صنعت آهن و زندگی انسان مدرن؛ حقایق شگفت‌انگیز

به گزارش سایت دیده‌بان ایران؛ از نظر جرم، آهن فراوان‌ترین عنصری است که در کره زمین وجود دارد. انسان‌ها از ۱۲۰۰ سال پیش از میلاد مسیح، نحوه استخراج این عنصر از میان سنگ‌های معدنی و ذوب و به کارگیری آن را آموختند و از آن پس، آهن به یکی از مهم‌ترین مواد اولیه مورد استفاده انسان‌ها تبدیل شد و تا به امروز، بیش از ۳۰۰۰ سال است که جایگاه مهم خود را در زندگی بشر حفظ کرده است.

گذشته از این، از نظر بیولوژیکی، وجود عنصر آهن برای زنده‌ماندن ما انسان‌ها هم ضروری است. این عنصر برای انتقال اکسیژن در خون مورد استفاده قرار می‌گیرد و تنفس بدون آن ممکن نیست. هموگلوبین خون، سلولی است که با اتکا به ویژگی‌های فیزیکی و شیمیایی عنصر آن، اکسیژن را به نقاط مختلف بدن حمل می‌کند و ما را زنده نگه می‌دارد.

اگرچه آهن یک عنصر مهم است و هیچکدام از ما بدون آن نمی‌توانیم زندگی کنیم، نه در بعد جسمی و بیولوژیکی و نه از نظر ابزارهای بسیار زیادی که هر روزه از آن استفاده می‌کنیم، اما ارزش و اهمیت آن برای بسیاری از ما شناخته‌شده نیست. شاید هنوز خیلی از ما ندانیم آهن و اهن آلات چقدر کاربرد دارند و چقدر زندگی روزمره ما به محصولات اهن و فولاد گره خورده است. در این مقاله، نگاهی خواهیم داشت به انواع محصولات آهنی و کاربردهای عنصر آهن و اهن آلات در زندگی ما و تأثیراتی که صنعت آهن بر شکل و شمایل زندگی انسان امروز داشته است.

عصر آهن و تحول زندگی انسان

تا پیش از اینکه انسان‌ها کشف کنند آهن چیست و چطور می‌توانند از سنگ آهن ماده‌ای شکل‌پذیر و مستحکم به نام آهن استخراج کنند، تمام ابزارهای فلزی برای شکار یا زندگی از سنگ یا مفرغ ساخته می‌شد. مفرغ آلیاژی بود که از ترکیب درصدهای مشخصی از مس و قلع به دست می‌آمد و از آنجایی که دمای ذوب مس بسیار بالا بود، تولید آن کار هر کسی نبود و منابع آن نیز به راحتی در دسترس نبود.

در آستانه عصر آهن، انسان‌ها قرن‌ها بود آهن را می‌شناختند اما نمی‌توانستند آن را به‌صورت بهینه ذوب کنند و به‌طور گسترده به‌کار گیرند. آرام آرام با آموختن این مهارت‌ها و رشد دانش تجربی بشر در این زمینه، استفاده گسترده از آهن رونق گرفت و ابزار کشاورزی و جنگی از آهن ساخته شدند و فراگیر شدند. اینجا بود که ما وارد عصر آهن شدیم.

ورود به عصر آهن، با تحولات بسیاری همراه بود. گستردگی منابع آهن و فراوانی این عنصر ارزشمند در کره زمین، باعث شد محدودیت‌های منابع اولیه برای ساخت ابزارآلات جدید از بین برود. همچنین دمای ذوب پایین‌تر از مس نیز کار ذوب آهن و تبدیل آن به ابزارهای دیگر را ساده‌تر کرد. با افزایش تعداد و تنوع وسایل کشاورزی مستحکم آهنی، کشاورزی که مهم‌ترین فعالیت آن عصر بود، ساده‌تر و بهینه‌تر شد و این به‌معنای غذای بیشتر و امکان توالد و افزایش جمعیت راحت‌تر بود. از طرف دیگر با گسترش تولید وسایل جنگی، امکان گسترش سرزمین‌ها و غلبه بر تمدن‌های ضعیف‌تر فراهم آمد و اینجا بود که تمدن‌ها گسترشی قابل توجه را تجربه کردند.

