معرفی پروژه گوینیا؛ بهره‌برداری از انرژی باد برای تولید هیدروژن و آهن سبز
در دنیای امروز که تغییرات آب‌و‌هوایی به یکی از بزرگ‌ترین چالش‌های جوامع تبدیل شده است، صنایع سنگین مانند فولادسازی نقش کلیدی در کنترل انتشار گازهای گلخانه‌ای ایفا می‌کنند. صنعت فولاد مسئول حدود 8 درصد از انتشار جهانی دی‌اکسید کربن است که عمدتاً ناشی از فرایندهای تولید سنتی مبتنی بر زغال‌سنگ است. در این میان، پروژه گوینیا (Gwinya) به‌عنوان یک ابتکار نوآورانه، توسط شرکت CWP Global و شرکت بندر کرنر بروک (CBPC) تعریف شده است. این پروژه با بهره‌برداری از ۵ گیگاوات انرژی باد، هدف تولید هیدروژن سبز و آهن سبز را دنبال می‌کند. این همکاری که در سال ۲۰۲۴ با امضای تفاهم‌نامه‌ای اعلام شد، در بندر کرنر بروک واقع در استان نیوفاندلند و لابرادور کانادا اجرا خواهد شد. پروژه گوینیا نه‌تنها به کاهش انتشار کربن کمک می‌کند، بلکه فرصت‌های اقتصادی جدیدی برای منطقه ایجاد خواهد کرد، ازجمله ایجاد شغل و تحریک رشد محلی.
به گزارش ایلنا به نقل از روابط عمومی فولاد مبارکه، صنعت فولاد سنتی بر پایه کوره‌های بلند و استفاده از کک به‌عنوان عامل احیاکننده اکسید آهن استوار است. این فرایند نه‌تنها انرژی‌بر است، بلکه منجر به انتشار حدود ۲ تن دی‌اکسید کربن به ازای تولید هر تن فولاد می‌شود. با توجه به اهداف توافق پاریس و تعهدات جهانی برای رسیدن به انتشار صفر خالص تا سال ۲۰۵۰، انتقال به فناوری‌های سبز ضروری است. پروژه گوینیا در پاسخ به این نیاز، از انرژی باد برای تولید هیدروژن سبز استفاده می‌کند. هیدروژن سبز، که از الکترولیز آب با استفاده از برق تجدیدپذیر تولید می‌شود، جایگزین زغال‌سنگ در فرایند احیای مستقیم آهن (DRI) می‌شود. نتیجه این فرایند، تولید آهن سبز یا آهن بریکت داغ (HBI) است که انتشار کربن آن نزدیک به صفر است. این پروژه با ظرفیت ۵ گیگاوات باد، می‌تواند هیدروژن کافی برای تولید میلیون‌ها تن HBI در سال فراهم کند که این امر آن را به یکی از بزرگ‌ترین پروژه‌های انرژی و فولاد سبز در آمریکای شمالی تبدیل می‌کند. شرکت CWP Global، متخصص در توسعه انرژی‌های تجدیدپذیر و گروه CBPC، به‌عنوان بهره‌بردار بندر کرنر بروک، با تمرکز بر زیرساخت‌های بندری، این پروژه را پیش می‌برند. بندر کرنر بروک با دسترسی به آب‌های عمیق و موقعیت استراتژیک، ایدئال برای صادرات HBI به بازارهای جهانی است. این همکاری نه‌تنها فنی است، بلکه اقتصادی و زیست‌محیطی نیز محسوب می‌شود، و با اهداف کانادا برای توسعه هیدروژن سبز همخوانی چشمگیری دارد.
اساس پروژه گوینیا، تولید برق از باد با ظرفیت ۵ گیگاوات است. این پروژه احتمالاً شامل مزارع بادی ساحلی و فراساحلی خواهد بود. توربین‌های بادی مدرن، مانند مدل‌های ۱۵ مگاواتی از شرکت‌هایی مانند Vestas یا Siemens، می‌توانند در شرایط باد مناسب منطقه نیوفاندلند کارایی بالایی داشته باشند. سرعت باد متوسط در این منطقه حدود ۸ تا۱۰ متر بر ثانیه است که فاکتور ظرفیت این پلنت نیروگاهی (Capacity Factor) را به بیش از ۴۰ درصد می‌رساند. از نظر مهندسی، طراحی مزارع بادی شامل تحلیل‌های آیرودینامیکی، مدل‌سازی‌های محاسباتی CFD برای بهینه‌سازی قرارگیری توربین‌ها و سیستم‌های کنترل پیشرفته برای مدیریت نوسانات باد است. برق تولیدشده مستقیماً به واحدهای الکترولیز منتقل می‌شود تا از اتلاف انرژی جلوگیری شود. چالش اصلی، ادغام در شبکه برق است؛ برای این منظور، سیستم‌های ذخیره‌سازی مانند باتری‌های لیتیوم-یون یا هیدرو پمپ ممکن است استفاده شود، هرچند تمرکز اصلی بر تولید مستقیم هیدروژن خواهد بود.
