शहर में वोबर्न, मैसाचुसेट्स, बोस्टन के उत्तर में एक उपनगर, सफेद कोट में इंजीनियरों और वैज्ञानिकों के एक कैडर ने एक नीयन-प्रबुद्ध प्रयोगशाला स्थान के अंदर एक डेस्क पर ईंट के आकार, गनमेटल-ग्रे स्टील सिल्लियों के एक व्यवस्थित ढेर का निरीक्षण किया।
वे जो देख रहे थे वह एक अभिनव निर्माण पद्धति का उपयोग करके बनाया गया स्टील का एक बैच था, जो कि बोस्टन मेटल, एक कंपनी जो एक दशक पहले एमआईटी से बाहर निकली थी, उम्मीद है कि सदियों से मिश्र धातु को जिस तरह से बनाया गया है, उसमें नाटकीय रूप से बदलाव आएगा। अपने अयस्क से लोहे को अलग करने के लिए बिजली का उपयोग करके, फर्म का दावा है कि वह कार्बन डाइऑक्साइड को छोड़े बिना स्टील बना सकती है, ग्रीनहाउस गैस उत्सर्जन के लिए दुनिया के सबसे खराब उद्योगों में से एक को साफ करने का मार्ग प्रदान करती है।
इंजीनियरिंग और निर्माण के लिए एक आवश्यक इनपुट, स्टील दुनिया में सबसे लोकप्रिय औद्योगिक सामग्रियों में से एक है, जिसमें . से अधिक है 2 अरब टन सालाना पैदा होता है। यह बहुतायत, हालांकि, के लिए एक भारी कीमत पर आता है वातावरण. स्टीलमेकिंग खातों के लिए 7 प्रतिशत 11 वैश्विक ग्रीनहाउस-गैस उत्सर्जन, इसे वायुमंडलीय प्रदूषण के सबसे बड़े औद्योगिक स्रोतों में से एक बनाता है। और क्योंकि उत्पादन हो सकता है वृद्धि 2050 तक एक तिहाई तक, यह पर्यावरणीय बोझ बढ़ सकता है।
यह जलवायु संकट से निपटने के लिए एक महत्वपूर्ण चुनौती है। संयुक्त राष्ट्र कहते हैं 1.5 के पेरिस जलवायु समझौते के तहत ग्लोबल वार्मिंग को 2015 डिग्री सेल्सियस के निशान के नीचे रखने के लिए औद्योगिक कार्बन उत्सर्जन में उल्लेखनीय कटौती आवश्यक है। ऐसा करने के लिए, स्टील और अन्य भारी उद्योगों से उत्सर्जन में 93 तक 2050 प्रतिशत की गिरावट होगी, के अनुसार अनुमान अंतर्राष्ट्रीय ऊर्जा एजेंसी द्वारा।
उत्सर्जन को कम करने के लिए सरकारों और निवेशकों के बढ़ते दबाव का सामना करते हुए, कई इस्पात निर्माता-जिनमें प्रमुख उत्पादक और स्टार्टअप दोनों शामिल हैं- कम कार्बन प्रौद्योगिकियों के साथ प्रयोग कर रहे हैं जो पारंपरिक कार्बन-गहन विनिर्माण के बजाय हाइड्रोजन या बिजली का उपयोग करते हैं। इनमें से कुछ प्रयास व्यावसायिक वास्तविकता के करीब हैं।
पेरिस स्थित रिसर्च थिंक टैंक आईडीडीआरआई के ऊर्जा अर्थशास्त्री क्रिस बटेल ने कहा, "हम जिस बारे में बात कर रहे हैं वह एक पूंजी-गहन, जोखिम-रहित उद्योग है जहां व्यवधान अत्यंत दुर्लभ है।" इसलिए, उन्होंने कहा, "यह रोमांचक है" कि एक ही बार में बहुत कुछ चल रहा है।
फिर भी, विशेषज्ञ सहमत हैं कि एक वैश्विक उद्योग को बदलना जो बदल गया $ 2.5 खरब 2017 में और से अधिक कार्यरत हैं 6 लाख लोग भारी प्रयास करेंगे। वैश्विक जलवायु लक्ष्यों तक पहुँचने के लिए नई प्रक्रियाओं को समय पर बढ़ाने की व्यावहारिक बाधाओं से परे, चीन के बारे में चिंताएँ हैं, जहाँ दुनिया का आधे से अधिक स्टील बनता है और जिसकी स्टील क्षेत्र को डीकार्बोनाइज़ करने की योजना अस्पष्ट है।
