Νέα Κινεζική Μέθοδος Παραγωγής Σιδήρου Μετατρέπει Ώρες σε Δευτερόλεπτα

Ο Σίδηρος Παραμένει ο Βασιλιάς των Μετάλλων

When discussing manufacturing innovation, the attention tends to be concentrated on high tech (ρομποτική, τρισδιάστατη εκτύπωση) or on rare metals and materials, like βασήλιο, τιτάνιο, ρόδιο, etc. (follow the links for detailed investment reports for each).

Τελικά, παρόλο που είναι σημαντικές, αυτές οι προόδους δεν αλλάζουν το γεγονός ότι η πλειονότητα των υλικών που χρησιμοποιούμε είναι πολύ πιο απλή — και κανένα μέταλλο δεν είναι τόσο απαραίτητο για τη σύγχρονη ζωή όσο ο σίδηρος.

Ο σίδηρος και το χάλυβας είναι βασικά υλικά που απαιτούνται σε τεράστιες ποσότητες για υποδομές (γέφυρες, ενισχυμένο σκυρόδεμα κ.λπ.), εφοδιαστική και μεταφορές (αυτοκίνητα, σιδηρόδρομοι, τρένα, λιμάνια, πλοία) και αμέτρητες βιομηχανικές χρήσεις (σωλήνες, αποθηκευτικές δεξαμενές, φούρνοι κ.λπ.).

Τα οξείδια του σιδήρου μπορούν να προέρχονται από μεταλλεύματα όπως η αιματίτης, η λιμόνιτη, η μαγνητίτης, η πυρίτης, η γοεθίτης και άλλα, και περίπου το 90 % όλων των μετάλλων που επεξεργάζονται σήμερα είναι σίδηρος.

Πηγή: FTM Machinery

Ευτυχώς, ο σίδηρος είναι πολύ άφθονος στη Γη (5 % του φλοιού της Γης κατά βάρος) και στο σύμπαν γενικότερα. Ωστόσο, η μετατροπή του σε χρήσιμη μορφή μπορεί να είναι πολύ ενεργοβόρα και χρονοβόρα διαδικασία. Έτσι, είναι σημαντικό νέο ότι Κινέζοι ερευνητές ανακοίνωσαν ότι βρήκαν μια μέθοδο για την ενίσχυση ενός κεντρικού βήματος στην παραγωγή σιδήρου, με παραγωγικότητα 3.600 φορές μεγαλύτερη.

Πώς Παράγεται ο Σίδηρος;

Ο καθαρός σίδηρος παράγεται από ορυκτό πλούσιο σε σίδηρο, το οποίο μετατρέπεται σε πιο καθαρό μέταλλο μέσω της διαδικασίας της τήξης.

Από το πρωτόγονο, χαμηλής θερμοκρασίας τήξης της Αρχαιότητας, αναπτύχθηκαν πιο προηγμένοι φούρνοι στη Μεσαιωνική περίοδο και στη σύγχρονη εποχή για την πιο αποδοτική παραγωγή σιδήρου σε θερμοκρασίες έως 1.400°–1.500° C (2.550°–2.700° F). Αυτός ο ζεστός, καθαρισμένος σίδηρος συχνά αποστέλλεται απευθείας στο εργοστάσιο χάλυβα για την παραγωγή χάλυβα, μειώνοντας τις απώλειες θερμότητας.

Ακόμη και με τις σύγχρονες μεθόδους, η τήξη του σιδήρου σε υψηλούς φούρνους είναι μια μακρά διαδικασία, που διαρκεί 5–6 ώρες. Αυτό την καθιστά πολύ ενεργοβόρα, καθώς η υψηλή θερμοκρασία πρέπει να διατηρείται καθ’ όλη τη διάρκεια της διαδικασίας, συνήθως με άνθρακα ή φυσικό αέριο.

Αυτό επίσης καθιστά την παραγωγή σιδήρου και χάλυβα μεγάλο καταναλωτή ορυκτών καυσίμων και εξίσου μεγάλο εκπομπό αερίων του θερμοκηπίου. Η παραγωγή σιδήρου και χάλυβα ευθύνεται για έως και 7 % των συνολικών εκπομπών CO₂, περισσότερο από ό,τι οι συνολικές εκπομπές της ΕΕ.

Σήμερα, η πλειονότητα της παγκόσμιας παραγωγής χάλυβα βρίσκεται στην Κίνα, η οποία παράγει πάνω από το 55 % της παγκόσμιας συνολικής παραγωγής χάλυβα, ακολουθούμενη από την Ινδία (7 % της συνολικής παραγωγής χάλυβα).

