت مواد غذایی خصوصاً ذرت و نیشکر شود، چراکه بخش عمده اتانول تولیدی در اغلب نقاط جهان با تخمیر دانه‌های ذرت یا ساقه‌های نیشکر به دست می‌آید. با توجه با افزایش جمعیت جهانی و افزایش تقاضا در بخش غذایی، استخراج اتانول از گازهای کربن‌دار ضایعاتی علاوه بر محیط زیست‌دوست‌تر بودن، اقدامی بسیار بشردوستانه حساب می‌شود.