"निश्चित रूप से इस तरह से एक उद्योग को डीकार्बोनाइज करना आसान नहीं है," बटैले ने कहा। "लेकिन कोई चारा नहीं है। इस क्षेत्र का भविष्य — और हमारी जलवायु का — बस इसी पर निर्भर करता है।"
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आधुनिक इस्पात निर्माण में शामिल है कई उत्पादन चरण। आमतौर पर, लौह अयस्क को कुचल दिया जाता है और सिंटर (एक मोटा ठोस) या छर्रों में बदल दिया जाता है। अलग से, कोयले को बेक किया जाता है और कोक में परिवर्तित किया जाता है। अयस्क और कोक को फिर चूना पत्थर के साथ मिलाया जाता है और एक बड़े ब्लास्ट फर्नेस में डाला जाता है जहां नीचे से अत्यधिक गर्म हवा का प्रवाह होता है। उच्च तापमान के तहत, कोक जलता है और मिश्रण तरल लोहा पैदा करता है, जिसे पिग आयरन या ब्लास्ट-फर्नेस आयरन के रूप में जाना जाता है। पिघला हुआ पदार्थ तब ऑक्सीजन भट्टी में जाता है, जहां इसे शुद्ध ऑक्सीजन के साथ वाटर-कूल्ड लांस के माध्यम से विस्फोटित किया जाता है, जो कार्बन को कच्चे स्टील को अंतिम उत्पाद के रूप में छोड़ने के लिए मजबूर करता है।
1850 के दशक में पहली बार अंग्रेजी इंजीनियर हेनरी बेसेमर द्वारा पेटेंट कराया गया यह तरीका अलग-अलग तरीकों से कार्बन-डाइऑक्साइड उत्सर्जन पैदा करता है। सबसे पहले, ब्लास्ट फर्नेस में रासायनिक प्रतिक्रियाओं के परिणामस्वरूप उत्सर्जन होता है, क्योंकि कोक और चूना पत्थर में फंसे कार्बन कार्बन डाइऑक्साइड को उपोत्पाद के रूप में बनाने के लिए हवा में ऑक्सीजन के साथ बांधते हैं। इसके अलावा, जीवाश्म ईंधन को आमतौर पर ब्लास्ट फर्नेस को गर्म करने के लिए और सिंटरिंग और पेलेटिटिंग प्लांट्स को बिजली देने के लिए जलाया जाता है, साथ ही कोक ओवन, इस प्रक्रिया में कार्बन डाइऑक्साइड का उत्सर्जन करते हैं।
जितना 70 प्रतिशत दुनिया के स्टील का उत्पादन इस तरह से किया जाता है लगभग दो टन कार्बन डाइऑक्साइड उत्पादित स्टील के प्रत्येक टन के लिए। शेष 30 प्रतिशत लगभग सभी विद्युत चाप भट्टियों के माध्यम से बनाया जाता है, जो स्टील को पिघलाने के लिए विद्युत प्रवाह का उपयोग करते हैं - बड़े पैमाने पर पुनर्नवीनीकरण स्क्रैप - और है बहुत कम CO2 उत्सर्जन ब्लास्ट फर्नेस की तुलना में।
लेकिन सीमित स्क्रैप आपूर्ति के कारण, भविष्य की सभी मांगों को इस तरह से पूरा नहीं किया जा सकता है, सैन फ्रांसिस्को स्थित ऊर्जा और जलवायु नीति फर्म एनर्जी इनोवेशन में एक उद्योग कार्यक्रम निदेशक और मॉडलिंग के प्रमुख जेफरी रिसमैन ने कहा। उन्होंने कहा कि सही नीतियों के साथ, रीसाइक्लिंग 45 में वैश्विक मांग की 2050 प्रतिशत तक आपूर्ति कर सकता है। "बाकी प्राथमिक अयस्क आधारित स्टील फोर्जिंग से संतुष्ट होंगे, जहां से सबसे अधिक उत्सर्जन होता है।"
