Electric Arc Furnace vs Blast Furnace: CO2 Emissions, Costs, and the Future of Steelmaking
Electric arc furnace vs blast furnace defined
เตาถลุงเหล็กแบบพ่นลม (Blast Furnace หรือ BF) ใช้แร่เหล็กและถ่านโค้กในการผลิตเหล็กหลอม ซึ่งจะถูกนำไปแปลงเป็นเหล็กกล้าในเตาพ่นออกซิเจนขั้นพื้นฐาน (BOF) ส่วนเตาอาร์คไฟฟ้า (Electric Arc Furnace หรือ EAF) ใช้กระแสไฟฟ้าแรงสูงสร้างอาร์คไฟฟ้าเพื่อหลอมเศษเหล็กให้กลายเป็นเหล็กเหลว เส้นทาง BF ปล่อยก๊าซ CO2 ประมาณ 2.33 ตันต่อเหล็กหนึ่งตัน ในขณะที่เส้นทาง EAF ปล่อยประมาณ 0.77 ตัน ปัจจุบันการผลิตเหล็กทั่วโลกแบ่งเป็น BF-BOF ประมาณ 70% และ EAF 30% แต่สัดส่วนนี้กำลังเปลี่ยนแปลงเนื่องจากแรงกดดันด้านการลดการปล่อยก๊าซคาร์บอน (decarbonisation)
สารบัญ
- เส้นทาง Blast Furnace: จากแร่เหล็กสู่เหล็กกล้า
- เส้นทาง Electric Arc Furnace: จากเศษเหล็กสู่เหล็กกล้า
- การเปรียบเทียบการปล่อย CO2
- การเปรียบเทียบต้นทุน: ต้นทุนทุนและต้นทุนการดำเนินงาน
- สิ่งที่ EAF ผลิตไม่ได้: ข้อจำกัดด้านเกรดเหล็ก
- ส่วนแบ่งการตลาดโลก: ทำไมถึงเป็นสัดส่วน 70/30
- Green Hydrogen DRI: เส้นทางที่สาม
- ความหมายต่อการค้าสินค้าโภคภัณฑ์
- คำถามที่พบบ่อย
- ประเด็นสำคัญ
เส้นทาง Blast Furnace: จากแร่เหล็กสู่เหล็กกล้า
Blast furnace เป็นเทคโนโลยีการผลิตเหล็กที่ครองตลาดมานานกว่า 150 ปี เป็นกระบวนการขนาดใหญ่ที่ทำงานต่อเนื่อง 24 ชั่วโมงต่อวัน โดยสามารถใช้งานได้นานสูงสุดถึง 20 ปีระหว่างการซ่อมบำรุงใหญ่
แร่เหล็ก — โดยทั่วไปจะเป็นแร่เหล็กแบบเม็ด (pellets) หรือแบบซินเตอร์ (sinter) ที่มีปริมาณเหล็ก 62-65% Fe — จะถูกเติมลงในด้านบนของเตาพร้อมกับ ถ่านโค้ก (วัสดุคาร์บอนที่มีรูพรุนซึ่งได้จากการอบถ่านหินโค้กในเตาโดยไม่ใช้ก๊าซออกซิเจน) และ หินปูน (ตัวทำละลายที่ช่วยขจัดสิ่งเจือปน)
อากาศร้อน (บางครั้งเพิ่มออกซิเจน) จะถูกพ่นเข้าไปที่ด้านล่างผ่านหัวฉีดที่เรียกว่า tuyeres ถ่านโค้กจะเผาไหม้และสร้างอุณหภูมิสูงกว่า 1,500°C ก๊าซคาร์บอนมอนอกไซด์จากการเผาไหม้ถ่านโค้กจะลดรูปออกไซด์ของเหล็กในแร่ให้กลายเป็นเหล็กหลอม หินปูนจะทำปฏิกิริยากับสิ่งเจือปน (ซิลิกา, อลูมินา) เพื่อสร้าง slag — ของเหลวที่มีน้ำหนักเบากว่าซึ่งจะลอยอยู่บนเหล็กและถูกแยกออกต่างหาก
เหล็กหลอม — เรียกว่า pig iron หรือ hot metal — จะถูกถ่ายออกจากด้านล่างของเตาลงในรถตอร์ปิโดและขนส่งไปยังเตาพ่นออกซิเจน (BOF) ใน BOF จะมีการพ่นออกซิเจนบริสุทธิ์ผ่าน hot metal ด้วยความเร็วสูง ซึ่งจะช่วยเผาผลาญคาร์บอนส่วนเกินและสิ่งเจือปนอื่นๆ ออกไปอย่างรวดเร็ว (ประมาณ 20 นาที) ทำให้เปลี่ยน pig iron เป็นเหล็กกล้าหลอม
