Dünya sürdürülebilirliği ararken, çevre dostu bir çelik üretim sürecini teşvik etmek için yeşil çelik üretimi kavramı ortaya çıkmıştır. Çelik endüstrisi, küresel ekonominin gelişmesinde önemli bir rol oynamakla birlikte sera gazı emisyonları, kaynakların tükenmesi ve atık üretimi gibi önemli çevresel etkilerden de sorumludur.
Yeşil çelik üretimi, endüstrinin karbon ayak izini azaltmayı ve çevresel etkisini en aza indirmeyi amaçlayan bir dizi çevre dostu ve sürdürülebilir uygulama ve teknolojiyi içerir. Bu üretimin bir diğer önemli kısmı da malzeme geri dönüşümü ve yeniden kullanımıdır. Çelik yüksek oranda geri dönüştürülebilir. Hurda çeliği ana hammadde olarak kullanmak; endüstrilerin hammadde gereksinimlerini azaltmasına, kaynakları korumasına ve enerji tüketimini azaltmasına olanak tanır.
Yeşil çelik üretimi, aynı zamanda çevresel sürdürülebilirliğe öncelik veren ve iklim değişikliğiyle mücadeleye yönelik küresel çabalara katkıda bulunan çelik üretim süreçlerini ve uygulamalarını tanımlamak için kullanılan bir terimdir. Geleneksel çelik üretimiyle ilgili çevresel sorunları ele almayı ve daha sürdürülebilir düşük karbonlu çelik endüstrisini teşvik etmeyi amaçlar. Çelik üretimi, modern toplumun gelişmesinde önemli rol oynayan bir endüstriyel süreçtir.
Fosil yakıtlar yerine elektrikli fırınlar gibi yenilikçi teknolojilerin kullanılması üretimi daha verimli hale getirir ve geleneksel fırınlardan daha az CO2 üretir. Bu üretim küresel sürdürülebilirlik ve çevre koruma hedefleri doğrultusunda çelik üretimine dönüştürücü bir yaklaşımı temsil eder. Yenilenebilir enerjiyi entegre ederek ve yenilikçi teknolojiler sunarak, işbirliğini kolaylaştıracak. Çelik endüstrisi, çevresel etkiyi azaltacak, iklimin korunmasına katkıda bulunacak ve daha yeşil bir endüstri haline gelecektir.
Bu üretim, ileri teknoloji kullanımını ve süreç optimizasyonunu gerektirir. Üretimde demir cevheri, ana demir kaynağı olarak hizmet ederken kömür, demir üretimi için gerekli olan karbon içeriğini sağlar. Erimiş demir elde edildikten sonra, safsızlıkları gidermek ve çelik üretmek için bileşimi ayarlarlamak üzere daha fazla işlenir.
Temel oksijen fırını (BOF) işletimi ve elektrik ark ocağı (EAF) işletimi
BOF sisteminde fırının altına yanma odasına oksijen gönderilerek yüksek sıcaklıklara çıkılır. Özellikle entegre çelik fabrikalarında olmak üzere büyük ölçekli çelik üretiminde yaygın olarak kullanılmaktadır. EAF işleminde ise çelik hurda, grafit elektrotlar tarafından üretilen bir ark kullanılarak eritilir. Ark, hurdayı eritmek için gereken ısıyı sağlar ve çeliğin bileşimi, farklı alaşımlar ve akılar eklenerek ayarlanabilir. EAF işlemi daha esnek, verimli ve çevre dostudur, bu da onu küçük ölçekli çelik üretimi ve özel çelik kaliteleri için uygun hale getirir. Çelik, BOF veya EAF işlemi kullanılarak üretildikten sonra, istenen özellikleri ve kaliteleri elde etmek için daha da rafine edilir.