इसलिए "यदि इस्पात उद्योग गंभीर है" अपनी जलवायु प्रतिबद्धताओं के बारे में, उन्होंने कहा, "इसे सामग्री को बनाने के तरीके को मौलिक रूप से दोबारा बदलना होगा- और इसे काफी जल्दी करना होगा।"
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परीक्षण की जा रही एक वैकल्पिक तकनीक कोक को हाइड्रोजन से बदल देती है। स्वीडन में, संकर-स्टीलमेकर एसएसएबी, ऊर्जा आपूर्तिकर्ता वेटनफॉल, और एलकेएबी, एक लौह अयस्क उत्पादक के बीच एक संयुक्त उद्यम-एक ऐसी प्रक्रिया का संचालन कर रहा है जिसका उद्देश्य प्रत्यक्ष कम किए गए लौह नामक मौजूदा प्रणाली का पुन: उपयोग करना है। प्रक्रिया जीवाश्म ईंधन से कोक का उपयोग लौह अयस्क छर्रों से ऑक्सीजन निकालने के लिए करती है, जिससे स्पंज आयरन नामक एक छिद्रपूर्ण लोहे की गोली निकलती है।
इसके बजाय हाइब्रिड विधि जीवाश्म मुक्त हाइड्रोजन गैस का उपयोग करके ऑक्सीजन निकालती है। गैस इलेक्ट्रोलिसिस के माध्यम से बनाई जाती है, एक तकनीक जो विद्युत प्रवाह का उपयोग करती है - इस मामले में, एक जीवाश्म मुक्त ऊर्जा स्रोत से - पानी को हाइड्रोजन और ऑक्सीजन में अलग करने के लिए। (सबसे शुद्ध हाइड्रोजन आज से बना मीथेन के साथ, जो जलने पर CO2 पैदा करता है।) परिणामी स्पंज आयरन फिर एक इलेक्ट्रिक आर्क फर्नेस में जाता है, जहां इसे अंततः स्टील में परिष्कृत किया जाता है। प्रक्रिया एक उपोत्पाद के रूप में केवल जल वाष्प छोड़ती है।
"इस तकनीक को कुछ समय के लिए जाना जाता है, लेकिन यह अब तक केवल प्रयोगशाला में ही किया गया है," वेटनफॉल में उद्योग डीकार्बोनाइजेशन के प्रमुख मिकेल नॉर्डलैंडर ने कहा। "हम यहां क्या कर रहे हैं यह देखने के लिए कि क्या यह [औद्योगिक] स्तर पर काम कर सकता है।"
पिछले अगस्त में, Hybrit अपने पहले पड़ाव पर पहुंच गया: SSAB, जो अंतिम उत्पाद का उत्पादन और बिक्री करता है, जीवाश्म मुक्त स्टील का अपना पहला बैच दिया वाहन निर्माता वोल्वो को, जो इसे वाहन प्रोटोटाइप में इस्तेमाल करते हैं. यह व्यावसायिक पैमाने पर उत्पादन के लिए एक संयंत्र की भी योजना बना रहा है, जिसे 2026 तक पूरा करने का लक्ष्य है।
एक अन्य स्वीडिश उद्यम, H2 ग्रीन स्टील, निजी निवेशकों और मर्सिडीज-बेंज, स्कैनिया और IMAS फाउंडेशन, Ikea से जुड़े संगठन सहित निजी निवेशकों और कंपनियों से जुटाए गए $ 105 मिलियन की मदद से एक समान वाणिज्यिक-पैमाने का हाइड्रोजन स्टील प्लांट विकसित कर रहा है। कंपनी योजनाओं 2024 तक उत्पादन शुरू करने और दशक के अंत तक सालाना 5 मिलियन टन शून्य-उत्सर्जन स्टील का उत्पादन करने के लिए। हाइड्रोजन से चलने वाले स्टीलमेकिंग का परीक्षण करने वाली अन्य कंपनियों में शामिल हैं आर्सेलर मित्तल, ThyssenKrupp, तथा साल्जिटर एजी जर्मनी में; पोस्को दक्षिण कोरिया में; तथा voestalpine ऑस्ट्रिया में।