จากนั้นเหล็กจะถูกหล่อเป็นแผ่นสลัม (slabs), เหล็กแท่ง (billets) หรือเหล็กบลูม (blooms) เพื่อนำไปรีดและขึ้นรูปต่อไป
Blast furnace ขนาดใหญ่หนึ่งเตาสามารถผลิต hot metal ได้ 10,000-12,000 ตันต่อวัน โรงงานเหล็กแบบครบวงจร (BF + BOF) ที่สำคัญ ได้แก่ โรงงานของ ArcelorMittal ในเบลเยียมและเยอรมนี, โรงงาน Port Talbot ของ Tata Steel (สหราชอาณาจักร) และโรงงานขนาดใหญ่ของ POSCO และ NSSMC ในเกาหลีใต้และญี่ปุ่น
เส้นทาง Electric Arc Furnace: จากเศษเหล็กสู่เหล็กกล้า
เตาอาร์คไฟฟ้า (EAF) มีความเรียบง่ายกว่า Blast furnace มาก โดยพื้นฐานแล้วมันคือถังขนาดใหญ่ที่บุด้วยอิฐทนไฟ และติดตั้งแท่งกราไฟต์ขั้วไฟฟ้าขนาดใหญ่ 3 แท่ง เมื่อกระแสไฟฟ้าแรงสูงผ่านขั้วไฟฟ้า จะเกิดอาร์คไฟฟ้าระหว่างขั้วกับเศษโลหะ ซึ่งอุณหภูมิใกล้จุดอาร์คจะสูงเกิน 3,500°C
วัสดุตั้งต้นหลักคือ เศษเหล็ก (steel scrap) — ที่ถูกตัด, ย่อย, และแยกประเภท:
- Heavy melt scrap (HMS 1&2): โครงสร้างเหล็กขนาดใหญ่, อุปกรณ์อุตสาหกรรมที่ถูกรื้อถอน
- Shredded scrap: ซากรถยนต์และเครื่องใช้ไฟฟ้าที่ถูกย่อย
- Prompt industrial scrap: เศษเหล็กใหม่จากการปั๊มขึ้นรูปหรือเศษตัดแต่งจากการก่อสร้าง
- Direct reduced iron (DRI) / hot briquetted iron (HBI): ใช้เพื่อเจือจางธาตุเจือปน (ดูส่วนข้อจำกัดด้านล่าง)
เศษเหล็กจะถูกโหลดเข้าเตา ขั้วไฟฟ้าจะถูกลดระดับลง และอาร์คไฟฟ้าจะหลอมละลายวัสดุในเวลา 40-60 นาที มีการฉีดออกซิเจนเพื่อเผาผลาญคาร์บอนและสิ่งเจือปน และเติมปูนขาวเพื่อสร้าง slag นอกจากนี้ยังมีการเติมโลหะผสม (แมงกานีส, ซิลิคอน, โครเมียม) เพื่อให้ได้เคมีของเหล็กตามที่กำหนด
ผลลัพธ์ที่ได้คือเหล็กเหลวที่จะถูกถ่ายลงในเบ้าหลอมและผ่านกระบวนการในเตา ladle furnace เพื่อปรับอุณหภูมิและเคมีก่อนเข้าสู่การหล่อแบบต่อเนื่อง
EAF มีขนาดเล็กและยืดหยุ่นกว่า Blast furnace เตา EAF ทั่วไปผลิตเหล็กได้ 200-400 ตันต่อรอบการหลอม (heat) โดยสามารถทำได้หลายรอบต่อวัน โรงงาน EAF สามารถปิดตัวลงในช่วงที่ค่าไฟฟ้าแพงและเริ่มเดินเครื่องใหม่ได้ ซึ่งเป็นสิ่งที่ Blast furnace ที่ต้องรันต่อเนื่องทำไม่ได้
การเปรียบเทียบการปล่อย CO2
นี่คือจุดที่ทั้งสองเส้นทางแตกต่างกันอย่างชัดเจนที่สุด
| เส้นทาง | ความเข้มข้นของ CO2 | แหล่งกำเนิดการปล่อยมลพิษ |
|---|---|---|
| BF-BOF (แบบครบวงจร) | ~2.33 ตัน CO2 ต่อเหล็กหนึ่งตัน | การเผาไหม้ถ่านโค้ก, การลดรูปแร่เหล็ก, การใช้พลังงาน |
| EAF (ใช้เศษเหล็ก) | ~0.77 ตัน CO2 ต่อเหล็กหนึ่งตัน | การผลิตไฟฟ้า (โครงข่าย), การใช้ขั้วไฟฟ้า, สารทำละลาย |