Πηγή: GMK Center

Τanto η Κίνα όσο και η Ινδία χρησιμοποιούν κυρίως άνθρακα για την παραγωγή σιδήρου και χάλυβα, καθιστώντας τις διαδικασίες παραγωγής τους ιδιαίτερα μεγάλους εκπομπούς CO₂.

Υδρογόνο για Αντικατάσταση του Άνθρακα;

Για την αντικατάσταση του άνθρακα, έχουν προταθεί μέθοδοι παραγωγής πράσινου χάλυβα, με την καλύτερη επιλογή να είναι η χρήση υδρογόνου αντί για άνθρακα για την επίτευξη των απαιτούμενων υψηλών θερμοκρασιών.

Το πρόβλημα είναι ότι μέχρι στιγμής, μόνο πολύ υψηλής ποιότητας ορυκτό σιδήρου μπορεί να χρησιμοποιηθεί με υδρογόνο. Φθηνότερο ορυκτό με χαμηλότερη περιεκτικότητα σε σίδηρο θα απαιτούνταν για να αντισταθμιστούν τα υψηλότερα κόστη του υδρογόνου σε σύγκριση με τον άνθρακα.

This is true, at least in blast furnaces, but a new process, called flash iron smelting, could be different.

Γρήγορος Σίδηρος

The process was described by Chinese researcher Professor Zhang Wenhai and his team in a paper published in the peer‑reviewed journal Nonferrous Metals. It claims to complete the iron‑making process in just three to six seconds, compared to the five to six hours required by traditional blast furnaces.

Η βασική ιδέα είναι ότι αντί να χρησιμοποιεί μικρές σφαίρες ορυκτού σιδήρου, το αλέει σε σκόνη πολύ μικρών σωματιδίων. Αυτό επιτρέπει στην αντίδραση που μετατρέπει το ορυκτό σιδήρου σε καθαρό σίδηρο να είναι σχεδόν άμεση, πιο παρόμοια με μια έκρηξη παρά με αργή τήξη του ορυκτού.

Αυτό οδηγεί σε γρήγορη οξείδωση του σωματιδίου σε λίγα δευτερόλεπτα.

Πηγή: MDPI

Λόγχη Δεσμού Σιδήρου

Η μείωση του ορυκτού σιδήρου σε λεπτά σωματίδια δεν αποτελεί πολύ δύσκολο βήμα ή περίπλοκη τεχνολογία. Το πολύ πιο δύσκολο είναι η ασφαλής και αποδοτική έγχυση του στον φούρνο τήξης.

Για την επίλυση αυτού του ζητήματος, η ομάδα του Καθηγητή Zhang ανέπτυξε μια λογχοφόρα δέσμη που μπορεί να εγχέει 450 τόνους σωματιδίων ορυκτού σιδήρου ανά ώρα. Ένας αντιδραστήρας εξοπλισμένος με τρεις τέτοιες λογχοφόρες παράγει ετησίως 7,11 εκατομμύρια τόνους σιδήρου.

Ακόμη πιο σημαντικό, αυτή η τεχνολογία δεν είναι μόνο πειραματικό εργαστήριο, αλλά εισέρχεται ήδη στην εμπορική παραγωγή.

Αυτό δεν ήταν επιτυχία από τη μια μέρα στην άλλη, αλλά το αποτέλεσμα μακροπρόθεσμων προσπαθειών που ξεκίνησαν το 2013 όταν η ομάδα του Zhang απέκτησε δίπλωμα ευρεσιτεχνίας για μια τεχνολογία γρήγορης τήξης ικανή να παράγει άμεσα υγρό σίδηρο. Χρειάστηκαν δέκα χρόνια για να βελτιωθεί η μέθοδος και να κλιμακωθεί σε πιλοτικό εργοστάσιο, αποδεικνύοντας ότι η ασφαλής, μεγάλης κλίμακας παραγωγή ήταν εφικτή.

Πηγή: News.com.au

Αξίζει επίσης να σημειωθεί ότι ο Καθηγητής Zhang έχει εμπειρία στην αλλαγή της μεταλλουργικής επιστήμης. Επανάσταση στην παραγωγή χαλκού με μια παρόμοια τεχνική γρήγορης τήξης που εφάρμοσε στον χαλκό τη δεκαετία του 1970. Έλαβε το πρώτο βραβείο του Εθνικού Βραβείου Προόδου Επιστήμης και Τεχνολογίας το 2000 και εκλέχθηκε στην Κινέζικη Ακαδημία Μηχανικών το 2003.

