تحسين تنسيق MAF-ENF-CO2 في مصانع الصلب: نمذجة النظام وسيناريوهات تقليل الانبعاثات

لماذا يهم الصلب وتغير المناخ الجميع

الصلب مخفي في كل شيء تقريبًا من حولنا—المباني، السيارات، الأجهزة، الجسور، والسكك الحديدية. لكن إنتاج الصلب يعد أيضًا من أكثر الأنشطة كثافةً للكربون على كوكب الأرض، وهو مسؤول عن حصة كبيرة من انبعاثات الغازات الدفيئة العالمية. تبحث هذه الدراسة داخل مصنع صلب صيني حديث وتطرح سؤالاً بسيطًا لكنه حاسم: إذا غيّرنا طريقة تدفق المواد والطاقة داخل المصنع، كم يمكن أن نقلل من بصمته الكربونية دون إغلاقه أو البدء من الصفر؟

اتباع مسارات المواد والطاقة والدخان

يبني المؤلفون خريطة مفصلة لكيفية تدفق خام الحديد والخردة والوقود والغاز والكهرباء وغازات العادم عبر مصنع صلب نموذجي قائم على الفرن العالي وفرن الأكسجين الأساسي. ويتعقبون ثلاثة أشياء في آن واحد: تدفقات المواد (كيف تتحرك المواد الخام والمنتجات)، وتدفقات الطاقة (كيف تُستخدم الوقود والطاقة وتُستعاد)، وتدفقات ثاني أكسيد الكربون (كيف تتولد الانبعاثات وأين تذهب). من خلال تحويل هذه التيارات الثلاثة المترابطة إلى إطار رياضي واحد، يمكنهم رؤية كيف أن تعديلًا في جزء واحد من المصنع—مثل استخدام مزيد من الخردة المعاد تدويرها—ينعكس عبر كل خطوة أخرى وفي النهاية يغيّر إجمالي الانبعاثات.

خريطة تنسيق ثلاثية جديدة

بدلًا من النظر إلى الانبعاثات قطعةً قطعة، تعامل الدراسة المصنع كشبكة مترابطة بإحكام. يربط النموذج الجديد «ثلاثي الأبعاد» بين عمليات أرضية الورشة، وتقنيات العمليات على مستوى الوسط، والسياسات المناخية الوطنية في صورة واحدة. يستخدم مصفوفات—جداول كبيرة من الأرقام—لمتابعة مقدار المادة التي تدخل وتخرج من كل عملية، ومقدار الوقود المحروق أو المستعاد، وكمية ثاني أكسيد الكربون التي ينتجها كل وحدة طاقة. بهذا الإعداد، يستطيع الباحثون اختبار العديد من أسئلة ماذا لو بسرعة، مثل «ماذا يحدث إذا زدنا نسبة الخردة المعاد تدويرها؟» أو «إلى أي حد تنخفض الانبعاثات إذا تحول محطة الطاقة من الفحم إلى الغاز الطبيعي؟»

اختبار خمس طرق لتنظيف مصنع صلب

يطبق الفريق النموذج على مصنع صلب متكامل حقيقي في الصين أنتج نحو 8.9 مليون طن من الصلب في 2022 وأصدر حوالي 18.5 مليون طن من ثاني أكسيد الكربون—أي نحو طنين من CO₂ عن كل طن صلب. ثم يحاكون خمس مسارات تحسين خطوة بخطوة. أولًا، يضاعفون حصة خردة الصلب المستخدمة في المحول لتصل إلى 30 بالمئة، وهو ما يقلل الانبعاثات بمفرده بنحو 2 مليون طن سنويًا. بعد ذلك، يقللون كمية خبث الصلب—وهو منتج نفاية يحمل المعادن الثمينة بعيدًا—حتى يحتاج إنتاج الحديد الطازج إلى كمية أقل، مما يقلص الانبعاثات أكثر. الخطوة الثالثة تستبدل بعض الخام المكلس (sinter) بحبيبات ذات جودة أعلى، ما يخفض قليلًا استهلاك الوقود والانبعاثات في الوحدات السابقة مثل المكلس والكوك.

تحويل الحرارة المهدرة والوقود الأنظف إلى مكاسب مناخية

السيناريوهان الأخيران يركّزان على الطاقة. في أحدهما، يتوقف المصنع عن حرق الغازات الفائضة في شعلات مفتوحة وبدلًا من ذلك يوجّهها لتوليد الطاقة في الموقع ولوحدات تحويل الحرارة إلى طاقة. رغم أن هذا يرفع الانبعاثات داخل ورشة توليد الكهرباء نفسها، فإنه يتجنب انبعاثات أكبر كانت ستنشأ لو اشترى المصنع كهرباء إضافية من شبكة تعتمد على الفحم بكثافة، مما يحقق صافي خفض. السيناريو الأخير يستبدل محطة الطاقة العاملة بالفحم بنظام غاز طبيعي عالي الكفاءة. وبفضل كل من الكفاءة الأعلى والمحتوى الكربوني الأدنى للغاز، يخفض هذا التغيير وحده الانبعاثات بنحو 4.66 مليون طن سنويًا—أكثر من أي إجراء فردي آخر.

ماذا يعني هذا لمستقبل أقل كربونًا

بشكل عام، يقلص الحزمة المجمعة من التغييرات المادية، وضبط العمليات، والطاقة الأنظف انبعاثات المصنع بحوالي 6.66 مليون طن سنويًا، مع كون الطاقة الأنظف وزيادة الخردة مسؤولتين عن أكثر من أربعة أخماس التخفيض الكلي. للقراء غير المتخصصين، الخلاصة أن لا توجد خدعة سحرية واحدة: تأتي التخفيضات العميقة من تنسيق ما يدخل المصنع، ومدى كفاءته في تحويله إلى صلب، وكيف يُزوَّد المصنع بالطاقة. يقدم النموذج لمديري المصانع وصانعي السياسات طريقة شفافة لرؤية أي الروافع هي الأكثر تأثيرًا وبأي ترتيب يجب سحبها. كما يقدم قالبًا يمكن للصناعات الأخرى المستهلكة للطاقة تكييفه بينما تتحرك البلدان نحو أهداف بلوغ ذروة الكربون والحياد الكربوني.

الاستشهاد: Lu, B., Hu, M., Chen, D. et al. Optimizing MAF-ENF-CO₂ coordination in steel mills: system modeling and emission reduction scenarios. Sci Rep 16, 12150 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-41172-4

الكلمات المفتاحية: خفض انبعاثات الصلب, انبعاثات صناعية, كفاءة الطاقة, خردة الصلب المعاد تدويرها, الانتقال إلى طاقة نظيفة