| DRI-EAF (ใช้ก๊าซธรรมชาติ) | ~1.0-1.4 ตัน CO2 ต่อเหล็กหนึ่งตัน | ก๊าซธรรมชาติสำหรับการลดรูป DRI, พลังงานไฟฟ้า |
| H2-DRI-EAF (ไฮโดรเจนเขียว) | <0.1 ตัน CO2 ต่อเหล็กหนึ่งตัน | พลังงานหมุนเวียนเท่านั้น |
เส้นทาง BF-BOF ปล่อยก๊าซ CO2 ประมาณ 2.33 ตันต่อการผลิตเหล็กดิบ 1 ตัน ตามข้อมูลของ World Steel Association การปล่อยมลพิษส่วนใหญ่มาจากถ่านโค้ก เนื่องจากคาร์บอนมีความจำเป็นทางเคมีในกระบวนการ Blast furnace ทั้งในฐานะเชื้อเพลิงและตัวรีดรูป คุณไม่สามารถกำจัดถ่านหินออกจาก Blast furnace และยังผลิตเหล็กได้
เส้นทาง EAF ปล่อย CO2 ประมาณ 0.77 ตันต่อเหล็กหนึ่งตัน โดยหลักมาจากไฟฟ้าที่ใช้ขับเคลื่อนอาร์ค ตัวเลขนี้ขึ้นอยู่กับความเข้มข้นของคาร์บอนในโครงข่ายไฟฟ้าเป็นสำคัญ EAF ที่ใช้ไฟฟ้าหมุนเวียน 100% จะปล่อย CO2 โดยตรงเกือบเป็นศูนย์ ในขณะที่ EAF ที่ใช้ไฟฟ้าจากถ่านหินจะปล่อยมากกว่า
ในบริบทของ EU: การตั้งราคาคาร์บอน EU ETS (ปัจจุบันอยู่ที่ €50-70/ตัน CO2) หมายความว่าการผลิตเหล็ก BF-BOF แบบครบวงจรมีต้นทุนคาร์บอนแฝงประมาณ €115-165 ต่อเหล็กหนึ่งตัน ซึ่งถือเป็นข้อเสียเปรียบในการแข่งขันอย่างมากเมื่อเทียบกับผู้ผลิต EAF หรือสินค้านำเข้าจากประเทศที่ไม่มีการตั้งราคาคาร์บอน ซึ่งเป็นเหตุผลว่าทำไม EU จึงออกแบบกลไก CBAM (Carbon Border Adjustment Mechanism) ขึ้นมา
การเปรียบเทียบต้นทุน: ต้นทุนทุนและต้นทุนการดำเนินงาน
ทั้งสองเส้นทางมีโครงสร้างต้นทุนที่ตรงกันข้ามกัน
ต้นทุนทุน (การสร้างโรงงาน):
| เส้นทาง | ต้นทุนทุนโดยประมาณ | หมายเหตุ |
|---|---|---|
| Integrated BF-BOF (สร้างใหม่, 3-4 ล้านตันต่อปี) | $2-4 พันล้าน | รวม Blast furnace, เตาโค้ก, BOF, โรงรีดเหล็ก |
| EAF mini-mill (สร้างใหม่, 1-2 ล้านตันต่อปี) | $300-600 ล้าน | ต่ำกว่ามากต่อหน่วยกำลังการผลิต |
Blast furnace ต้องการโรงงานครบวงจรเต็มรูปแบบ: โรงโค้ก, โรงซินเตอร์, Blast furnace, โรงรีดร้อนหรือรีดแผ่น, และโครงสร้างพื้นฐานที่เกี่ยวข้องทั้งหมด ต้นทุนทุนต่อหน่วยกำลังการผลิตอยู่ที่ $600-$1,000 ต่อตัน
EAF mini-mill สามารถสร้างได้ในราคา $300-400 ต่อตันกำลังการผลิตต่อปี นี่คือเหตุผลที่เทคโนโลยี EAF ทำให้เกิด “mini-mills” — บริษัทอย่าง Nucor, Steel Dynamics และ Commercial Metals ในสหรัฐฯ — สามารถสร้างโรงงานเหล็กระดับภูมิภาคได้ด้วยต้นทุนที่ต่ำกว่าโรงงานเหล็กครบวงจรมาก
ต้นทุนการดำเนินงาน:
โรงงาน BF-BOF มีต้นทุนวัตถุดิบสูง (แร่เหล็ก + ถ่านโค้ก) แต่มีเศรษฐศาสตร์หน่วยผลิตที่คาดการณ์ได้ค่อนข้างดีเมื่อเตาทำงานแล้ว ถ่านโค้กคิดเป็น 30-40% ของต้นทุนการดำเนินงาน BF-BOF Blast furnace ไม่สามารถปิดและเริ่มใหม่ได้โดยประหยัด — มันต้องทำงานต่อเนื่องตลอดเวลา
