مهندسی سبز برای صنعت فولاد و مس با بازیافت قراضه

به‌طور میانگین مصرف قراضه‌ دنیا برای تولید مس تصفیه‌شده در طول دوره مورد بررسی برابر با ۳ میلیون و ۳۰۰ هزار تن در هر سال بوده در‌حالی‌که قراضه مصرف‌شده برای صنعت فولادسازی در بازه مذکور حدود ۴۶۶ میلیون تن اعلام شده‌است. مصرف قراضه فولادی و مسی از سال ۲۰۰۰ تا ۲۰۲۳، روند صعودی طی کرده‌است.

نرخ خوراک بازیافت صنعت مس در ۲ دهه اخیر، صعودی بوده اما برخلاف آن، در صنعت فولادسازی نرخ خوراک بازیافت روندی نزولی را طی کرده‌است. در سال ۲۰۲۳ نسبت به ۲۰۲۲، نرخ خوراک بازیافت فولاد ۰.۸ واحد درصد کاهش و مس ۰.۷ واحد درصد افزایش یافت. لذا در سال ۲۰۲۳، نرخ خوراک بازیافت مس و فولاد به‌ترتیب به ۱۷.۰ و ۳۱.۰ درصد رسید.

بازیافت با استفاده از قراضه از مهم‌ترین منابع ثانویه در صنایع مختلف به‌شمار می‌روند و نقش کلیدی در حفظ منابع طبیعی، کاهش هزینه‌ها، و حفاظت از محیط زیست دارند. با گسترش صنایع فولاد و الکترونیک، استفاده بهینه از ضایعات به عاملی راهبردی در تولید و توسعه پایدار تبدیل شده است. گفتنی است که بازیافت مس و فولاد از قراضه‌ها دارای فواید مهمی مانند کاهش مصرف انرژی، کاهش استخراج سنگ‌ معدن، و آلاینده‌های زیست‌محیطی است.

روند افزایشی مصرف قراضه مس و فولاد دنیا در ۲ دهه اخیر

از سال ۲۰۰۰ تا ۲۰۲۳، روند سهم مس اولیه تصفیه شده از کل مس تولید شده در دنیا، نزولی بوده و میانگین آن به ۶۷.۳ درصد رسیده‌است. در سال ۲۰۲۳، این سهم برابر با ۶۶.۰ درصد گزارش شد که معادل با ۱۷ میلیون و ۵۰۰ هزار تن بود. در‌حالی‌که در سال ۲۰۲۲، با تولید ۱۶ میلیون و ۹۰۰ هزار تن مس اولیه تصفیه شده، سهم آن در تولید مس دنیا به ۶۶.۶ درصد رسید. در سال ۲۰۰۰، حجم مس اولیه تصفیه شده و سهم آن در تولید مس دنیا به‌ترتیب ۱۰ میلیون و ۴۰۰ هزار تن و ۷۰.۳ درصد برآورد شد. بنابراین می‌توان گفت که در طول دوره مورد بررسی، سهم مس تصفیه شده ثانویه از قراضه و همچنین فرآیندهای سبزتر نسبت به تولید مس اولیه افزایش‌یافته ‌است. در سال ۲۰۲۳، حجم تولید مس ثانویه مجموعا به ۹ میلیون و ۳۰ هزار تن رسید که نسبت به سال قبل‌از آن بالغ‌بر ۵۵۶ هزار تن افزایش پیدا کرد.

نمودار یک، میزان مصرف قراضه و نرخ خوراک بازیافت مس دنیا در ۱۰ سال اخیر را نشان می‌دهد. در طول دوره مورد بررسی، میانگین مصرف قراضه سالیانه معادل ۳ میلیون و ۳۰۰ هزار تن محاسبه شده‌است. بر اساس بررسی‌های آتورپات، اگرچه در سال ۲۰۲۲ مصرف قراضه مس ۴ میلیون و ۲۱۰ هزار تن بود اما در سال ۲۰۲۳ حجم مصرف آن در دنیا به ۴ میلیون و ۵۹۰ هزار تن رسید که بیشترین حجم مصرف در طول دوره مورد بررسی قلمداد می‌شود. لازم به‌ذکر است که روند مصرف قراضه مس با نرخ رشد مرکب ۳.۴ درصد در طول ۲ دهه اخیر، صعودی بوده‌است. در سال ۲۰۲۰ نسبت به سال قبل، مصرف قراضه مس در دنیا حدود ۴.۴ درصد کاهش یافت و به ۳ میلیون و ۹۲۰ هزار تن رسید. در این سال، شیوع بیماری کووید-۱۹ روی زنجیره‌های تامین قراضه تاثیرگذار بود و منجر به کاهش مصرف قراضه برای تولید مس ثانویه شد. در سال ۲۰۰۳، کمترین میزان مصرف قراضه مس با حجم یک میلیون و ۸۳۰ هزار تن بود.