ورود به عصر آهن بود که راه را برای رشد تمدن فراهم کرد و پایه‌ای بود برای ورود به عصر فولاد که تحولی بزرگ در تاریخ بشر پدید آورد.

صنعتی شدیم چون آهنی بودیم

قرن‌ها بعد از اینکه انسان آموخت آلیاژهای مختلف فولادی را بسازد و از آن‌ها برای ساخت ابزار ساده کشاورزی، وسایل حمل و نقلی مثل گاری‌ها، ابزار آلات جنگی و وسایلی که برای کارهای روزمره‌اش به آن‌ها نیاز داشت (مثل قیچی باغبانی، چاقو، ساطور و…) استفاده کند، استقلال مدارس از کلیسا و رشد علم تجربی رخ داد که به‌مرور، اروپا را وارد عصر توسعه صنعت کرد. در این روزگار بود که اهن و محصولات فولادی نقش بی‌بدیل خود را در تاریخ بشریت ایفا کرد.

اواخر قرن ۱۸ میلادی با توسعه موتور بخار، ساخت تجهیزات تولید انبوه نخ و پارچه، توسعه شبکه‌های حمل و نقل ریلی و ساخت کارخانه‌های متعددی برای افزایش بهره‌وری و رشد چشمگیر سرعت تولید، توانست انسان را به دنیای صنعتی وارد کند.

آیا این رشد چشمگیر انسان‌ها در حوزه صنعت و تجارت، بدون به کارگیری نعمت ارزشمندی مثل آهن امکانپذیر بود؟ بی‌شک پاسخ منفی است. با استفاده از محصولات آهنی و آلیاژهای مختلف آن بود که انسان‌ها توانستند کارخانجات متعددی بنا کنند و دست به ساخت وسایل و تجهیزات تولید بزنند. با به‌کارگیری فولاد بود که راه آهن ساخته شد و سرعت جابه‌جایی محصولات و مسافران چند برابر شد. آهنِ نرم و شکل‌پذیر بود که به انسان‌ها این امکان را داد که برای نیازهای مختلف عمومی و تخصصی خود، ابزار تولید کند؛ از قیچی‌ و چاقوهای ساده که در هر خانه‌ای پیدا می‌شد تا تجهیزات سنگین کارخانه‌ها و ابزار پزشکی و نیز چیزهایی که در ساخت خانه‌ها و ساختمان‌ها به کار گرفته می‌شدند.

پس بی‌راه نیست اگر ادعا کنیم ما توانستم صنعتی شویم چون پیش از آن آهنی شده بودیم و این عنصر مهم را به تسخیر درآورده بودیم.

وابستگی دنیای مدرن به صنعت فولاد و آهن

در حال حاضر مواد اولیه بسیار متفاوتی تولید شده‌اند، امروزه پرینترهای سه‌بعدی با استفاده از مواد پلیمری شکل‌پذیر که به‌اندازه فولاد مستحکم هستند، می‌توانند سازه‌های عظیم را به هر شکل و شمایلی که مهندسان می‌خواهند پرینت کنند. با این حساب، آیا اکنون دنیای مدرن از نیاز به آهن و صنعت فولاد گذر کرده است؟ پاسخ این است که قطعاً خیر.

 اکنون با رشد فناوری‌ها و ورود انسان به عصر هوش مصنوعی، نیاز انسان به محصولات آهن و فولادی نه‌تنها کمتر نشده است بلکه بیشتر نیز شده است. درست است که مواد متفاوتی ساخته‌شده‌اند که می‌توانند به‌اندازه فولاد محکم باشند بدون آنکه وزن بالایی داشته باشند و یا شکل‌پذیری دشواری داشته باشند، اما استفاده از این مواد به‌دلایل متفاوتی همچنان بسیار محدود است.

برای اینکه درک کنیم نیاز انسان‌ها به محصولات فولادی چقدر زیاد است کافی است به این آمار درباره صنعت آهن و فولاد جهان نگاهی بیندازید:

طبق اعلام انجمن جهانی فولاد، روند تولید فولاد در جهان مدام در حال افزایش است و در سال 2005 از مرز ۱ میلیارد تن در سال گذشته است و اکنون در آستانه ۲ میلیارد تن در سال است. در سال ۲۰۲۳ میلادی، ۱۸۹۲ میلیون تن انواع محصولات فولادی در جهان تولید شده است و برای مصرف در صنایع تبدیلی یا استفاده از صنعت‌های مختلف به کار گرفته شده است. این آمار به این معناست که به‌ازای هر یک نفر در کره زمین، ۲۱۹ کیلوگرم فولاد و اهن به مصرف رسیده است!