Pota metalurjisi, vakumlu gaz giderme ve ikincil arıtma teknikleri gibi arıtma işlemleri, safsızlıkları giderme, bileşimi ayarlama ve erimiş çeliğin sıcaklığını kontrol etme gibi süreçleri tanımlar. Çelik üretim sürecinin son aşamaları, çelik özelliklerini iyileştirmek ve belirli müşteri gereksinimlerini karşılamak için çeşitli bitirme işlemlerini içerir. Bu işlemler arasında ısıl işlem, haddeleme, dövme, kaplama ve yüzey bitirme yer alır. Su verme ve temperleme gibi ısıl işlem süreçleri; çeliğin sertliğini, mukavemetini ve sünekliğini (malzemenin çekme yatkınlığı) iyileştirebilir. Haddeleme, dövme ve biçimlendirme işlemleri dökme çeliği deforme eder.
Kömür yakıtlı elektrik santrallerinden karbon yakalama, bir araştırma ve geliştirme alanıdır ancak bu alanda büyük ölçekli ve ticari dağıtım önemli birer zorluk olmaya devam etmektedir. Kömür yakıtlı enerji santralleri için çeşitli karbon yakalama teknolojileri geliştirilmiş ve test edilmiştir. Kömür yanmasından sonra bacalardan yayılan CO2 gazlarının yakalanması, yakma sonrası yakalama yöntemlerinden biridir. Yanma sonrası yakalama teknolojisi, küçük ölçekli pilot projeler için uygun olsa da yüksek enerji gereksinimleri ve maliyet endişe kaynağıdır.
Karbon yakalama
Bu yöntemde, elektrik ve diğer ürünlere dönüştürülen sentez gazı (bir hidrojen ve karbon monoksit karışımı) üretmek için kömür gazlaştırılır.
Oksijenli yakıt yakmada, kömür oksijen açısından zengin bir atmosferde yakılır ve başlıca CO2 ve suyun gaz fazı (H2O(gaz)) ndan oluşan yanma gazları üretilir. Oksijen içeren yakıtların yanmasında yüksek maliyetler, enerji cezaları ve oksijen ayırma ihtiyacı gibi zorluklar bulunmaktadır. CO2 yakalama teknolojisindeki ilerlemelere rağmen, bu zorluklar hala kömürle çalışan elektrik santrallerinde bu teknolojinin kullanılmasını geciktirmektedir. CCUS (karbon yakalama, kullanma ve depolama) teknolojilerinin kurulumu ve işletilmesi pahalıdır ve kömürle çalışan elektrik santrallerinin sermaye ve işletme maliyetlerini önemli ölçüde artırabilir.
Yakalanan CO2‘nin atmosfere salınımını önlemek için etkili bir şekilde depolanması veya kullanılması gerekir. Karbon yakalama sürecini çalıştırmak için enerji gereklidir ve bu da enerji santralinin enerji net çıktısında bir azalmaya neden olur.
CO2’nin tükenmiş petrol ve gaz rezervuarlarında ve jeolojik derin tuz oluşumlarında depolanmasında hâlâ düzenleyici zorluklar olmasına rağmen geniş çapta kabul görmektedir.
Geleneksel çelik üretimi, demir cevheri indirgeme ve çelik eritme gibi yoğun enerji gerektirir bu yüzden ağırlıklı olarak kömür olmak üzere fosil yakıtlar kullanılır. Çelik üreticileri rüzgar, güneş veya hidroelektrik gibi yenilenebilir enerji kaynaklarına geçiş yaparak karbon ayak izlerini ve fosil yakıtlara bağımlılıklarını önemli ölçüde azaltabilir. Yenilenebilir enerji entegrasyonu yalnızca sera gazı emisyonlarını en aza indirmekle kalmaz, aynı zamanda çelik endüstrisinin genel olarak karbondan arındırılmasına da katkıda bulunmuş olur.
CCUS, çelik üretim süreçlerinden kaynaklanan CO2 gazının yakalanmasını ve kalıcı olarak depolanmasını veya başka amaçlar için kullanılmasını içerir.