در صنعت آهن و فولاد نیز، هر چند که مصرف قراضه رشد پیدا کرد، اما سهم بازیافت برخلاف صنعت مس روندی نزولی داشت. تولید فولاد دنیا در سال ۲۰۲۳ به یک میلیارد و ۸۹۰ میلیون تن رسید که نسبت به سال قبل‌از آن، حدود ۰.۱ درصد افزایش یافت. به‌طور کلی روند تولید فولاد دنیا از سال ۲۰۰۰ تا ۲۰۲۳ با نرخ رشد مرکب سالانه ۳.۵ درصد، صعودی برآورد شده‌ و میانگین سالیانه آن به بیش‌از یک میلیارد و ۴۷۰ میلیون رسید. گفته می‌شود که در سال ۲۰۲۰، بالغ‌بر یک میلیارد و ۹۶۰ میلیون تن فولاد خام تولید شد که بیشترین حجم تولید فولاد خام در طول دوره مورد بررسی بوده‌است. در صنایع فولادسازی، خوراک اولیه شامل آهن اسفنجی، چدن خام و قراضه است. بر اساس برآوردهای آتورپات، در طول سال‌های مورد بررسی، روند مصرف آهن اسفنجی و چدن خام صنعت فولادسازی با نرخ رشد مرکب به‌ترتیب ۵.۲ و ۳.۶ درصد، صعودی مشاهده‌ شده‌است. برای تولید این حجم از فولاد خام در سال ۲۰۲۳، بالغ‌بر یک میلیارد و ۴۵۰ میلیون تن مواد اولیه شامل چدن و آهن اسفنجی مصرف شد در‌حالی‌که در سال ۲۰۲۲ برابر با یک میلیارد و ۴۳۰ میلیون تن بود. نمودار ۲، مصرف قراضه فولادی دنیا را در طول دوره مورد بررسی نشان می‌دهد. برمبنای این نمودار، روند مصرف قراضه فولادی از سال ۲۰۰۰ تا ۲۰۲۳ با نرخ رشد مرکب ۳.۱ درصد صعودی بوده‌است. برآورد شده‌است که در سال ۲۰۲۳، حجم مصرف قراضه فولادی به ۵۸۷ میلیون تن رسید که نسبت به سال قبل ۲.۵ درصد کاهش یافت.