Στρατηγικοί Στόχοι της Κίνας

Εκπομπές Άνθρακα

Καθώς η Κίνα είναι η παγκόσμια ηγέτης στην παραγωγή χάλυβα, η υπερβολική εξάρτηση αυτής της διαδικασίας από τον άνθρακα έχει εμποδίσει τις φιλοδοξίες της χώρας να μειώσει τις εκπομπές άνθρακα. Επίσης, καθιστά τη βιομηχανία της εξαρτημένη σε μεγάλο βαθμό από εισαγόμενο άνθρακα, ιδιαίτερα από την Αυστραλία.

Έτσι, η Κίνα έχει ισχυρό κίνητρο να αναπτύξει εναλλακτικές μεθόδους και να τις εφαρμόσει γρήγορα, ειδικά αν επιτρέπουν τη χρήση υδρογόνου. Σε συνδυασμό με το ρόλο της ως ηγέτης στην παραγωγή πράσινης ενέργειας, η Κίνα βρίσκεται σε καλή θέση για να γίνει η ηγέτης στην παραγωγή πράσινου χάλυβα.

Αναδιαμόρφωση των Παγκόσμιων Αγορών Σιδήρου;

Ένα ακόμη χαρακτηριστικό που καθιστά αυτή τη μέθοδο μοναδική είναι ότι λειτουργεί πολύ καλά για ορυκτά χαμηλής ή μεσαίας απόδοσης. Αυτό θα μπορούσε να αναδιαμορφώσει εντελώς τις παγκόσμιες αγορές σιδήρου.

Προς το παρόν, το υψηλής ποιότητας, πλούσιο σε σίδηρο ορυκτό από την Αυστραλία αποτελεί την κύρια προμήθεια σιδήρου για τους Κινέζους φούρνους τήξης και τα εργοστάσια χάλυβα.

Πηγή: S&P Global

Εάν η γρήγορη τήξη σιδήρου με υδρογόνο χρησιμοποιηθεί για την αντικατάσταση των φούρνων υψηλής θερμοκρασίας που λειτουργούν με άνθρακα, η εγχώρια προμήθεια ορυκτού χαμηλότερης ποιότητας θα μπορούσε να χρησιμοποιηθεί αντί αυτού.

Η σχέση μεταξύ Κίνας και Αυστραλίας έχει υποχωρήσει σταθερά την τελευταία δεκαετία, παρά την εξάρτηση της Κίνας από τον αυστραλιανό σίδηρο. Για παράδειγμα, στον εμπορικό πόλεμο του 2020 με την Αυστραλία, ο σίδηρος εξαιρέθηκε από τις κυρώσεις λόγω της υψηλής εξάρτησης της χώρας από αυτόν. Έτσι, η επίλυση αυτής της ευπάθειας θα μπορούσε να θεωρηθεί στρατηγική επιταγή για την Κίνα, ανεξάρτητα από τον οικονομικό υπολογισμό.

Εταιρεία Εξόρυξης Σιδήρου

Μια μείωση του κόστους τήξης σιδήρου και των εκπομπών άνθρακα θα μπορούσε να κάνει τον χάλυβα ακόμη πιο δημοφιλές υλικό από ό,τι είναι σήμερα. Όσον αφορά την εξόρυξη, το μέγεθος και η καλή γεωλογία είναι τα πάντα, με χαμηλό κόστος παραγωγής που επιτρέπει υψηλότερα κέρδη και ασφάλεια κατά τις ύφεσες, που είναι αναπόφευκτες στις αγορές εμπορευμάτων.

Η βραζιλιάνικη εταιρεία Vale είναι ο μεγαλύτερος παραγωγός σιδήρου και νικελίου στον κόσμο, με συνολική παραγωγή 323–330 εκατομμυρίων τόνων το 2024.

Η εταιρεία είναι επίσης παραγωγός μετάλλων σχετικών με τις «ενεργειακές μεταβάσεις», όπως ο χαλκός. Ενώ αυτά τα μέταλλα μπορεί να είναι σημαντικά για το μέλλον, προς το παρόν, ο σίδηρος είναι ο πυρήνας της εταιρείας.