هیدروژن سبز قلب تپنده پروژه گوینیا است. فرایند الکترولیز آب (تجزیه مولکول آب به هیدروژن و اکسیژن با نیروی الکتریسیته) با استفاده از برق بادی انجام می‌شود. دو فناوری اصلی الکترولیز عبارت‌اند از: الکترولیز قلیایی با کارایی حدود ۶۰ تا۷۰ درصد، ارزان‌تر اما کندتر است. معمولاً الکترودها از نیکل ساخته شده و الکترولیت شامل هیدروکسید پتاسیم است. روش دیگر الکترولیز غشایی پروتون (PEM) با کارایی ۷۰-۸۰ درصد، سریع‌تر و مناسب برای نوسانات برق تجدیدپذیر است. در این روش غشاء خاص اجازه عبور پروتون‌ها را می‌دهد. در پروژه گوینیا، احتمالاً ترکیبی از این دو استفاده شود تا ظرفیت ۵ گیگاوات پوشش داده شود. برای تولید یک تن هیدروژن، حدود ۵۰-۶۰ مگاوات‌ساعت برق نیاز است. بنابراین، با فرض فاکتور ظرفیت ۴۰ درصد، این پروژه می‌تواند سالانه میلیون‌ها تن هیدروژن تولید کند. از نظر مهندسی، چالش‌ها شامل خلوص هیدروژن (بیش از ۹۹.۹۹ درصد برای استفاده صنعتی)، ذخیره‌سازی (در مخازن فشار بالا یا به‌صورت مایع در دماهای بسیار پایین)، و ایمنی آن (هیدروژن قابلیت اشتعال بالایی دارد) است. سیستم‌های کنترل PLC و سنسورهای پیشرفته برای نظارت بر جریان، فشار و دما ضروری است.
فناوری تولید آهن سبز نوآوری کلیدی پروژه گوینیا محسوب می‌شود. فرایند احیای مستقیم آهن با هیدروژن (H2-DRI) شامل مراحل زیر است: آماده‌سازی سنگ‌آهن: سنگ‌آهن به‌صورت گندله یا توده (لامپ) با عیار بالای ۶۵ درصد آهن فلزی استفاده می‌شود. احیای گندله در کوره شافتی: سنگ‌آهن در کوره‌ای عمودی با جریان مخالف گاز هیدروژن گرم احیا می‌شود. راندمان احیا باید حدود ۹۰ تا ۹۵ درصد باشد. بریکت‌سازی داغ: آهن اسفنجی فشرده شده و به بریکت‌های متراکم داغ (HBI) تبدیل می‌شود تا از اکسیداسیون جلوگیری شود. از نظر مهندسی، طراحی کوره‌های MIDREX یا ENERGIRON که برای هیدروژن سازگار هستند کلیدی است. این کوره‌ها نیاز به سیستم‌های بازیافت گاز دارند تا هیدروژن مصرفی را بهینه کنند (تا ۳۰ درصد گاز بازیافت می‌شود). چالش فنی اصلی، تأمین هیدروژن خالص و مدیریت حرارت است؛ زیرا واکنش اندوترمیک است و نیاز به گرمایش خارجی دارد. در مقایسه با روش‌های سنتی، هزینه تولید HBI سبز حدود ۲۰ تا۳۰ درصد بیشتر از روش کربنی است، اما با کاهش قیمت برق تجدیدپذیر، قیمت تمام‌شده این محصول کاهش می‌یابد. پروژه‌های مشابهی در سوئد و عمان، پیشگامان این فناوری هستند و گوینیا می‌تواند از تجربیات آن‌ها بهره ببرد. علاوه بر این، ادغام با فولادسازی مجهز به کوره‌های قوس الکتریکی باعث ذوب HBI می‌شود تا فولاد سبز تولید شود. این فرایند کل زنجیره را سبز می‌کند.
بندر کرنر بروک نقش حیاتی در پروژه دارد. مهندسی بندری شامل ساخت اسکله‌های جدید برای صادرات HBI، مخازن ذخیره هیدروژن، و خطوط لوله است. تحلیل‌های ژئوتکنیکی برای پایه‌ریزی توربین‌ها و واحدهای صنعتی ضروری است. همچنین، سیستم‌های SCADA برای نظارت یکپارچه بر کل زنجیره استفاده می‌شود. چالش‌های مهندسی شامل مقاومت در برابر شرایط آب‌و‌هوایی سخت نیوفاندلند (طوفان‌ها، یخبندان) و مدیریت زنجیره تأمین است. پروژه گوینیا نمادی از ادغام مهندسی پیشرفته با پایداری است. با تمرکز بر فناوری آهن سبز، این پروژه نه‌تنها به تولید هیدروژن و آهن سبز می‌پردازد، بلکه راهی برای تحول صنعت فولاد ارائه می‌دهد. اجرای موفق آن می‌تواند کانادا را به رهبر جهانی در اقتصاد سبز تبدیل کند.
