ב

אחת השכונות הצפוניות של בוסטון, בתוך מעבדה מוצפת אור ניאון, ניצבת קבוצה של מהנדסים ומדענים, לבושים בחלוקים לבנים, ובוחנת ערמה מסודרת של מטילי פלדה כסופים־אפורים גדולים כלבֵנים, שמוצגת על שולחן. לבני הפלדה הללו יוצרו באמצעות טכנולוגיה חדשנית — כזו שבבוסטון מטאל, חברה שהוקמה ב־MIT, מקווים שתשנה באופן דרמטי את הדרך שבה פלדה נוצרה במשך מאות שנים. הטכנולוגיה של בוסטון מטאל משתמשת בחשמל כדי להפריד את הברזל מעפרת הברזל, באופן שמאפשר ייצור פלדה נקי מפליטות של פחמן דו־חמצני. אם היוזמה תצליח, היא תאפשר לנקות את אחת התעשיות המזהמות ביותר בעולם, בעיקר בכל הקשור לפליטות גזי חממה.

פלדה היא סגסוגת שעשויה כמעט כולה מברזל עם תוספת כמות זעומה של פחמן (ולעתים גם יסודות אחרים), ומיוצרת ישירות מעפרות ברזל, לרוב באמצעות כבשנים. מדובר באחד החומרים התעשייתיים הפופולריים ביותר בעולם, ומרכיב חיוני בענפי ההנדסה והבנייה. בהתאם, מדי שנה מיוצרים בעולם כ־2 מיליארד טונות של פלדה. אלא שלשפע הזה מתלווה תג מחיר סביבתי גבוה: ייצור הפלדה אחראי ל־7%–11% מפליטות גזי החממה העולמיים, מה שהופך אותו לאחד המקורות התעשייתיים המרכזיים בזיהום האטמוספרה — והתחזית היא שלנוכח הביקוש, היקף הייצור עוד עלול לצמוח בשליש עד 2050, כך שהנטל הסביבתי רק יגדל.

קצב הייצור הזה מקשה את המאמצים לפתור את משבר האקלים. לפי האו"ם, כדי להגביל את התחממות כדור הארץ לעלייה של 1.5 מעלות צלסיוס בטמפרטורה הממוצעת, כפי שנקבע בהסכם פריז מ־2015, נדרשת הפחתה משמעותית של פליטות פחמן תעשייתיות. בהתאם, סוכנות האנרגיה הבינלאומית מעריכה כי כמות הפליטות מענף ייצור הפלדה, ומתעשיות כבדות אחרות, תיאלץ להיחתך ב־93% עד 2050.

לנוכח הלחץ הגובר מצד ממשלות ומשקיעים להפחית את הפליטות, כמה יצרניות פלדה, ובהן יצרניות גדולות וחברות סטארט־אפ, מתנסות בטכנולוגיות חדשניות המתבססות על שימוש במימן או בחשמל — במקום בשיטה המקובלת, שמחייבת שימוש נרחב בפחמן. חלק מהמאמצים הללו עשויים להפוך למציאות מסחרית כבר בקרוב. "זה מרגש שדברים רבים כל כך קורים בו־זמנית, כי אנחנו מדברים על תעשייה עתירת השקעות שנמנעת מסיכונים, ושמהפכות בה נדירות ביותר", אומר כריס בטאי, כלכלן בתחום האנרגיה במכון המחקר הפריזאי IDDRI (המכון לפיתוח בר־קיימא ויחסים בינלאומיים).

ועם זאת, מומחים מסכימים ששינוי נרחב כזה בתעשייה עולמית, שגלגלה יותר מ־2.5 טריליון דולר ב־2017 ומעסיקה יותר מ־6 מיליון אנשים, יחייב מאמץ עילאי. מעבר לאתגרים הטכניים הנובעים מהרחבת תהליכים חדשניים כדי לעמוד במועד שהוצב ליעדי האקלים, ישנם גם חששות לגבי סין, שכוונותיה בעניין המאמץ לצמצם את היקף פליטות הפחמן של סקטור הפלדה נותרו עמומות. "זה לא יהיה פשוט לנקות תעשייה שכזו מפחמן, אבל אין לנו ברירה", אומר בטאי: "עתידם של הענף ושל האקלים שלנו תלוי בכך".