लौह अयस्क को कम करने के लिए भी बिजली का उपयोग किया जा सकता है। उदाहरण के लिए, बोस्टन मेटल ने पिघला हुआ ऑक्साइड इलेक्ट्रोलिसिस नामक एक प्रक्रिया विकसित की है, जिसमें एक वर्तमान लौह अयस्क युक्त सेल के माध्यम से चलता है। चूंकि बिजली सेल के दोनों सिरों के बीच यात्रा करती है और अयस्क को गर्म करती है, ऑक्सीजन बुलबुले (और एकत्र किया जा सकता है), जबकि लौह अयस्क तरल लोहे में कम हो जाता है जो सेल के नीचे पूल होता है और समय-समय पर टैप किया जाता है। फिर शुद्ध किए गए लोहे को कार्बन और अन्य अवयवों के साथ मिलाया जाता है।
"हम जो करते हैं वह मूल रूप से एक कम करने वाले एजेंट के रूप में बिजली के लिए कार्बन की अदला-बदली कर रहा है," कंपनी के व्यवसाय विकास के वरिष्ठ उपाध्यक्ष एडम राउवर्डिंक ने समझाया। "यह हमें पारंपरिक स्टीलमेकिंग की तुलना में कम ऊर्जा और कम चरणों में बहुत उच्च गुणवत्ता वाला स्टील बनाने की अनुमति देता है।" जब तक जीवाश्म मुक्त स्रोतों से बिजली आती है, उन्होंने कहा, इस प्रक्रिया से कोई कार्बन उत्सर्जन नहीं होता है।
उन्होंने कहा कि कंपनी, जो वर्तमान में अपनी वोबर्न सुविधा में तीन पायलट लाइनें चलाती है, अपनी प्रयोगशाला अवधारणा को बाजार में लाने के लिए काम कर रही है, पिछले साल $50 मिलियन जुटाए गए बिल गेट्स और जर्मन कार निर्माता बीएमडब्ल्यू द्वारा समर्थित ब्रेकथ्रू एनर्जी वेंचर्स सहित एक निवेशक समूह से। एक व्यावसायिक पैमाने पर प्रदर्शन संयंत्र के 2025 तक चालू होने की उम्मीद है।
एरिज़ोना स्टेट यूनिवर्सिटी में सामग्री विज्ञान और इंजीनियरिंग के प्रोफेसर श्रीधर सीतारामन ने कहा, "मुझे लगता है कि इन सभी समाधानों का स्थान, संसाधन उपलब्धता और लक्षित उत्पाद के आधार पर अपना स्थान है।" "हालांकि मुझे नहीं लगता कि अभी के लिए कोई अकेला आपको मांग को पूरा करने के लिए चांदी की गोली देगा।"
आईडीडीआरआई ऊर्जा अर्थशास्त्री बटैले ने कहा, "हाइड्रोजन एक स्थापित प्रणाली पर आधारित है और यह व्यावसायीकरण में भी आगे है।" "लेकिन एक शुद्ध-शून्य स्टील उद्योग को प्राप्त करने के लिए अधिक कार्बन-मुक्त रास्ते लगेंगे, इसलिए मुझे लगता है कि अंत में उन सभी के लिए बाजार में पर्याप्त जगह होगी।"
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हालांकि हरित इस्पात निर्माण की प्रक्रिया गति पकड़ती दिख रही है, लेकिन कई गंभीर चुनौतियों का सामना करना बाकी है। उनमें से प्रमुख अक्षय ऊर्जा बुनियादी ढांचे में बड़े पैमाने पर विस्तार है, जो कि इन नए तरीकों के लिए एक उद्योग-व्यापी बदलाव होगा, कोलोराडो स्थित गैर-लाभकारी संस्था के वरिष्ठ प्रिंसिपल थॉमस कोच ब्लैंक ने कहा। रॉकी पर्वत संस्थान. उनका अनुमान है कि मौजूदा प्राथमिक इस्पात उत्पादन को विद्युतीकृत करने के लिए दुनिया को वर्तमान में स्थापित सौर और पवन ऊर्जा स्रोतों के तीन गुना तक की आवश्यकता होगी।