امروزه ساخت و تولید تقریباً هر وسیله‌ای، نیاز به مقدار اندک یا فروانی اهن دارد. از گوشی‌های تلفن همراهی که هرکس در دست دارد گرفته تا کامپیوترهایی که از آن‌ها استفاده می‌کنیم و تجهیزات ارتباطی و وسایل نقلیه‌ای که زندگی انسان مدرن به آن‌ها وابسته است، همه با استفاده از محصولاتی که در کارخانه‌های فولاد و تولید محصولات آهنی به دست می‌آیند، ساخته می‌شوند.

اهمیت آهن در شهرسازی

شهرهای مدرن بیش از هرچیز نمادی است از توسعه صنعت و علم بشری. یک تصویر دورنما از یک شهر، می‌تواند با یک نگاه نشان دهد با شهری مدرن و صنعتی روبه‌روییم یا شهری سنتی و به‌دور از کارخانه‌های تولیدی بزرگ و هیاهوهای شهرهای شلوغ.

جالب است بدانید آهن مهم‌ترین عنصری است که به رشد شهرهای مدرن کمک کرده است. ساخت آسمان‌خراش‌های بلند جز با استفاده از تیرآهن‌های عظیم‌الجثه و روش‌ها و فنون جوشکاری پیچیده امکانپذیر نبود. حتی حالا که ساخت سازه‌های بتنی فراگیر شده است، بدون استفاده از میلگرد آهنی و دیگر محصولاتی که برای تقویت بتن به کار گرفته می‌شوند، امکان ساخت کوچک‌ترین ساختمان‌ها وجود ندارد چه رسد به برج‌های بلندی که نماد توسعه و پیشرفت است. همچنین برای ساخت درب و پنجره و دکورهای داخلی و خارجی ساختمان، باید از محصولاتی مثل پروفیل آهنی یا ناودانی یا ورق‌های مختلف استفاده کرد.

گذشته از این، نمادهای شهری مثل نیمکت‌های پارک‌ها و چراغ‌های روشنایی و نمادهای زیباسازی شهرها عمدتاً از پروفیل آهنی، لوله فولادی یا ورق آهنی و ورق استیل ساخته می‌شوند. پس شهرهای امروز بدون محصولات اهنی امکان ساخته‌شدن نداشتند. و در نهایت، نیاز به بیان ندارد که تمام پل‌هایی که عبور از بین رودخانه‌ها و دره‌های عمیق را فراهم کردند، با کمک محصولات فولادی ساخته شده‌اند.

اهمیت آهن در ساخت وسایل نقلیه

اکنون اسکلت اصلی تمام وسایل نقلیه آهن و آلیاژهای مختلف فولادی است اما حتی اگر وسیله نقلیه‌ای هم پیدا شود که اینطور نباشد، همچنان قطعاً در بخشی از آن از آهن استفاده شده است. برای اینکه ببینید صنعت حمل و نقل جهان چقدر به صنعت فولاد وابسته است، تنها نام این ابزار و وسایل نقله را با خود مرور کنید و سعی کنید بررسی کنید چقدر آهن در هرکدام از آن‌ها به کار رفته است:

• کشتی‌های باربری و مسافربری
• قایق‌های کوچک
• هواپیمای مسافربری
• خودروهای مختلف
• اتوبوس‌ها
• قطار و حمل و نقل ریلی

ضرورت اهن الات در ساخت ابزار مختلف

زندگی انسان‌ها از صدها هزار سال پیش که شکارگر بودیم، تا امروز که انسان مدرن محسوب می‌شویم وابسته به ابزار بوده است. از ابزار ساده گرفته تا ابزارهای پیشرفته؛ از چوب‌دستی گرفته تا سلاح‌های پیچیده. ابزارآلات مختلفی که انسان‌ها در بخش‌های زیر به کار می‌گیرند همگی از محصولات آهنی ساخته می‌شود:

• ابزار پزشکی و درمان
• ابزارآلات کشاورزی و باغبانی
• ابزار و تجهیزات تولید در کارخانه‌ها
• ابزار فعالیت‌های صنعتی
• ابزار عمومی مثل میز و صندلی و…
• و دیگر انواع ابزاری که انسان‌ها ممکن است به آن‌ها نیاز داشته باشند

اهن الات و پیشرفت تکنولوژی

با پیشرفت تکنولوژی نیازهای متفاوتی پیش آمد که باز هم صنعت آهن و فولاد توانست این نیازها را به‌خوبی برطرف کند. برای مثال ساخت و تولید رایانه‌ها به‌طور گسترده جز با کمک گریدهای مختلف ورق آهنی و استانداردهای مختلف فولادی ممکن نبود.

برای مثال، ساخت سرورها، سخت‌افزار مختلف در رایانه‌ها و همچنین ساخت تجهیزات پیچیده و حتی دکل‌های ساده مخابراتی جز با استفاده از محصولاتی که در کارخانه‌های ذوب آهن و فولاد تولید می‌شود و وارد صنایع دیگر می‌شود امکانپذیر نبود.

پس به جرئت می‌توان ادعا کرد پیشرفت تکنولوژی امروز نیز با تکیه بر صنعت فولاد میسّر شده است و بدون آن به‌سادگی امکانپذیر نبود.

صنعت آهن و تجهیزات نظامی

یکی دیگر از بخش‌هایی که صنعت آهن توانسته آن را به‌شدت متحول کند، بخش نظامی است. ساخت تجهیزات نظامی همیشه یکی از مهم‌ترین فعالیت کشورها و تمدن‌ها بوده است چه در هزاران سال پیش و چه اکنون.

ساخت و تولید تجهیزات نظامی، با بهره‌گیری از پیشرفت‌های اعجاب‌انگیز در صنعت فولاد و تولید گریدهای سخت و مستحکم با ویژگی‌های فیزیکی و شیمیایی بسیار متنوع، در دهه‌های اخیر توسعه شگفت‌انگیزی داشته است. بدون استفاده از این پیشرفت‌‌ها در صنعت فولاد و اهن هیچ‌گاه بشر نمی‌توانست به ساخت هواپیماهای پیشرفته فراصوت، موشک‌های قاره‌پیما، پهپادهای بزرگ و تانک‌های غول‌پیکر بپردازد. این‌ها تنها بخشی از تجهیزات نظامی است که در سایه پیشرفت‌های صنعت فولاد، پیشرفت کرده‌اند.

آینده صنعت آهن و فولاد چه خواهد شد؟

یکی از پرسش‌هایی که ممکن است برای کسانی که فناوری‌های نوین را دنبال می‌کنند پیش بیاید این است که با توسعه فناوری‌های جدید و تولید مواد دیگری مثل فیبر کربن، مواد پلیمری، ترکیبات پلاستیکی تقویت‌شده با الیاف و سرامیک‌های پیشرفته و مقاوم، آیا همچنان در آینده صنعت فولاد رونق خواهد داشت یا بازار آهن آلات از رونق خواهد افتاد؟

واقعیت این است که درست است که برخی از مواد اولیه پیشرفته مثل فیبر کربن می‌توانند در عین وزن فوق‌العاده سبک، مقاومتی مشابه فولاد داشته باشند، اما به‌دلیل مشکلاتی مثل قیمت تمام‌شده بسیار بالا، هرگز نمی‌توانند جای فولاد و آهن را بگیرند. تنها نگاهی به صنعت خودرو نشان می‌دهد استفاده از این محصول به‌جای ورق آهنی برای خودرو هرگز توجیه اقتصادی ندارد.

همچنین به این نکته توجه کنید که آهن از نظر جرم، فراوان‌ترین عنصر موجود روی کره زمین است، شکل پذیری راحتی دارد و به‌راحتی قابل ذوب و تبدیل به وسایل دیگر است. همچنین فناوری‌های استخراج سنگ آهن و خالص‌سازی آن و نیز تبدیل آن به آلیاژهای مختلف، در طی چند قرن توسعه و پیشرفت، به تکاملی فوق‌العاده رسیده است و هر محصولی که بخواهیم را می‌توانیم در کارخانه‌های ذوب آهن به دست آوریم.

