Yeni Çin Demir Üretim Yöntemi Saatleri Saniyelere Dönüştürüyor

Demir Hâlâ Metallerin Kralıdır

When discussing manufacturing innovation, the attention tends to be concentrated on high tech (robotik, 3D baskı) or on rare metals and materials, like tungsten, titanyum, rodyum, etc. (follow the links for detailed investment reports for each).

Sonuç olarak, önemli olsalar da, bu gelişmeler kullandığımız malzemelerin çoğunun çok daha basit olduğu gerçeğini değiştirmez—ve hiçbir metal, modern yaşam için demir kadar vazgeçilmez değildir.

Demir ve çelik, altyapı (köprüler, güçlendirilmiş beton vb.), lojistik ve ulaşım (arabalar, demiryolları, trenler, limanlar, gemiler) ve sayısız endüstriyel kullanım (borular, depolama tankları, fırınlar vb.) için büyük miktarlarda gerekli temel malzemelerdir.

Demir oksitleri hematit, limonit, manyetit, pirit, goetit gibi minerallerden elde edilebilir ve günümüzde rafine edilen tüm metalllerin yaklaşık %90’ı demirdir.

Kaynak: FTM Machinery

Neyse ki, demir Dünya’da (kütle olarak kabuğun %5’i) ve evrende oldukça bol bulunur. Ancak, demiri kullanılabilir bir forma dönüştürmek çok enerji yoğun ve zaman alıcı bir süreç olabilir. Bu yüzden, Çinli araştırmacıların demir üretimindeki merkezi bir adımı 3.600 kat artıran bir yöntem bulduklarını duyurması büyük bir haber. Çinli araştırmacılar, demir üretimindeki merkezi bir adımı 3.600 kat artıran bir yöntem bulduklarını duyurdu.

Demir Nasıl Üretilir?

Saf demir, demir açısından zengin cevherden üretilir ve bu cevher eritme süreciyle daha saf metal haline getirilir.

Antik çağın ilkel, düşük sıcaklıklı eritme fırınlarından, Orta Çağ ve modern zamanlarda daha gelişmiş fırınlar geliştirilerek demiri 1.400°‑1.500° C (2.550°‑2.700° F) gibi yüksek sıcaklıklarda daha verimli üretildi. Bu sıcak, saflaştırılmış demir genellikle ısı kaybını azaltmak için doğrudan çelik fabrikasına gönderilir.

Modern yöntemlerle bile, yüksek fırınlarda demir eritme uzun bir süreçtir ve 5‑6 saat sürer. Bu, tüm süreç boyunca yüksek sıcaklığın korunması gerektiği için çok enerji tüketir; genellikle kömür ya da doğal gazla sağlanır.

Bu aynı zamanda demir ve çelik üretimini fosil yakıtların büyük bir tüketicisi ve sera gazı emisyonlarının da büyük bir kaynağı yapar. Demir ve çelik üretimi toplam CO2 emisyonlarının %7’sine kadar sorumludur, bu AB’nin tüm emisyonlarından daha fazladır.

Bugün, küresel çelik üretiminin büyük kısmı Çin’de gerçekleşmekte ve dünya çelik üretiminin %55’inden fazlasını üretmektedir; ardından %7 ile Hindistan gelmektedir.

Kaynak: GMK Center

Hem Çin hem de Hindistan, demir ve çelik üretiminde çoğunlukla kömür kullandıkları için üretim süreçleri özellikle büyük CO2 emisyonu yaratmaktadır.

Hidrojen Kömürün Yerine Geçebilir mi?

Kömürü ikame etmek için, gerekli yüksek sıcaklıklara ulaşmak amacıyla kömür yerine hidrojen kullanmayı öneren yeşil çelik üretim yöntemleri önerilmiştir; en iyi aday bu yöntemdir.

Sorun şu ki, şu ana kadar sadece çok yüksek kaliteli demir cevheri hidrojenle kullanılabiliyor. Hidrojenin kömüre göre daha yüksek maliyetini dengelemek için daha düşük demir içeriğine sahip daha ucuz cevher gerekecektir.

Bu, en azından yüksek fırınlarda doğrudur, ancak ‘flash demir eritimi’ adı verilen yeni bir süreç farklı olabilir.