ג'פרי ריסמן, מכון המחקר Energy Innovation: "ממשלות יכולות לדרוש שפרויקטים ממשלתיים ישתמשו בפלדה ירוקה, וכך לתמרץ את ענפי הבנייה והתשתיות לעבור לשימוש בפלדה כזו. הן יכולות גם לקבוע מדיניות שתייקר את רכישת הפלדה ממדינות שבהן תקנות הפליטה גמישות מדי"

"מיחזור לא יענה אפילו על חצי מהביקוש. יש למצוא דרך אחרת"

תהליך הייצור המודרני של פלדה כולל כמה שלבים. בדרך כלל טוחנים את עפרת הברזל, שהיא חומר הגלם העיקרי, והופכים אותה לגושים או גרגירים בתהליך שנקרא סינטור. בתהליך נפרד אופים פחם עד שהוא הופך לקוק (Coke, חומר דלק עתיר פחמן המיוצר מפחם שעבר זיקוק). עפרות הברזל והקוק מעורבבים יחד עם אבן גיר ומוזנים לתוך כבשן ייעודי גדול ("תנור רם"), שאליו מוזרם אוויר לוהט. בחום העז שנוצר נשרף הקוק, והתערובת מייצרת ברזל גולמי נוזלי, המוכר בשם ברזל גולמי. החומר הנוזלי מועבר לכבשן חמצן ושם הוא מופגז בחמצן טהור באמצעות צינור מצונן במים — תהליך שגורם לניקוי החומר מפחמן, כך שהמוצר הסופי הוא פלדה גולמית.

תהליך זה, שפותח בשנות ה־50 של המאה ה־19, גורם לפליטות של פחמן דו־חמצני בכמה דרכים. ראשית, התגובה הכימית בתנור הרם גורמת לכך שהפחמן, שהיה לכוד בקוק ובאבן הגיר, מתמזג עם חמצן באוויר ליצירת פחמן דו־חמצני כתוצר לוואי. נוסף על כך, חימום הכבשנים, כמו גם הפעלת מפעלי סינטור וקוק, מסתייעים באנרגיה המופקת משרפת דלקי מאובנים (פחם, נפט או גז) — תהליך שמוביל גם הוא לפליטת פחמן דו־חמצני.

השיטה הזו משמשת להפקת כ־70% מהפלדה בעולם, וגורמת לפליטה של כמעט 2 טונות של פחמן דו־חמצני על כל טונה של פלדה. ה־30% הנותרים מיוצרים כמעט כולם בכבשני קשת חשמלית, שבהם משתמשים במעגל חשמלי כדי להמיס פלדה (לרוב ממתכות למיחזור), ושפולטים פחות פחמן דו־חמצני מאשר תנור רם — "אבל כיוון שמלאי המתכות למיחזור מוגבל, שיטה זו לא תוכל לענות על כל הביקוש העתידי", אומר ג'פרי ריסמן, בכיר ב־Energy Innovation, מכון מחקר למדיניות אנרגיה ואקלים. לדבריו, מדיניות יעילה יכולה להביא לכך שמיחזור יספק כ־45% מהביקוש העולמי עד 2050. "השאר יסופק מעפרות ברזל, משם מגיעות רוב הפליטות. כך שאם תעשיית הפלדה מתייחסת ברצינות למחויבותה בעניין האקלים, יהיה עליה לעצב מחדש, מן היסוד, את הדרך שבה היא מייצרת את החומר — ולעשות זאת במהירות".

משלוח ראשון של פלדה ירוקה כבר נמסר לוולוו

אחת מהטכנולוגיות האלטרנטיביות שנבחנות כעת מחליפה את הקוק במימן. היבריט (Hybrit, ראשי תיבות של Hydrogen Breakthrough Ironmaking Technology, "טכנולוגיה מימנית פורצת דרך להפקת ברזל"), מיזם שבדי המשותף ליצרנית הפלדה SSAB, ספקית האנרגיה ווטנפל (Vattenfall) ומפיקת עפרת הברזל LKAB, מפתח אלטרנטיבה לגישה שבה משתמשים בדלקי מאובנים כדי לחלץ את החמצן מכדוריות של עפרת ברזל. התוצאה היא ברזל נקבובי המכונה "ברזל ספוגי" (Sponge Iron).

