الفيروسيليكون هو منتج من السبائك الحديدية عالي الطاقة والانبعاثات، ويواجه إنتاجه واستخدامه تحديات بيئية خطيرة. فيما يلي القضايا والتدابير البيئية الرئيسية في صناعة الفيروسيليكون:
1. ارتفاع استهلاك الطاقة وانبعاثات الكربون
مشكلة:
يتم استهلاك كل طن من الفيروسيليكون المنتجمن 8 000 إلى 9 000 كيلوواط/ساعة من الكهرباء، وهو ما يعادل8-10 طن من انبعاثات ثاني أكسيد الكربون(ويرجع ذلك أساسا إلى طاقة الفحم).
يبلغ الإنتاج العالمي السنوي من الفيروسيليكون حوالي 12 مليون طن، وهو ما يمثل أكثر من 40٪ من انبعاثات الكربون الناتجة عن صناعة السبائك الحديدية.
مشاكل
الاعتماد على الوقود الأحفوري (مثل طاقة الفحم في شمال-غرب الصين)، وهو ما يتعارض مع هدف "الكربون المزدوج".
ومن الممكن أن تؤدي آلية تعديل حدود الكربون التابعة للاتحاد الأوروبي (CBAM) إلى زيادة تكاليف التصدير.
تدابير الاستجابة
التحول إلى الطاقة النظيفة: يقع الإنتاج في المناطق ذات الموارد الغنية بالطاقة الكهرومائية، مثل النرويج وروسيا.
إنتاج الطاقة الحرارية من النفايات: يستخدم الغازات العادمة (بما في ذلك ثاني أكسيد الكربون) المنبعثة من الفرن ويستخدمها لتوليد الكهرباء، مما يقلل الاعتماد على الشبكة.
2. الانبعاثات الملوثة
الملوثات الرئيسية:
الغازات: أول أكسيد الكربون (CO)، وثاني أكسيد الكبريت (SO₂)، وأكاسيد النيتروجين (NOx).
الجسيمات: غبار السيليكا (الذي يحتوي على SiO₂) ورماد فحم الكوك، والذي يمكن أن يسبب مشاكل في الجهاز التنفسي.
يضيع: لكل طن من الفيروسيليكون200-300 كجم من الخبث، والتي يتم إلقاؤها تقليديًا في مدافن النفايات.
مشكلة
مواقد صغيرة عفا عليها الزمن (<25 000 кВА) не имеют надлежащих средств защиты окружающей среды и напрямую выбрасывают загрязняющие вещества.
حل
فرن كهربائي مغلق + نظام إزالة الغبار: تبلغ كفاءة تجميع الغبار 99%، ويستخدم مسحوق السيليكون المستعاد في إنتاج مواد البناء.
معالجة الخبث: يستخدم كبديل للحصى في بناء الطرق أو كمادة مضافة للأسمنت.
3. استهلاك المياه والتلوث
مشاكل:
عملية تبريد المياه: يتطلب تحبيب الفيروسيليكون كمية كبيرة من مياه التبريد، وتحتوي مياه الصرف الصحي على مسحوق السيليكون ومعادن ثقيلة.
مياه الصرف الصحي الحمضية: تنتج بعض الشركات مياه الصرف الصحي الحمضية (pH<3) от очистительного оборудования.
إجابة
تكنولوجيا التحبيب الجاف: تبريد الهواء بدلاً من إطفاء الماء، مما يوفر أكثر من 90% من الماء.
نظام إعادة تدوير مياه الصرف الصحي: بعد التحييد، يتم إعادة استخدام الماء للتبريد أو إزالة الغبار.
4. التأثير البيئي لاستخراج المواد الخام
أسئلة:
تعدين السيليكا: تدمير الغطاء النباتي وتآكل التربة (مثل التصحر في منطقة تعدين السيليكا في نينغشيا، الصين).