एक और बाधा लागत है। बिजली या हाइड्रोजन पर स्विच करने के लिए नए संयंत्रों को स्थापित करने और पुराने को फिर से निकालने के लिए भारी मात्रा में पूंजीगत व्यय की आवश्यकता होगी। स्वच्छ हाइड्रोजन विधि के मामले में, स्टील के लिए मूल्य टैग काफी हद तक बढ़ जाएगा क्योंकि स्टील उत्पादक कम लागत वाले हाइड्रोजन के बजाय कम लागत वाले कोकिंग कोल के करीब स्थित हैं, कोच ब्लैंक ने बताया। "ये अग्रिम लागत कम से कम शुरुआत में स्टील और अंतिम उत्पादों दोनों की कीमत को बढ़ाएगी।"
सैन फ्रांसिस्को में विश्लेषक, रिसमैन के अनुसार, आपूर्ति और मांग दोनों पक्षों पर कानून उन उच्च लागतों को ऑफसेट करने और हरित प्रौद्योगिकियों में अधिक निवेश को प्रोत्साहित करने में मदद कर सकता है। सरकारें, उन्होंने कहा, नामित निर्माण सामग्री के निम्न-कार्बन संस्करणों का उपयोग करने के लिए राज्य-वित्त पोषित परियोजनाओं की आवश्यकता के द्वारा भवन और बुनियादी ढांचे के लिए कम कार्बन स्टील के उपयोग को प्रोत्साहित कर सकती है। वे उन नीतियों को भी लागू कर सकते हैं जो उन देशों से खरीदना अधिक महंगा बनाती हैं जहां उत्सर्जन पर नियम कम कड़े हैं। इससे घरेलू उत्पादकों को "प्रतिस्पर्धी बने रहने" में मदद मिलेगी क्योंकि स्वच्छ स्टील के लिए बाजार "बढ़ता है और नई उत्पादन प्रक्रियाएं पैमाने की अर्थव्यवस्थाओं को प्राप्त करती हैं," रिसमैन ने कहा।
शायद सबसे बड़ा रोड़ा चीन है, जहां के बारे में 90 प्रतिशत ब्लास्ट फर्नेस का उपयोग करके इस्पात उत्पादन प्राप्त किया जाता है। सितंबर 2020 में राष्ट्रपति शी जिनपिंग की घोषणा कि देश का लक्ष्य 2060 तक कार्बन न्यूट्रल बनना है। घरेलू स्टील मिलों से होने वाले प्रदूषण को कम करने के प्रयास में, जो लगभग 15 प्रतिशत के लिए खाता देश के समग्र कार्बन उत्सर्जन में, बीजिंग ने भी वचन दिया है 2030 तक चरम इस्पात उत्सर्जन प्राप्त करना. फिर भी, चीन में 18 के पहले छह महीनों में ही 2021 नई विस्फोट-भट्ठी परियोजनाओं की घोषणा की गई, अनुसार हेलसिंकी स्थित अनुसंधान समूह सेंटर फॉर रिसर्च ऑन एनर्जी एंड क्लीन एयर।
रिसमैन ने कहा, स्टील डीकार्बोनाइज करने के लिए सबसे महत्वपूर्ण और चुनौतीपूर्ण उद्योगों में से एक है, इसलिए इस पर वैश्विक समन्वय से बहुत मदद मिलेगी।
बोस्टन में वापस, रॉवर्डिंक, बोस्टन मेटल की फैक्ट्री लाइनों का सर्वेक्षण करते हुए, सहमत हुए। "यह एक शानदार चुनौती है जिसका हम सामना कर रहे हैं," उन्होंने कहा। लेकिन, उन्होंने कहा, "हम दिखा रहे हैं कि समाधान मौजूद हैं- और काम करते हैं।"
यह आलेख मूलतः पर प्रकाशित हुआ था Undark। को पढ़िए मूल लेख.
छवि क्रेडिट: टिनेके सेलेज़र्नी / विकिमीडिया कॉमन्स