Flash Demir

Bu süreç, Çinli araştırmacı Profesör Zhang Wenhai ve ekibi tarafından hakemli dergi Nonferrous Metals’te yayınlanan bir makalede tanımlanmıştır. Geleneksel yüksek fırınların gerektirdiği beş‑altı saate kıyasla demir üretim sürecini sadece üç‑altı saniyede tamamladığını iddia etmektedir.

Temel fikir, küçük demir cevheri peletleri yerine çok ince toz parçacıklarına öğütmektir. Bu, demir cevherinin saf demire dönüşüm reaksiyonunun neredeyse anında gerçekleşmesini sağlar; bir erime sürecinden çok bir patlamaya benzer.

Bu, parçacığın birkaç saniye içinde ani bir oksidasyonuna yol açar.

Kaynak: MDPI

Demir Vorteks Mızrağı

Demir cevherini ince parçacıklara indirgemek çok zor bir adım ya da karmaşık bir teknoloji değildir. Daha zor olanı ise bunu eritmeye güvenli ve verimli bir şekilde enjekte etmektir.

Bu sorunu çözmek için Prof. Zhang’ın ekibi, saat başına 450 ton demir cevheri parçacığı enjekte edebilen bir vorteks mızrağı geliştirdi. Üç adet bu tip mızrakla donatılmış bir reaktör yılda 7,11 milyon ton demir üretmektedir.

Dahası, bu teknoloji sadece bir laboratuvar deneyi değil, zaten ticari üretime giriyor.

Bu bir gecelik başarı değildi; 2013’te Zhang’ın ekibi, doğrudan sıvı demir üretebilen bir flash eritme teknolojisi için patent aldığında başlayan uzun vadeli çabaların sonucudur. Yöntemi iyileştirmek ve pilot tesise ölçeklendirmek on yıl sürdü ve güvenli, büyük ölçekli üretimin mümkün olduğunu gösterdi.

Kaynak: News.com.au

Prof. Zhang ayrıca metalurji bilimini değiştirme konusunda deneyime sahiptir. 1970’lerde bakıra uyguladığı benzer bir flash eritme tekniğiyle bakır üretimini devrim niteliğinde değiştirdi. 2000 yılında Ulusal Bilim ve Teknoloji İlerleme Ödülü’nün birincilik ödülünü aldı ve 2003’te Çin Mühendislik Akademisi’ne seçildi.

Çin’in Stratejik Hedefleri

Karbon Emisyonları

Çin, çelik üretiminde küresel lider olduğu için, bu sürecin kömüre aşırı bağımlılığı ülkenin karbon emisyonlarını azaltma hedeflerini engellemektedir. Ayrıca, endüstrisini özellikle Avustralya’dan ithal edilen kömürlere büyük ölçüde bağımlı kılmaktadır.

Bu nedenle, Çin alternatif yöntemler geliştirmek ve bunları hızlıca uygulamak için güçlü bir teşviğe sahiptir; özellikle hidrojenin kullanımı mümkünse. Yeşil enerji üretiminde lider konumuyla birleştiğinde, Çin yeşil çelik üretiminde lider olma yolunda iyi bir konumdadır.

Küresel Demir Pazarlarını Yeniden Şekillendirme?

Bu yöntemi benzersiz kılan bir diğer şey, düşük ya da orta verimli cevherlerde çok iyi çalışmasıdır. Bu, küresel demir pazarlarını tamamen yeniden şekillendirebilir.

Şu anda, Avustralya’dan gelen yüksek kaliteli, demir açısından zengin cevher, Çinli eritme tesisleri ve çelik fabrikalarına demirin temel kaynağını oluşturmaktadır.

Kaynak: S&P Global

Hidrojenle flash demir eritimi, kömürle çalışan yüksek fırınların yerine kullanılırsa, yerel olarak daha düşük kaliteli demir cevheri temini kullanılabilir.