โรงงาน EAF มีต้นทุนวัตถุดิบต่ำกว่า (เศษเหล็กราคาถูกกว่าเหล็กจากแร่ดิบต่อตัน) แต่มีความไวต่อราคาไฟฟ้าสูง ไฟฟ้าอาจคิดเป็น 25-35% ของต้นทุนการดำเนินงาน EAF เมื่อราคาไฟฟ้าพุ่งสูงขึ้น — เช่นในยุโรปปี 2022 — โรงงาน EAF ต้องเลือกระหว่างการแบกรับต้นทุนหรือลดการผลิต ผู้ผลิตเหล็ก EAF ในยุโรปหลายรายลดกำลังการผลิตในปี 2022 เพราะราคาไฟฟ้าทำให้การผลิตเหล็กไม่คุ้มค่า
EAF ยังให้ความยืดหยุ่นในการดำเนินงาน: โรงงานสามารถหยุดเดินเครื่องชั่วคราวในช่วงที่ราคาไฟฟ้าพุ่งสูงและเริ่มใหม่ได้ นี่เป็นข้อได้เปรียบที่สำคัญในตลาดไฟฟ้าที่มีความผันผวนของราคาสูง
สิ่งที่ EAF ผลิตไม่ได้: ข้อจำกัดด้านเกรดเหล็ก
เส้นทาง EAF มีข้อจำกัดทางโลหะวิทยาขั้นพื้นฐาน: การปนเปื้อนของธาตุเจือปน (tramp elements) จากเศษเหล็ก
เศษเหล็กไม่ใช่เหล็กบริสุทธิ์ มันมีธาตุโลหะผสมที่ตกค้างจากองค์ประกอบของเหล็กเดิม เช่น ทองแดง, ดีบุก, นิกเกิล, โมลิบดีนัม, โครเมียม ธาตุเหล่านี้จะคงอยู่ผ่านกระบวนการหลอมและไม่สามารถกำจัดออกด้วยการออกซิเดชัน (ไม่เหมือนคาร์บอน, ซิลิคอน และกำมะถันที่สามารถเผาไหม้ออกไปได้) พวกมันจะสะสมอยู่ในน้ำเหล็ก
ตัวการสำคัญคือ ทองแดง ทองแดงในเหล็กที่มีระดับเกินเกณฑ์ (โดยทั่วไป 0.1-0.2%) จะทำให้ความสามารถในการขึ้นรูปร้อน (hot workability) ลดลง — ผิวเหล็กจะแตกร้าวระหว่างการรีดร้อน ซึ่งเรียกว่า hot shortness สำหรับเหล็กเกรดทั่วไป (เหล็กเส้น, โครงสร้าง, ลวด) ค่าความคลาดเคลื่อนของทองแดงนั้นค่อนข้างผ่อนปรน และการผลิตจาก EAF แบบใช้เศษเหล็กจึงทำได้ดี สำหรับ เหล็กแผ่น เช่น แผงตัวถังรถยนต์, เหล็กไฟฟ้า และเหล็กเคลือบดีบุกสำหรับบรรจุภัณฑ์ ทองแดงจะต้องมีระดับต่ำมาก — มักต่ำกว่า 0.04%
ยังไม่มีวิธีทางเศรษฐศาสตร์ที่สามารถกำจัดทองแดงออกจากเหล็กเหลวเมื่อมันเข้าไปในน้ำเหล็กแล้ว ทางเดียวคือการเจือจาง — การเพิ่มเหล็กบริสุทธิ์ (pig iron, DRI หรือ HBI) ที่ปราศจากทองแดง โรงงาน EAF ที่ผลิตเหล็กแผ่นคุณภาพสูง (เช่น โรงรีดแผ่นของ Nucor ที่เมือง Crawfordsville) ทำวิธีนี้โดยการผสม pig iron หรือ DRI ที่ซื้อมากับเศษเหล็ก
ผลที่ตามมาในทางปฏิบัติ: ตลาดเหล็กยานยนต์, เหล็กไฟฟ้า, และเหล็กแผ่นคุณภาพสูง ยังคงได้รับการตอบสนองโดยผู้ผลิต BF-BOF แบบครบวงจรเป็นหลัก เพราะพวกเขาใช้แร่ดิบที่ไม่มีการปนเปื้อนของธาตุเจือปน EAF จะโดดเด่นในผลิตภัณฑ์เหล็กเส้นยาว (rebar, sections, wire rod) และผลิตภัณฑ์แผ่นเกรดต่ำกว่า
ข้อจำกัดนี้จะมีความสำคัญมากขึ้นเรื่อยๆ เมื่ออัตราการรีไซเคิลเศษเหล็กเพิ่มขึ้นและคุณภาพของเศษเหล็กเสื่อมลงจากการสะสมของธาตุเจือปน
ส่วนแบ่งการตลาดโลก: ทำไมถึงเป็นสัดส่วน 70/30