בשיטה שמפותחת בהיבריט, לעומת זאת, החמצן מחולץ מעפרת הברזל בעזרת מימן. המימן הזה מופק באמצעות אלקטרוליזה, שימוש בזרם חשמלי — במקרה זה, ממקור אנרגיה ירוק — כדי להפריד מים למימן ולחמצן (זאת בניגוד לתהליך הרווח יותר של הפקת מימן, שמסתייע בשרפת מתאן שפולטת פחמן דו־חמצני). הברזל הספוגי שמתקבל בתהליך מוכנס לכבשן קשת חשמלית, שם מופקת ממנו פלדה. תוצר הלוואי היחיד של התהליך הוא פליטת אדי מים.

"הטכנולוגיה הזו מוכרת כבר זמן מה, אך עד כה היא בוצעה רק במעבדה", אמר מיכאל נורדלנדר, בכיר בווטנפל שתפקידו לצמצם את פליטות הפחמן בענף. "מה שאנו עושים בהיבריט הוא לבחון אם היא יכולה לעבוד גם ברמת התעשייה כולה".

אבן הדרך הראשונה של המיזם הושגה באוגוסט האחרון, כאשר SSAB, שמפיקה את התוצר הסופי ומשווקת אותו, סיפקה ליצרנית הרכב וולוו משלוח ראשון של פלדה ירוקה, ששימשה אותה לבניית אבות טיפוס לדגמים שלה. SSAB מתעתדת להשלים עד 2026 את הקמתו של מפעל לייצור פלדה ירוקה בקנה מידה מסחרי.

מיזם שבדי נוסף, ששמו H2 Green Steel, מפתח גם הוא מפעל לייצור מימני של פלדה בהיקף מסחרי — במקרה זה, בעזרת 105 מיליון דולר שגויסו ממשקיעים, בהם גם חברות כמו מרצדס־בנץ, סקאניה (חברה שבדית לייצור משאיות, בבעלות קבוצת פולקסווגן) ו־IMAS Foundation, קרן המקושרת לאיקאה ומתמקדת בהשקעות ירוקות. ב־H2 מתעתדים להתחיל בייצור עד 2024, ולהגיע עד 2030 לכושר הפקה של 5 מיליון טונות של פלדה ירוקה בשנה. חברות נוספות הבוחנות ייצור פלדה באמצעות מימן כוללות את ארסלור־מיטאל, תיסנקרופ וזאלצגיטר בגרמניה, פּוֹסקו בדרום קוריאה ופוּסטאלפינֵה באוסטריה.

חשמל יכול לשמש גם להפחתת השימוש בעפרת ברזל. בוסטון מטאל, למשל, פיתחה תהליך ששמו אלקטרוליזת תחמוצת מותכת (Molten Oxide Electrolysis): זרם חשמלי מועבר בתא המכיל עפרת ברזל, מלהיט אותה וגורם לבעבוע של החמצן, שנאסף ומסולק. הברזל המותך שנותר בתא מצטבר בקרקעיתו, נאסף, ואז מעורבב עם פחמן ורכיבים אחרים ליצירת פלדה.

"למעשה, אנחנו מחליפים את הפחמן בחשמל, כסוכן בתהליך של הפחתת רמת החמצון", מסביר אדם ראוורדינק, סמנכ"ל פיתוח עסקי בחברה. "זה מאפשר לנו לייצר פלדה איכותית מאוד, תוך שימוש בפחות אנרגיה ובפחות שלבים מאשר ייצור פלדה מסורתי". לדבריו, כל עוד האנרגיה מגיעה ממקורות ירוקים, התהליך לא מייצר שום פליטת פחמן.

ראוורדינק אמר עוד כי החברה, שבשלב זה מפעילה שלושה קווי ייצור ניסיוניים במפעל בפרברי בוסטון, פועלת להפיכת השיטה למסחרית בעזרת 50 מיליון דולר שגויסו מקבוצת משקיעים שכוללת את ב.מ.וו ואת קבוצת Breakthrough Energy, שהקים ביל גייטס ושפועלת לפיתוח מקורות אנרגיה חליפיים. בחברה מתעתדים לפתוח מפעל ראשון בקנה מידה מסחרי עד 2025.