قیاس مصرف قراضه و نرخ خوراک بازیافت مس و فولاد

به‌علت اسکیل بزرگ‌تر تولید فولاد در قیاس با مس، کاربرد‌های گسترده‌تری نیز پیدا کرده‌ و همین امر، منجر به مصرف بالای قراضه آن نسبت به مس در طول بازه مورد بررسی شده‌است. نمودار ۳، نرخ خوراک بازیافت مس و فولاد را در ۲ دهه اخیر نشان می‌دهد. لازم به‌ذکر است که روند نرخ خوراک بازیافت مس در طول بازه مورد بررسی صعودی مشاهده‌ شده‌است. به‌طور میانگین سالیانه ۱۵.۷ درصد مس تصفیه شده در دنیا از خوراک‌های بازیافتی بوده‌است. در سال ۲۰۲۳، این نرخ به ۱۷.۰ درصد رسید که نسبت به سال قبل‌از آن ۰.۷ واحد درصد افزایش یافت. در سال ۲۰۰۰، نرخ خوراک بازیافت مس برابر با ۱۴.۰ درصد برآورد شد. کمینه نرخ خوراک بازیافت مس در سال ۲۰۰۳ حدود ۱۱.۸ درصد و بیشترین نرخ برابر با ۱۸.۰ درصد در سال ۲۰۱۳ بود. در صنایع فولادسازی، نرخ خوراک بازیافت در طول دوره مورد بررسی روندی نزولی طی کرده و میانگین آن برابر با ۳۲.۰ درصد اعلام شده‌است. در سال ۲۰۱۹، نرخ خوراک بازیافت به ۳۰.۹ درصد رسید که نسبت به سال قبل‌از آن بالغ‌بر ۲.۲ واحد درصد کاهش پیدا کرد. علت این امر، کاهش مصرف قراضه‌های فولاد در سال مذکور بود. در سال ۲۰۲۲، نرخ خوراک بازیافت به ۳۱.۹ درصد رسید و در سال ۲۰۲۳، حدود ۳۱.۰ درصد اعلام شد. بیشترین نرخ خوراک بازیافت فولاد حدود ۳۴.۶ درصد در سال ۲۰۰۲ بود. بیشترین میزان افت نرخ خوراک بازیافت فولاد در سال ۲۰۰۹ حدود ۳.۹ واحد درصد گزارش شد که به ۲۸.۷ درصد رسید.

علت روند صعودی بودن نرخ خوراک بازیافت مس با توجه به روند آن در طول دوره مورد بررسی را می‌توان به تولید پیچیده و هزینه معدن‌کاری بالای آن مرتبط دانست. در صنایع فولادسازی، وجود تکنولوژی کوره بلند منجر به تولید فولاد در تناژ بالا شد که خوراک اصلی فرآیند مذکور، سنگ آهن است. افزایش حجم مصرف سنگ آهن نسبت به قراضه در طول دوره مورد بررسی، منجر به کاهش نرخ خوراک بازیافت فولاد شده‌است. ناگفته نماند که بازار فولاد نسبت به بازار قراضه و بازیافت رشد بیشتری داشته و این امر روی کاهش سهم خوراک بازیافت بی‌‎تاثیر نبوده‌است. پالایش و تولید مس تصفیه شده در صنایع نسبت به صنعت فولادسازی پیچیدگی و هزینه بیشتری دارد لذا استفاده از قراضه‌ برای تولید مس تصفیه شده مقرون به‌صرفه‌تر خواهد بود. یادآوری می‌شود که روند صعودی مصرف قراضه مسی دارای نرخ رشد مرکب حدود ۳.۴ درصد طی ۲ دهه اخیر بوده‌است.

با توجه به اقتصادی بودن فرآیندهای تولید و همچنین میزان تقاضا و مصرف بالای صنعت فولاد، علاوه‌بر قراضه، از منابع طبیعی برای تولید فولاد استفاده می‌شود. اما در صنعت مس، به‌علت پیچیدگی فرآیندهای تولید و میل این عنصر برای ایجاد ترکیبات ناخواسته، هزینه تولید و همچنین تصفیه آن نسبت به فولاد دارای چالش‌های بیشتری است. لذا روند مصرف خوراک بازیافت نشان می‌دهد که علاوه‌بر استفاده از منابع معدنی، خوراک ورودی صنعت پالایش مس به سمت استفاده از قراضه‌های مسی می‌رود.

در طول دوره مورد بررسی، سهم مس تصفیه شده ثانویه از قراضه و همچنین فرآیندهای سبزتر نسبت به تولید مس اولیه افزایش‌یافته ‌است. در سال ۲۰۲۳، حجم تولید مس ثانویه مجموعا به ۹ میلیون و ۳۰ هزار تن رسید که نسبت به سال قبل‌از آن بالغ‌بر ۵۵۶ هزار تن افزایش پیدا کرد.

در صنایع فولادسازی، نرخ خوراک بازیافت در طول دوره مورد بررسی روندی نزولی طی کرده و میانگین آن برابر با ۳۲.۰ درصد اعلام شده‌است. در سال ۲۰۱۹، نرخ خوراک بازیافت به ۳۰.۹ درصد رسید که نسبت به سال قبل‌از آن بالغ‌بر ۲.۲ واحد درصد کاهش پیدا کرد. علت این امر، کاهش مصرف قراضه‌های فولاد در سال مذکور بود.