การผลิตเหล็กดิบทั่วโลกมีประมาณ 1,900 ล้านตันต่อปี (ข้อมูลปี 2023) แบ่งได้ดังนี้:
- BF-BOF: ประมาณ 70% (~1,330 ล้านตัน)
- EAF: ประมาณ 29% (~550 ล้านตัน)
- อื่นๆ (เตา Open Hearth, เตาเหนี่ยวนำ): ~1%
เหตุผลที่ BF-BOF ครองตลาดคือประเทศจีน จีนผลิตเหล็กกว่า 50% ของโลก — ประมาณ 1,000 ล้านตันต่อปี — และประมาณ 90% ของการผลิตในจีนใช้เส้นทาง BF-BOF จีนได้สร้างฐานโรงงานเหล็กครบวงจรขนาดใหญ่ในช่วง 30 ปีที่ผ่านมา และการจัดหาเศษเหล็กยังถูกจำกัดด้วยสต็อกอุตสาหกรรมที่ค่อนข้างใหม่ของจีน (โครงสร้างพื้นฐานและอาคารส่วนใหญ่เพิ่งถูกสร้างขึ้นและยังไม่ถึงจุดที่มีเศษเหล็กออกมาจำนวนมาก)
นอกประเทศจีน ส่วนแบ่ง EAF จะสูงกว่ามาก:
– สหรัฐอเมริกา: ~70% EAF, 30% BF-BOF โดย Nucor, Steel Dynamics และ Commercial Metals เป็นผู้ผลิต EAF รายใหญ่
– EU: ~40% EAF (แตกต่างกันไปในแต่ละประเทศ — อิตาลีใกล้เคียง 70% EAF; เยอรมนียังหนักไปทาง BF เนื่องจากความต้องการในอุตสาหกรรมยานยนต์)
– ตุรกี: ~70% EAF (ผู้นำเข้าเศษเหล็กรายใหญ่โดยใช้กระแสการค้าเศษเหล็กในเมดิเตอร์เรเนียน)
เมื่อฐานอุตสาหกรรมของจีนเก่าลงและการจัดหาเศษเหล็กเพิ่มขึ้น คาดว่าส่วนแบ่ง EAF ของจีนจะเพิ่มขึ้นจาก ~10% ไปสู่ 25% ภายในปี 2035 ซึ่งเป็นการเปลี่ยนแปลงครั้งสำคัญในพลวัตของตลาดโลก
Green Hydrogen DRI: เส้นทางที่สาม
การพัฒนาเทคโนโลยีการผลิตเหล็กที่สำคัญที่สุดในทศวรรษหน้าคือ การลดรูปแร่เหล็กโดยตรงด้วยไฮโดรเจน (H2-DRI) ร่วมกับการผลิตเหล็กด้วย EAF
Direct Reduced Iron (DRI) คือเหล็กที่ผลิตจากการลดรูปเม็ดแร่เหล็กด้วยก๊าซรีดรูป (ตามประเพณีคือก๊าซธรรมชาติ — ส่วนใหญ่คือมีเทน) ที่อุณหภูมิต่ำกว่าจุดหลอมเหลว (~800-1,100°C) แร่ยังคงเป็นของแข็งแต่ถูกรีดทางเคมีจากออกไซด์ของเหล็กให้กลายเป็นเหล็กโลหะ ผลลัพธ์ที่ได้คือวัสดุโลหะฟองน้ำที่สามารถป้อนเข้า EAF โดยตรงเพื่อทดแทนเศษเหล็ก
กระบวนการ DRI แบบดั้งเดิม (ใช้ก๊าซธรรมชาติ) ปล่อยก๊าซ CO2 ประมาณ 1.0-1.4 ตันต่อ DRI หนึ่งตัน — ดีกว่า Blast furnace แต่ไม่ใช่คาร์บอนเป็นศูนย์
จุดเปลี่ยนคือการเปลี่ยนก๊าซธรรมชาติเป็น ไฮโดรเจนเขียว (green hydrogen) — ไฮโดรเจนที่ผลิตโดยการแยกน้ำด้วยไฟฟ้าโดยใช้พลังงานหมุนเวียน เมื่อไฮโดรเจนลดรูปแร่เหล็ก ผลพลอยได้เพียงอย่างเดียวคือน้ำ (H₂O) ไม่ใช่ CO2 เมื่อรวมกับการผลิตเหล็ก EAF ที่ใช้พลังงานหมุนเวียน เส้นทาง H2-DRI-EAF แบบเต็มรูปแบบสามารถผลิตเหล็กด้วยการปล่อย CO2 น้อยกว่า 0.1 ตันต่อตัน — ซึ่งลดลง ~95% จาก BF-BOF
โครงการหลักสองโครงการที่นำเทคโนโลยีนี้คือ:
HYBRIT (Hydrogen Breakthrough Ironmaking Technology): กิจการร่วมค้าระหว่าง SSAB (สวีเดน), LKAB (ผู้ผลิตแร่เหล็กรายใหญ่ที่สุดของสวีเดน), และ Vattenfall (บริษัทพลังงานสวีเดน) HYBRIT ได้ผลิตเหล็กที่ลดรูปด้วยไฮโดรเจนเครื่องแรกของโลกที่ส่งมอบให้กับลูกค้า (Volvo AB) ในปี 2021 การผลิตเชิงพาณิชย์มีเป้าหมายที่โรงงาน Luleå ของ SSAB ภายในปี 2026-2030
H2 Green Steel (ปัจจุบันคือ Stegra): โรงงานแห่งใหม่ที่กำลังก่อสร้างใน Boden ประเทศสวีเดน มีเป้าหมายผลิตเหล็กเขียว 5 ล้านตันต่อปีภายในปี 2030 โดยใช้พลังงานน้ำและลมของสวีเดนและใช้เทคโนโลยี H2-DRI-EAF
บริษัทอื่นๆ ที่ติดตามเส้นทางที่คล้ายคลึงกัน ได้แก่ ArcelorMittal (โรงงาน DRI แบบ MIDREX ที่เปลี่ยนผ่านสู่ไฮโดรเจน), thyssenkrupp (โครงการ tkH2Steel ใน Duisburg) และ Salzgitter (โครงการ SALCOS)
ความท้าทายเชิงพาณิชย์: ปัจจุบันไฮโดรเจนเขียวมีราคา $4-8/กก. เทียบกับก๊าซธรรมชาติที่ราคาพลังงานเทียบเท่า $1-2/กก. เหล็กเขียวที่ผลิตผ่าน H2-DRI มีต้นทุนพรีเมียมเพิ่มขึ้น $100-300/ตัน เมื่อเทียบกับเหล็ก BF-BOF ทั่วไป การที่พรีเมียมดังกล่าวจะสามารถส่งต่อไปยังผู้ซื้อผ่าน “green premiums” หรือถูกดูดซับผ่านราคาคาร์บอนได้หรือไม่ คือคำถามเชิงพาณิชย์ที่สำคัญที่สุดของอุตสาหกรรมเหล็กในการมุ่งสู่การลดคาร์บอน
ความหมายต่อการค้าสินค้าโภคภัณฑ์
สัดส่วน EAF/BF-BOF มีผลกระทบโดยตรงต่อกระแสการค้าสินค้าโภคภัณฑ์ที่สนับสนุนแต่ละเส้นทาง
ความต้องการของ BF-BOF: แร่เหล็ก (ขนส่งจากออสเตรเลีย, บราซิล) และถ่านโค้ก (ขนส่งจากออสเตรเลีย, สหรัฐฯ, แคนาดา, รัสเซีย) นี่คือการค้าสินค้าแห้งเทกองทางทะเลที่มีปริมาณมากที่สุดในโลกสองรายการ การเปลี่ยนแปลงออกจาก BF-BOF จะลดความต้องการถ่านโค้กและแร่เหล็กเม็ดพรีเมียมโดยตรง — ซึ่งเป็นปัจจัยลบในระยะยาวสำหรับตลาดสินค้าโภคภัณฑ์เหล่านั้น
ความต้องการของ EAF: ไฟฟ้าและเศษเหล็ก การค้าเศษเหล็กทั่วโลกมีขนาดใหญ่ — ตุรกีเป็นผู้นำเข้าเศษเหล็กรายใหญ่ที่สุดของโลก โดยจัดหาจากสหรัฐฯ, EU, และสหราชอาณาจักร การผลิต EAF ที่เพิ่มขึ้นทั่วโลกหมายถึงความต้องการเศษเหล็กที่เพิ่มขึ้น ซึ่งผลักดันราคาเศษเหล็กให้สูงขึ้นและทำให้การจัดหาเศษเหล็กมีการแข่งขันสูงขึ้น
ความต้องการของ H2-DRI: แร่เหล็กเม็ดเกรดสูง (DRI ต้องการปริมาณเหล็กที่สูงกว่า — 67%+ Fe — มากกว่าแร่สำหรับ Blast furnace ทั่วไป) สิ่งนี้สร้างตลาดพรีเมียมสำหรับแร่เหล็กเม็ดเกรดสูงจาก LKAB (สวีเดน), CVRD/Vale (บราซิล) และ Bahrain Steel การเปลี่ยนผ่านไปสู่ H2-DRI เป็นปัจจัยบวกสำหรับแร่เหล็กเกรดสูงและปัจจัยลบสำหรับแร่เหล็กเกรดมาตรฐานสำหรับ Blast furnace
คำถามที่พบบ่อย
ระหว่าง Blast furnace กับ EAF แบบไหนมีต้นทุนการดำเนินงานถูกกว่า?