Η εταιρεία ήταν πιο διαφοροποιημένη στο παρελθόν, αλλά τα τελευταία χρόνια επαναπροσανατολίστηκε στον σίδηρο, έχοντας αποχωρήσει από ορυχεία άλλων μετάλλων αξίας 2 δισεκατομμυρίων δολαρίων και άλλα εμπορεύματα όπως το φοινικό λάδι.

Πηγή: Vale

Μεγάλη Βάση Περιουσιακών Στοιχείων

Vale θεωρείται μια μεσαίου μεγέθους εταιρεία υπηρεσιών, που λειτουργεί το δικό της σιδηρόδρομο, τρένα, λιμάνια και πλοία για τη μεταφορά του ορυκτού από την εξόρυξη μέχρι την παράδοση στους πελάτες.

Παράγει επίσης μεγάλο μέρος της δικής της ενέργειας, καθώς λειτουργεί σε απομακρυσμένες περιοχές και δεν μπορεί να εξαρτηθεί από την βραζιλιάνικη κυβέρνηση για την εκτέλεση του έργου της, ιδιαίτερα λόγω των τεράστιων ενεργειακών της αναγκών.

Αυτό συνήθως γινόταν με υδροηλεκτρική ενέργεια, καθώς η εξόρυξη δεν διαφέρει πολύ από την κατασκευή υδροηλεκτρικών έργων (έργα γης, διάνοιξη βράχου με εκρηκτικά, τεράστιες ποσότητες σκυροδέματος, βαριά μηχανήματα, μεγάλες κατασκευαστικές εργασίες, διαχείριση βροχής κ.λπ.).

Αυτές οι υποδομές συμπληρώνονται από το κέντρο Ε&Α της εταιρείας, τα εργαστήρια, εκατοντάδες γεωλόγους, κέντρα εκπαίδευσης κ.λπ.

Ξεπερνώντας τις Παρελθούσες Υποχρεώσεις

Ένας μεγάλος κίνδυνος για μια τεράστια εξορυκτική εταιρεία όπως η Vale είναι ένα τεράστιο ατύχημα που προκαλεί τεράστιες ζημιές.

Αυτό συνέβη το 2015, με μια τεράστια καταστροφή που προκλήθηκε μετά την κατάρρευση ενός φράγματος που κατασκεύασε η Vale. Και στη συνέχεια ένα παρόμοιο περιστατικό το 2019.

Οι πλημμύρες προκάλεσαν τη χειρότερη περιβαλλοντική καταστροφή της Βραζιλίας μέχρι σήμερα, σκότωσαν 19 άτομα και επηρέασαν 39 δήμους σε δύο πολιτείες, τα θάβοντας σε απορρίμματα εξόρυξης.

Από τότε, πολλά παρόμοια φράγματα έχουν επισκευαστεί και/ή βελτιωθεί για να αποφευχθεί άλλη καταστροφή κατά τη βροχερή περίοδο.

Η εταιρεία έχει επίσης αλλάξει τον τρόπο λειτουργίας της, επενδύοντας 2,5 δισεκατομμύρια δολάρια σε τέσσερις μονάδες φιλτραρίσματος για τη δημιουργία ξηρών απορριμμάτων (θρυμματισμένος βράχος, σκόνη και λάσπη) αντί για υγρά απόβλητα που απαιτούν φράγματα. Έτσι, στο μέλλον η εξόρυξη σιδήρου δεν θα δημιουργεί πλέον τέτοια απόβλητα που χρειάζονται φράγματα.

Η εταιρεία επίσης εργάζεται ενεργά για την αποκατάσταση της εικόνας της, επισημαίνοντας πώς η εξορυκτική της δραστηριότητα, σε συνδυασμό με ένα μεγάλο φυσικό αποθεματικό που χρηματοδοτείται από την εταιρεία, αποτελεί σημαντικό παράγοντα στη διατήρηση του βραζιλιάνικου δάσους, ενώ άλλες περιοχές μετατράπηκαν σε βοσκοτόπια στην περιοχή.

Πηγή: Vale

Συνολικά, η Vale ξεπερνά τώρα τα παρελθόντα προβλήματα με οικολογικές καταστροφές και μετατρέπεται σε ένα από τα πιο πολύτιμα περιουσιακά στοιχεία της Βραζιλίας και σε κεντρικό προμηθευτή σιδήρου για τον κόσμο, και ιδιαίτερα για την Κίνα, μια χώρα με την οποία η Βραζιλία ενισχύει τους δεσμούς της μέσω του εμπορικού δικτύου των BRICS.