CCUS teknolojileri, çelik endüstrisinde karbon nötrlüğü elde etmede ve daha yeşil bir geleceğe geçişi kolaylaştırmada hayati öneme sahiptir.
Çelik üretiminde yüksek oranda geri dönüştürülebilir ve üretim sürecinde geri dönüştürülmüş hurda kullanımı, enerji tüketimini ve ham madde çıkarımını önemli ölçüde azaltır. Çelik üretimi sırasında ek olarak oluşan cüruf ve çamur gibi yan ürünler ve atık malzemeler, inşaat malzemesi olarak ve çimento üretimi dahil olmak üzere çeşitli uygulamalarda kullanılabilir ve böylece negatif çevresel etki azaltılabilir.
Temiz bir enerji taşıyıcısı olan hidrojen, demir cevherinin indirgenmesinde fosil yakıtların yerini alabilir ve bu da ‘‘yeşil‘‘ veya ‘‘hidrojen bazlı‘‘ çelik üretimiyle sonuçlanır. Hidrojen plazma kullanımı gibi hidrojen bazlı doğrudan indirgeme işlemleri, karbonsuz çelik üretimine ulaşmada umut verici bir potansiyel göstermektedir.
Atık odun veya tarımsal atıklar gibi biyokütle bazlı enerji kaynakları, çelik üretim süreçlerinde ısı ve güç üretmek için kullanılabilir. Biyoenerjinin kullanılması, fosil yakıtlara bağımlılığı azalttığı gibi yenilenebilir ve karbon nötr bir enerji seçeneği sunar.
Yeşil çeliğin temel özellikleri ve uygulamaları
Azaltılmış karbon emisyonları: Yeşil çelik, daha temiz teknoloji ve enerji kullanımı yoluyla karbon emisyonlarını en aza indirmeyi hedefliyor.
Ayrıca karbon yakalama ve kullanma teknolojisi, çelik üretiminden yayılan CO2 yakalamak, depolamak veya geri dönüştürmek için kullanılabilir.
Enerji verimliliği: Çevre dostu çelik üretim yöntemleri işletmeyi optimize eder ve tükettiği enerjiyi en uygun şekilde kullanır. Bu, enerji tasarruflu ekipman ve teknolojinin kullanımını, enerji israfını en aza indirmeyi ve ısı geri kazanımını içerir.
Geri dönüşüm ürünleri ve malzemeler, döngüsel ekonomi segmentine yönelik uzun süre kullanılarak israfı minimuma indirir ve kaynakları en iyi şekilde değerlendirir.
Sürdürülebilir kaynak yönetimi: Yeşil çelik, doğal kaynakların akışını yapılandırır. Hammaddelerin çıkarılması ve işlenmesiyle ilişkili üretim üzerindeki etkiyi en aza indirerek sürdürülebilir kaynak yönetimini ele alır.
Yaşam döngüsü değerlendirmesi: Yeşil çelik, çeliğin hammaddesinin çıkarılmasından üretimine, kullanımına ve kullanım ömrü sona eren parçalarına kadar tüm ömrünü koruduğu bir süreçtir. Döngüsel bir ekonomi yaklaşımını benimseyen yeşil çelik, işlenmemiş ham maddelere olan bağımlılığı azaltır ve doğal kaynakların çıkarılmasını en aza indirir, böylece biyolojik çeşitliliği ve ekosistemleri korur.
Yenilenebilir enerji kaynaklarının ve karbon yakalama teknolojilerinin kullanımı gibi yeşil çelik üretim yöntemleri, iklim değişikliğini hafifletebilir, küresel ısınmayı sınırlamaya ve dünya düşük karbon ekonomisine daha hızlı geçişine yardımcı olabilir.
Ayşegül Önal
Kaynak
Siddiqui, M. I. H. (2023). Innovative Green Steelmaking Process for Sustainable Steel Production.