ขึ้นอยู่กับราคาวัตถุดิบในแต่ละพื้นที่ ในที่ที่เศษเหล็กมีราคาถูกและไฟฟ้ามีราคาไม่แพง EAF จะมีต้นทุนการดำเนินงานถูกกว่า ในที่ที่เศษเหล็กหายากและไฟฟ้ามีราคาแพง BF-BOF จะได้เปรียบ Mini-mill EAF ในสหรัฐฯ มีต้นทุนต่ำกว่าผู้ผลิต BF-BOF ในสหรัฐฯ อย่างต่อเนื่องเพราะเศษเหล็กในสหรัฐฯ มีมากมายและราคาค่อนข้างถูก ผู้ผลิต EAF ในยุโรปได้รับผลกระทบในปี 2022 เมื่อราคาไฟฟ้าพุ่งสูงขึ้นจากวิกฤตก๊าซ
Electric arc furnace สามารถผลิตเหล็กยานยนต์ได้หรือไม่?
ทำได้ในบางราย โดยมีเงื่อนไขสำคัญ เหล็กแผ่นรีดร้อนคุณภาพสูงสำหรับยานยนต์ต้องการระดับทองแดงที่ต่ำมาก (ต่ำกว่า 0.04%) เพื่อหลีกเลี่ยง hot shortness ระหว่างการรีด โรงงาน EAF ที่ผลิตเหล็กเกรดรถยนต์ต้องเจือจางเศษเหล็กด้วยเหล็กบริสุทธิ์ที่ปราศจากทองแดง — เช่น pig iron, DRI หรือ HBI โรงรีดแผ่นของ Nucor ใน Gallatin และ Crawfordsville ทำเช่นนี้จริงๆ แต่เพดานคุณภาพของเหล็กแผ่น EAF ยังต่ำกว่าโรงงาน BF-BOF ครบวงจรหากไม่มีการเติม DRI อย่างมีนัยสำคัญ
เหล็กเขียว (Green steel) คืออะไรและมีราคาแพงกว่าเท่าใด?
เหล็กเขียวคือเหล็กที่ผลิตโดยปล่อยก๊าซ CO2 ต่ำกว่าการผลิตเหล็กทั่วไปอย่างมาก — โดยทั่วไปนิยามว่าต่ำกว่า 0.5 ตัน CO2 ต่อเหล็กหนึ่งตัน เส้นทางนำคือ H2-DRI-EAF โดยใช้ไฮโดรเจนเขียวจากพลังงานหมุนเวียน ปัจจุบันเหล็กเขียวมีต้นทุนพรีเมียมเพิ่มขึ้น $100-300/ตัน เมื่อเทียบกับเหล็กทั่วไป ขึ้นอยู่กับต้นทุนของไฮโดรเจนเขียว เมื่อราคาพลังงานหมุนเวียนลดลง คาดว่าพรีเมียมนี้จะแคบลง
ทำไมจีนถึงครอบงำเส้นทาง BF-BOF?
จีนสร้างกำลังการผลิตเหล็กส่วนใหญ่ในช่วง 30 ปีที่ผ่านมาโดยใช้เทคโนโลยี BF-BOF เพราะเป็นวิธีที่ถูกที่สุดในการขยายการผลิตอย่างรวดเร็ว เพราะมีถ่านโค้กพร้อม และเพราะเศษเหล็กหายากในเศรษฐกิจที่กำลังเป็นอุตสาหกรรมอย่างรวดเร็ว จีนผลิตเหล็กกว่า 1 พันล้านตันต่อปี ประมาณ 90% ผ่าน BF-BOF เมื่อฐานอุตสาหกรรมของจีนเก่าลงและมีการจัดหาเศษเหล็กเพิ่มขึ้น สัดส่วน EAF กำลังค่อยๆ เพิ่มขึ้นจากปัจจุบันที่ ~10%
HYBRIT คืออะไรและทำไมถึงสำคัญ?