Çin ve Avustralya arasındaki ilişki son on yılda sürekli olarak kötüleşti, Çin’in Avustralya demirine bağımlılığına rağmen. Örneğin, 2020’deki Çin-Avustralya ticaret savaşında, ülkenin demire yüksek bağımlılığı nedeniyle demir yaptırımlardan hariç tutuldu. Bu nedenle, bu kırılganlığı çözmek Çin için ekonomik hesaplamalardan bağımsız olarak stratejik bir zorunluluk olarak görülebilir.

Demir Madenciliği Şirketi

Demir eritme maliyetleri ve karbon emisyonlarındaki bir azalma, çeliği bugün olduğundan daha popüler bir malzeme haline getirebilir. Madencilikte ölçek ve iyi jeoloji her şeydir; düşük üretim maliyetleri, emtia piyasalarında kaçınılmaz olan durgunluklarda daha yüksek kar ve güvenlik sağlar.

Brezilyalı şirket Vale, dünyadaki en büyük demir ve nikel üreticisidir, 2024’te toplam 323‑330 milyon ton üretildi.

Şirket ayrıca bakır gibi “enerji geçişleri” için önemli metalleri de üretmektedir. Bu metaller gelecekte önemli olabilir, ancak şu anda demir şirketin çekirdeğidir.

Şirket geçmişte daha çeşitlendirilmişti ancak son yıllarda demire odaklandı; çeşitli diğer metal madenlerinden ve palm yağı gibi diğer emtialardan 2 milyar dolar değerinde varlıklarını sattı.

Kaynak: Vale

Geniş Varlık Tabanı

Vale, orta ölçekli bir hizmet şirketi olarak, cevheri çıkarımdan müşterilere taşıma sürecinde kendi demiryolu, tren, liman ve gemilerini işletmektedir.

Ayrıca, uzak bölgelerde faaliyet gösterdiği ve Brezilya hükümetine işini düzgün yapması için güvenemediği için, büyük enerji gereksinimlerini karşılamak amacıyla kendi enerjisini büyük ölçüde üretmektedir.

Bu genellikle hidroelektrik ile yapılır; çünkü madencilik işi, hidroelektrik inşaatıyla (toprak işleri, patlayıcılarla kaya kazma, büyük miktarda beton, ağır makineler, mega inşaat projeleri, yağmur yönetimi vb.) pek farklı değildir.

Bu altyapılar, şirketin Ar&D merkezi, laboratuvarları, yüzlerce jeolog, eğitim merkezleri vb. ile tamamlanmaktadır.

Geçmiş Sorumlulukların Üstesinden Gelmek

Vale gibi büyük bir madencilik şirketinde büyük bir risk, büyük hasara yol açan büyük bir kazadır.

Bu, 2015’te Vale tarafından inşa edilen bir barajın çökmesinin ardından meydana gelen büyük felakette oldu. Ardından 2019’da benzer bir olay gerçekleşti.

Sel, Brezilya’nın bugüne kadarki en kötü çevre felaketine yol açtı, 19 kişinin ölümüne ve iki eyalette 39 belediyenin etkilenmesine, onları madencilik atıklarıyla gömülmesine neden oldu.

O zamandan beri, benzer birçok baraj onarılmış ve/veya iyileştirilerek yağmur sezonunda başka bir felaketin önüne geçilmiştir.

Şirket ayrıca operasyon şeklini değiştirdi; dört filtrasyon tesisine 2,5 milyar dolar yatırım yaparak, baraj gerektiren ıslak atıklar yerine kuru tailing (ezilmiş kaya, toz ve çamur) üretmektedir. Böylece gelecekte demir madenciliği, baraj gerektiren atık üretmeyecek.

Şirket ayrıca imajını aktif olarak onarmakta, madencilik faaliyetinin şirket tarafından finanse edilen büyük bir doğal rezervle birleştiğinde Brezilya yağmur ormanının korunmasına büyük katkı sağladığını, bölgedeki diğer alanların otlaklara dönüştüğünü vurgulamaktadır.

Kaynak: Vale

Genel olarak, Vale artık ekolojik felaketlerle ilgili geçmiş sorunların üstesinden gelerek Brezilya’nın en değerli varlıklarından ve dünyaya, özellikle Çin’e demir tedarik eden merkezi bir sağlayıcı haline geliyor; Brezilya, BRICS ticari ağı aracılığıyla Çin ile daha derin bağlar kurmaktadır.