با در نظر گرفتن همه این نکات، چرا باید سراغ مواد دیگری برویم؟ چرا باید این صرفه اقتصادی و گستردگی تولید و فراوانی را رها کنیم و سراغ تولید ماده دیگری برویم؟

پس اگر کسی اندکی آشنایی با صنعت فولاد جهان و کاربردهای آهن آلات در دنیای امروز داشته باشد، می‌داند که تا آینده‌ای نزدیک، نه‌تنها حوزه فولاد و آهن جهان از بین نمی‌رود بلکه رشد و توسعه هم خواهد داشت و نیاز به محصولات آن‌ها بیشتر هم خواهد بود.

گذشته از این، به این نکته نیز توجه کنید که مناطق توسعه‌نیافته جهان بسیار بسیار فراوان است و جز با استفاده از محصولات فولادی مانند مقاطع فولادی و تیرآهن و میلگرد، امکان آبادی آن‌ها وجود ندارد.

آمارهایی از صنعت فولاد جهان + اینفوگرافی

در این بخش، چند واقعیت جالب توجه مربوط به دنیای آهن آلات و فولاد ارائه می‌کنیم که می‌تواند برای مهندسان سازه، معماران ساختمانی، سازندگان ساختمان و دانشجویان رشته های مختلف فنی جذاب باشد.

آمار تولید محصولات فولادی در جهان

در نمودار زیر می‌توانید مقدار اهن و فولاد تولید شده در سراسر جهان در سال‌های ۲۰۰۰ تا ۲۰۲۳ را مشاهده کنید.

میزان مصرف آهن و فولاد در جهان چقدر است؟

در سال ۲۰۲۳ در سراسر جهان ۱۷۶۳ میلیون تن انواع آهن آلات و محصولات فولادی مصرف شده است که جزئیات آن و محل مصرف هرکدام را در اینفوگرافیک آخر مقاله می‌توانید مشاهده کنید.

بزرگترین تولیدکننده فولاد جهان

بزرگترین تولیدکننده فولاد در جهان در حال حاضر کشور چین است که سالانه ۱۰۱۹ میلیون تن محصولات فولادی تولید می‌کند. بعد از آن، هندوستان با ۱۴۰ میلیون تن در رتبه دوم و ژاپن با ۸۷ میلیون تن در رتبه سوم قرار دارد.

ایران چندمین تولیدکننده فولاد جهان است؟

بر اساس آمار انجمن جهانی فولاد، ایران با تولید سالانه ۳۱ میلیون تن انواع محصولات آهن و فولاد در رتبه دهم جهان قرار دارد. در جدول زیر می‌توانید برترین تولیدکنندگان فولاد جهان را به‌ترتیب مشاهده کنید:

آمار کاربرد و استفاده از فولاد در صنایع مختلف

در تصویر اینفوگرافیک زیر، مصرف فولاد در بخش‌های مختلف را مشاهده می‌کنید. این آمار از وبسایت رسمی انجمن جهانی فولاد استخراج شده است و نشان می‌دهد صنعت ساخت و ساز با مصرف ۵۲ درصد از فولاد و آهن آلات تولیدی در هر سال، بزرگترین صنعت وابسته به بخش فولاد است.

پایانی

در این مقاله سعی کردیم دورنمایی از صنعت آهن آلات و فولاد در جهان ارائه کنیم. بیشترین تأکید ما بر این بود که بدانیم صنعت فولاد و آهن آلات چه مسیری را طی کرده است و در آینده چه وضعیتی خواهد داشت. نمی‌خواستیم در این یادداشت با آمارها و اصطلاحات تخصصی، حوصله خوانندگان سر برود بنابراین بر ارائه نکات عمومی با زبان ساده بسنده کردیم. اگر جز این بود، می‌توانستیم درباره کارخانه‌های تولید آهن و فولاد در ایران نیز صحبت کنیم. همچنین به این موضوع اشاره کنیم که وجود صنایع سنگین آهن و فولاد چقدر برای رشد و توسعه کشور و نیز بهبود وضعیت اقتصادی مفید است.