HYBRIT เป็นกิจการร่วมค้าระหว่าง SSAB, LKAB และ Vattenfall โดยมีเป้าหมายในการผลิตเหล็กไร้ฟอสซิล (fossil-free) โดยใช้การลดรูปโดยตรงด้วยไฮโดรเจน ในปี 2021 ได้ส่งมอบเหล็กไร้ฟอสซิลเครื่องแรกของโลก — ที่ผลิตโดยไม่ใช้ถ่านโค้กหรือก๊าซธรรมชาติ — ให้แก่ Volvo AB HYBRIT สำคัญเพราะเป็นการพิสูจน์ว่าเส้นทาง H2-DRI-EAF สามารถทำงานในเชิงพาณิชย์ได้ หากขยายขนาด มันสามารถกำจัด CO2 ประมาณ 2.33 ตันต่อเหล็กหนึ่งตันทั่วทั้งอุตสาหกรรม BF-BOF
ประเด็นสำคัญ
- เส้นทาง Blast furnace-BOF (BF-BOF) ใช้แร่เหล็กและถ่านโค้ก ส่วนเตาอาร์คไฟฟ้า (EAF) ใช้เศษเหล็กและไฟฟ้า ซึ่งเป็นห่วงโซ่อุปทานวัตถุดิบที่แตกต่างกันโดยสิ้นเชิง
- BF-BOF ปล่อย CO2 ประมาณ 2.33 ตันต่อเหล็กหนึ่งตัน ส่วน EAF ปล่อยประมาณ 0.77 ตัน — ซึ่งเป็นการลดลงถึง 67%
- EAF มีต้นทุนทุนต่ำกว่า BF-BOF มาก (~$300-400 ต่อตันกำลังการผลิต เทียบกับ $600-1,000) และมีความยืดหยุ่นในการดำเนินงานมากกว่า แต่มีความไวต่อราคาไฟฟ้า
- EAF ไม่สามารถผลิตเหล็กแผ่นเกรดบริสุทธิ์สูงสำหรับยานยนต์ได้ง่ายนักหากไม่มีการเติมเหล็กบริสุทธิ์เพื่อเจือจางธาตุเจือปน — โดยเฉพาะทองแดง — ที่สะสมมาจากเศษเหล็ก
- การผลิตเหล็กทั่วโลกเป็น BF-BOF ประมาณ 70% และ EAF 30% สัดส่วนของ EAF กำลังเพิ่มขึ้นตามการจัดหาเศษเหล็กที่มากขึ้นและความกดดันด้านการลดคาร์บอนที่เข้มข้นขึ้น
- ราคาคาร์บอน EU ETS (~€50-70/ตัน CO2) เพิ่มต้นทุนคาร์บอนแฝง €115-165/ตัน ให้กับเหล็ก BF-BOF ทำให้เกิดแรงกดดันในการแข่งขันที่ EAF และสินค้านำเข้าที่ไม่มีราคาคาร์บอนไม่ได้เผชิญในระดับเดียวกัน
- Green hydrogen DRI (H2-DRI-EAF) เป็นเส้นทางผลิตเหล็กที่ปล่อยคาร์บอนต่ำที่สุด ลด CO2 ได้ถึง 95% เมื่อเทียบกับ BF-BOF โดย HYBRIT และ Stegra ในสวีเดนเป็นโครงการนำร่องเชิงพาณิชย์
- การเปลี่ยนจาก BF-BOF เป็น EAF/DRI-EAF เป็นปัจจัยลบในระยะยาวต่อถ่านโค้กและแร่เหล็กมาตรฐาน และเป็นปัจจัยบวกต่อแร่เหล็กเม็ดเกรดสูงและเศษเหล็ก
Related Reading
To deepen your understanding of the topics covered in this article, explore these related guides: the full ferrous chain from iron ore to finished steel, the scrap grades and pricing mechanisms that feed electric furnaces and how carbon pricing policies affect the cost gap between the two routes.
Understanding Commodities คือแหล่งข้อมูลการเรียนรู้ฟรีที่เป็นกลาง ซึ่งอธิบายกลไกการทำงานของตลาดสินค้าโภคภัณฑ์โลกสำหรับผู้นำเข้า ผู้ส่งออก ธุรกิจการเกษตร และผู้ผลิต โดยคู่มือทุกฉบับเขียนขึ้นจากมุมมองทางธุรกิจ ไม่ใช่จากมุมมองของผู้ค้าในตลาดหลักทรัพย์ ปราศจากนายหน้า ไม่มีวาระซ่อนเร้น และไม่มีศัพท์เทคนิคที่เข้าใจยาก
Continue Reading
More guides from Understanding Commodities
ตลาดกากถั่วเหลือง
เจาะลึกตลาดกากถั่วเหลือง: คืออะไร ผลิตอย่างไร เกรดโปรตีน 44% เทียบกับ 48% ส่วนต่างค่าบด (Crush Spread) และปัจจัยขับเคลื่อนราคากากถั่วเหลืองโลก
Read article →
ประเทศผู้ผลิตเงินชั้นนำ 2024: การจัดอันดับ ข้อมูล และบริบทตลาด
การจัดอันดับประเทศผู้ผลิตเงินชั้นนำในปี 2024: เม็กซิโก จีน เปรู ข้อมูลจาก USGS บริบทการทำเหมืองแบบผลพลอยได้ เหมืองสำคัญ การกำหนดราคา LBMA และความเสี่ยงจากการกระจุกตัวของอุปทาน
Read article →
ห่วงโซ่อุปทานน้ำมันดิบ
เจาะลึกห่วงโซ่อุปทานน้ำมันดิบ ตั้งแต่ต้นน้ำการสำรวจและผลิต ค่า API gravity และปริมาณกำมะถัน ขนาดเรือบรรทุกน้ำมัน ท่าเรือส่งออกสำคัญ ไปจนถึงกระบวนการกลั่นและราคาอ้างอิง WTI/Brent
Read article →