"אני מאמין שיש מקום לכל הפתרונות הללו, בהתחשב במיקום, בזמינות המשאבים ובתוצר המיועד", אומר פרופ' סרידהר סיתאראמן, מרצה להנדסת חומרים באוניברסיטת אריזונה סטייט. "אולם, איני חושב שבשלב זה חברה אחת לבדה יכולה לספק פתרון פלא שיספק את כל הביקוש".

"לגישה המשתמשת במימן יש יתרון, מכיוון שהיא מבוססת על טכנולוגיה קיימת, ושהיא בשלה יותר למסחור", הוסיף בטאי מ־IDDRI. "אך הפיכת תעשיית פלדה לכזו שאין בה כל פליטת מזהמים תדרוש מציאת גישות נוספות, כך שלהערכתי, יימצא בשוק די מקום לכולם".

הנעלם הגדול: מה תעשה סין, המייצרת חצי מהפלדה בעולם

אף שתהליכי ייצור ירוקים של פלדה צוברים תנופה, ניצבים בדרכם עוד כמה אתגרים רציניים. "האתגר הקשה ביותר הוא שמעבר של הענף כולו לשיטות ייצור חדשות יחייב פריסה רחבה של תשתיות אנרגיה מתחדשות", אומר תומאס קוך־בלנק, חוקר בכיר במכון רוקי מאנטן, מלכ"ר מקולורדו. להערכתו, כדי להפוך את ייצור הפלדה למבוסס חשמל, העולם יידרש לשלש את כמות המתקנים להפקת אנרגיה סולארית ואנרגיית רוח.

מכשול נוסף הוא העלויות. מעבר לחשמל או מימן יחייב הוצאות עצומות על הקמת מפעלים חדשים ושדרוג הישנים. "במקרה של שיטת הייצור המימני, תג המחיר של הפלדה יעלה, בעיקר כיוון שרוב מפעלי הייצור ממוקמים בסמוך לאתרי הפקה של קוק, ולא בסמוך לתשתיות מימן", מעריך קוך־בלנק. "העלויות של מעבר לתשתיות מימן יגרמו לעלייה במחירי הפלדה ומוצריה הסופיים, לפחות בשלב הראשוני".

לפי ריסמן, חקיקה הן בצד ההיצע והן בצד הביקוש תוכל לסייע בקיזוז חלק מהעלויות הגבוהות הללו, ולעודד השקעות נוספות בטכנולוגיות ירוקות. "ממשלות יכולות לדרוש שפרויקטים ממשלתיים ישתמשו בפלדה ירוקה, ובאופן זה לתמרץ את ענפי הבנייה והתשתיות לעבור לשימוש בפלדה כזו. הממשלות יכולות גם ליישם מדיניות שתייקר את רכישת הפלדה ממדינות שבהן תקנות הפליטה גמישות יותר. מהלכים כאלה יסייעו ליצרנים מקומיים להישאר תחרותיים, בעת שהשוק לפלדה ירוקה יתרחב והליכי הייצור החדשים ירוויחו את יתרון הגודל".

המכשול הגדול ביותר הוא, ככל הנראה, סין, שמייצרת יותר ממחצית התפוקה העולמית של פלדה, 90% ממנה באמצעות תנור רם. בספטמבר 2020 הכריז נשיא סין, שי ג'ינפינג, כי המדינה הציבה יעד של ניטרליות פחמנית עד 2060. במאמץ לצמצם את הפליטות ממפעלי הפלדה המקומיים, שאחראים לכ־15% מפליטות הפחמן בסין, הממשל התחייב גם כי עד 2030, לכל המאוחר, סין תעבור להפחתה בפליטות מייצור פלדה. ועם זאת, בששת החודשים הראשונים של 2021 הכריזו בסין על 18 פרויקטים חדשים המערבים שימוש בתנור רם, כך מדווח המרכז למחקר על אנרגיה ואוויר נקי, גוף מחקר מהלסינקי.

תעשיית הפלדה היא אחת החשובות והמאתגרות ביותר במאמץ להפחתת פליטות הפחמן, אומר ריסמן, ולפיכך שיתופי פעולה עולמיים בתחום יסייעו משמעותית לקידומו. ראוורדינק מבוסטון מטאל מסכים: "אנחנו מתמודדים עם אתגר פנטסטי", אמר, "אבל אנחנו מוכיחים שהפתרונות קיימים — ושהם עובדים".