إنتاج فحم الكوك: تؤدي عملية التكويك إلى إطلاق مواد مسرطنة مثل البنزين والهيدروكربونات العطرية متعددة الحلقات.
الإجابات
التعدين المستدام: استصلاح المناطق الملغومة وتشجيع تكنولوجيا استغلال السيليكا منخفضة الجودة.
مخفض الكتلة الحيوية: تجربة استبدال فحم الكوك بالفحم النباتي وفحم قشرة جوز الهند لتقليل انبعاثات الكربون.
5. السياسة وضغوط السوق
تحديث الإطار التنظيمي:
الصين: التخلص من أفران القوس المغمورة بقدرة أقل من 25 000 كيلو فولت أمبير وتعديل الأفران ذات الانبعاثات المنخفضة للغاية بحلول عام 2025.
الاتحاد الأوروبي: لوائح REACH تحد من انبعاثات المعادن الثقيلة (الرصاص والكادميوم) والغبار.
حواجز التجارة الخضراء:
تتطلب الصناعات التحويلية (مثل السيارات وطاقة الرياح) الحصول على شهادة (على سبيل المثال، وضع العلامات EPD) لـ "الفيروسيليكون منخفض الكربون".
6. الابتكار التكنولوجي والتحديث الصناعي
(1) تكنولوجيا الصهر منخفض الكربون
اختبار تعدين الهيدروجين: استبدال جزء من فحم الكوك بالهيدروجين لتقليل انبعاثات ثاني أكسيد الكربون (المرحلة التجريبية).
استعادة البلازما: تخفيض درجة حرارة التفاعل وزيادة كفاءة الطاقة (تقليل استهلاك الطاقة بنسبة 15-20٪).
(2) الذكاء والاقتصاد الدائري
التحكم الأمثل مع الذكاء الاصطناعي: تعديل نسبة الفرن ودرجة الحرارة في الوقت الحقيقي لتقليل فقدان الطاقة (توفير الطاقة بنسبة 5 إلى 10%).
العلاقة بين الفيروسيليكون والخلايا الكهروضوئية: تستخدم بعض المصانع في نينغشيا (الصين) الخلايا الكهروضوئية لتزويد إنتاج الفيروسيليكون مباشرة.
(3) تخضير المنتجات
فيروسيليكون ذو محتوى شوائب منخفض: يقلل من التلوث الثانوي أثناء إنتاج الصلب اللاحق (على سبيل المثال انخفاض الألومنيوم FeSi75).
الفيروسيليكون المعاد تدويره: يتم إعادة تدويرها عن طريق إعادة تدوير خردة الفولاذ وخبث السيليكون مما يقلل من استهلاك الموارد الأولية.
مقارنة الأمثلة العالمية
المنطقة الفوائد البيئية التحديات
النرويج100% من الطاقة الكهرومائية، وانبعاثات كربونية منخفضة للغاية، وتكلفة عالية، وتعتمد على أسواق التصدير
الصينالإنتاج على نطاق واسع، والتكرار السريع للتكنولوجيا، والاعتماد على طاقة الفحم، والتخلص التدريجي القسري من مرافق الإنتاج الصغيرة
الهندانخفاض تكاليف العمالة ضعف الامتثال البيئي، ومشاكل التلوث الخطيرة
الاتجاهات المستقبلية
تكامل الطاقة النظيفة: ستتركز قدرة إنتاج الفيروسيليكون في المناطق الغنية بالطاقة المائية- وطاقة الرياح (على سبيل المثال، شمال أوروبا ويوننان).
تأثير الحد الأقصى والتجارة على انبعاثات الكربون: سيتعين على الشركات ذات الانبعاثات الكربونية العالية شراء البدلات، الأمر الذي سيزيد التكاليف ويجبرها على التحول.
إنتاج حلقة مغلقة: سينتقل النموذج من "الموارد - المنتجات - النفايات" إلى "الموارد - المنتجات - الموارد المتجددة."