เหล็กสามารถผลิตได้ผ่านเส้นทางเทคโนโลยีหลายรูปแบบ ซึ่งแต่ละแนวทางมีลักษณะการปล่อยก๊าซเรือนกระจก ความต้องการพลังงาน และข้อได้เปรียบด้านการควบคุมคุณภาพผลิตภัณฑ์ที่แตกต่างกัน บทความนี้เปรียบเทียบกระบวนการผลิตหลัก ได้แก่ EAF ที่ใช้เศษเหล็กสมัยใหม่, DRI–EAF ที่ใช้ก๊าซธรรมชาติ, DRI–EAF ที่ใช้ไฮโดรเจน และการใช้เหล็กดิบอัดแท่ง (iron-ore briquettes) ในห่วงโซ่อุปทานเตาสูบลมร้อน โดยใช้กระบวนการ BF–BOF เป็นฐานอ้างอิง

ค่าอ้างอิง: BF–BOF

BF–BOF (Blast Furnace – Basic Oxygen Furnace) เป็นกระบวนการผลิตเหล็กจากสินแร่แบบดั้งเดิม ตั้งแต่การถลุงแร่จนถึงการปรับองค์ประกอบเคมีเป็นเหล็กกล้า

ค่ามาตรฐานอ้างอิงโดยทั่วไป ได้แก่:

• การปล่อย CO₂: ประมาณ 2.0–2.4 ตัน CO₂ ต่อเหล็กดิบ 1 ตัน (ขึ้นอยู่กับประสิทธิภาพโรงงานและโครงสร้างพลังงานไฟฟ้า)

• การใช้พลังงาน: ประมาณ 15 กิกะจูลต่อเหล็กเหลว 1 ตัน

Comparison table: BF–BOF as the baseline

Sources: IEA (2020); Vogl et al. (2018); Hasanbeigi, Arens, & Price (2014); Mathieson (2025).

ความเข้าใจเรื่อง “ความเสี่ยงด้านพลังงาน” และต้นทุน

แต่ละเส้นทางมีจุดรวมต้นทุนแตกต่างกัน:

• BF–BOF: ต้นทุนพลังงานและเคมีรีดักชันฝังอยู่ในถ่านหินและโค้ก

• Scrap-EAF: ขึ้นกับค่าไฟฟ้าและคุณภาพเศษเหล็ก

• Gas DRI–EAF: พึ่งพาก๊าซธรรมชาติ เม็ดแร่ DR และไฟฟ้า

• Hydrogen DRI–EAF: ต้นทุนหลักคือไฟฟ้า เนื่องจากต้องผลิตไฮโดรเจนผ่านกระบวนการอิเล็กโทรลิซิส

เนื่องจากราคาไฟฟ้า พลังงานปฐมภูมิ วัตถุดิบ และนโยบายคาร์บอนแตกต่างกันในแต่ละภูมิภาค ผลลัพธ์เชิงเศรษฐศาสตร์จึงขึ้นอยู่กับที่ตั้งและบริบทตลาดอย่างมาก

ความอ่อนไหวต่อไฟฟ้า (Electricity Exposure)

สำหรับเส้นทางที่ใช้ EAF ปริมาณการใช้ไฟฟ้าเป็นตัวชี้วัดความอ่อนไหวเชิงปฏิบัติการที่สำคัญ

• Scrap-EAF: ~0.35–0.60 MWh ต่อเหล็ก 1 ตัน

• Gas DRI–EAF: ~0.45–0.80 MWh ต่อเหล็ก 1 ตัน (ไม่รวมพลังงานก๊าซในโรง DRI)

• Hydrogen DRI–EAF: สูงกว่ามาก เนื่องจากอิเล็กโทรลิซิสครอบงำความต้องการพลังงานทั้งหมด โดยมีการประเมินประมาณ ~3.48 MWh ต่อเหล็กเหลว 1 ตัน

Hydrogen DRI–EAF: หลักการและเหตุผลที่ถือว่า “รองรับอนาคต”

Hydrogen DRI–EAF ถูกมองว่าเป็นทางเลือกที่เหมาะสมที่สุดสำหรับกำลังการผลิตเหล็กปฐมภูมิใหม่ที่มุ่งสู่การปล่อยใกล้ศูนย์ โดยแทนที่คาร์บอนในปฏิกิริยารีดักชันด้วยไฮโดรเจน ทำให้ผลิตภัณฑ์พลอยได้เป็นน้ำ แทนที่จะเป็น CO₂

ขั้นตอนที่ 1: การผลิตไฮโดรเจน (Electrolysis)

2H₂O → 2H₂ + O₂

ปัจจัยนำเข้า: น้ำ ไฟฟ้า อิเล็กโทรไลเซอร์
ผลผลิต: ไฮโดรเจน (ส่งไปยังโรง DRI) และออกซิเจน (ผลพลอยได้)

ขั้นตอนที่ 2: การรีดิวซ์สินแร่เหล็กในโรง DRI

Fe₂O₃ + 3H₂ → 2Fe + 3H₂O

เหล็กที่ได้คือ DRI ซึ่งเป็นของแข็งที่มีรูพรุนและประกอบด้วยเหล็กโลหะเป็นหลัก ออกซิเจนจากแร่จะถูกปล่อยออกในรูปไอน้ำ ไม่ใช่ CO₂

ขั้นตอนที่ 3: การหลอมใน EAF

DRI จะถูกหลอมและปรับองค์ประกอบเคมีในเตาหลอมไฟฟ้า โดยเติมคาร์บอนและธาตุผสมในปริมาณที่ควบคุมได้

ปัจจัยนำเข้า: DRI (มักผสมกับเศษเหล็ก), ไฟฟ้า, ฟลักซ์, คาร์บอน/ธาตุผสมเล็กน้อย
ผลผลิต: เหล็กเหลว ตะกรัน ก๊าซไอเสีย และฝุ่น

ประโยชน์ที่มากกว่าการลด CO₂

• คุณภาพผลิตภัณฑ์: DRI มีความสะอาดและสม่ำเสมอกว่าเศษเหล็กผสม ช่วยควบคุมองค์ประกอบเคมีได้แม่นยำ รองรับเหล็กเกรดสูง
• การควบคุมการเดินเครื่อง: เส้นทาง EAF เริ่ม–หยุดได้รวดเร็ว ปรับกำลังผลิตยืดหยุ่น และใช้หน่วยกระบวนการขนาดใหญ่ลดลง
• ทางเลือกการเปลี่ยนผ่าน: มาตรการแบบค่อยเป็นค่อยไป เช่น การใช้ iron-ore briquettes ในสาย BF สามารถลดการปล่อยได้ระยะสั้นโดยไม่ต้องรื้อโครงสร้างทั้งหมด

______________________________________________________________________________________________________________

คำจำกัดความ

• BF–BOF: กระบวนการผลิตเหล็กจากสินแร่ผ่านเตาสูบลมร้อนและเตาออกซิเจนพื้นฐาน
• EAF: เตาหลอมไฟฟ้า ใช้ไฟฟ้าหลอมเศษเหล็กและ/หรือ DRI
• DRI: เหล็กรีดิวซ์โดยตรง ผลิตจากการรีดิวซ์สินแร่ในสถานะของแข็งก่อนหลอม
• Hydrogen DRI: DRI ที่ใช้ไฮโดรเจนเป็นก๊าซรีดิวซ์
• Electrolysis: กระบวนการใช้ไฟฟ้าแยกน้ำออกเป็นไฮโดรเจนและออกซิเจน
• DR-grade pellets: เม็ดแร่เหล็กที่ออกแบบให้เหมาะสมกับกระบวนการรีดิวซ์โดยตรง

______________________________________________________________________________________________________________

References (APA)

Daehn, K. E., Cabrera Serrenho, A., & Allwood, J. M. (2017). How will copper contamination constrain future global steel recycling? Environmental Science & Technology, 51(11), 6599–6606. https://doi.org/10.1021/acs.est.7b00997

Fischedick, M., Marzinkowski, J., Winzer, P., & Weigel, M. (2014). Techno-economic evaluation of innovative steel production technologies. Journal of Cleaner Production, 84, 563–580. https://doi.org/10.1016/j.jclepro.2014.05.063

Hasanbeigi, A., Arens, M., & Price, L. (2014). Alternative emerging ironmaking technologies for energy-efficiency and CO₂ emissions reduction: A technical review. Renewable and Sustainable Energy Reviews, 33, 645–658. https://doi.org/10.1016/j.rser.2014.02.031

International Energy Agency. (2020). Iron and steel technology roadmap: Towards more sustainable steelmaking. IEA.

Mathieson, J. G. (2025). A feed-flexible blast furnace strategy to place the steel industry on an accelerated path toward net-zero CO₂ emissions. Journal of Sustainable Metallurgy.

Rootzén, J., & Johnsson, F. (2016). Managing the costs of CO₂ abatement in the steel industry. Energy Policy, 98, 459–469. https://doi.org/10.1016/j.enpol.2016.09.026

Vogl, V., Åhman, M., & Nilsson, L. J. (2018). Assessment of hydrogen direct reduction for fossil-free steelmaking. Journal of Cleaner Production, 203, 736–745. https://doi.org/10.1016/j.jclepro.2018.08.279

Mathieson, J. G. (2025). A feed-flexible blast furnace strategy to place the steel industry on an accelerated path toward net-zero CO₂ emissions. Journal of Sustainable Metallurgy.

Rootzén, J., & Johnsson, F. (2016). Managing the costs of CO₂ abatement in the steel industry. Energy Policy, 98, 459–469. https://doi.org/10.1016/j.enpol.2016.09.026

Vale. (2021, September 9). Vale announces “green briquette” capable of reducing CO₂ emissions of steelmaking clients by up to 10% [Press release].

Vogl, V., Åhman, M., & Nilsson, L. J. (2018). Assessment of hydrogen direct reduction for fossil-free steelmaking. Journal of Cleaner Production, 203, 736–745. https://doi.org/10.1016/j.jclepro.2018.08.279