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自(zì)我國(guó)2020年(nián)在聯合國(guó)大(dà)會上明确提出二氧化碳排放(fàng)的“30·60”目标後，碳中和被列爲我國(guó)2021年(nián)全年(nián)重點任務之一。
在相(xiàng)關二氧化碳排放(fàng)的行業中，目前，中國(guó)鋼鐵行業碳排放(fàng)量約占中國(guó)碳排放(fàng)總量的15%，是碳排放(fàng)量最高的制造行業。鋼鐵行業的碳減排也成爲實現我國(guó)碳中和目标的重點領域之一。
通過調研發現，在鋼鐵碳減排方面，歐洲企業的相(xiàng)關探索起步較早。
1、高爐煉鋼已達理(lǐ)論極限煉鋼新技術(shù)将成爲碳減排發展重點
根據德國(guó)冶金技術(shù)協會鋼鐵研究所的報告（European steel-The wind of change），歐盟主要的鋼鐵生(shēng)産路(lù)線爲高爐/堿性氧氣爐(BF/BOF)路(lù)線[1]和電弧爐(EAF)路(lù)線[2]。
爲了提高資源效率，歐盟鋼企主要通過技術(shù)開發來(lái)針對每個過程、流程鏈以及産品做優化和創新。例如(rú)，在鋼鐵生(shēng)産過程通過工(gōng)藝的優化和回收使用廢鋼來(lái)節約資源；将礦渣用作(zuò)建築材料和水泥；在應用領域，優化鋼/新鋼種以進一步減少排放(fàng)等。
但(dàn)是，随着技術(shù)的進步，當前高爐煉鋼的流程已經達到了熱(rè)力學極限，其二氧化碳産生(shēng)量已降到技術(shù)最小值。
鑒于上述原因，鋼鐵行業能源效率的進一步提高和碳減排将依賴煉鋼新技術(shù)的發展。
圖1 歐盟鋼鐵生(shēng)産路(lù)線示意圖[3]
2、兩大(dà)減排技術(shù)路(lù)線各有特點鋼企實踐效果有待跟進
目前，歐洲主要鋼企正在研發或已達到商業成熟級别的主要技術(shù)可(kě)分(fēn)爲兩個主要的技術(shù)路(lù)線，即“智能碳使用”和“碳直接避免”。雖然歐洲鋼鐵業普遍認爲這兩條技術(shù)路(lù)線均可(kě)最終實現碳中和目标，但(dàn)其發展和實踐效果仍有待觀察。
具體(tǐ)來(lái)說(shuō)，碳直接避免的碳減排效率雖明顯高于智能碳使用，但(dàn)考慮其成本問(wèn)題，碳直接避免路(lù)線短(duǎn)期内很難完全達到商業化運營條件(jiàn)。
部分(fēn)歐洲鋼企的煉鋼新技術(shù)如(rú)下：
企業名稱 | 項目/技術(shù)名稱 | 技術(shù)簡介 | 效果 |
瑞典鋼鐵（SSAB） | HYBRIT | HYBRIT爲瑞典的“突破性氫能煉鐵技術(shù)”技術(shù)攻關項目(HYdrogen Breakthrough Iron making Technology)，其基本思路(lù)爲：在高爐生(shēng)産過程中用氫氣取代傳統工(gōng)藝的煤和焦炭（氫氣由清潔能源發電産生(shēng)的電力電解水産生(shēng)），氫氣在較低的溫度下對球團礦進行直接還(hái)原，産生(shēng)海綿鐵（直接還(hái)原鐵），并從(cóng)爐頂排出水蒸氣和多餘的氫氣，水蒸氣在冷(lěng)凝和洗滌後實現循環使用 | HYBRIT項目采用的氫冶金工(gōng)藝成本比傳統高爐冶煉工(gōng)藝高20%~30%。SSAB采用長流程工(gōng)藝的噸鋼二氧化碳排放(fàng)量爲1600公斤（歐洲其他(tā)國(guó)家的水平約爲2000~2100公斤），電力消耗爲5385千瓦時；采用HYBRIT工(gōng)藝的噸鋼二氧化碳排放(fàng)量僅爲25公斤，電力消耗爲4051千瓦時 |
塔塔鋼鐵 | Hlsarna | 由一個從(cóng)頂部加入鐵礦石的反應爐組成。鐵礦石在高溫氣旋環境中熔化并滴落入反應爐底部，在反應爐底部吹入煤粉，從(cóng)而減少傳統煉鋼工(gōng)藝中所需要的耗能步驟 | 試驗生(shēng)産中證實，Hlsarna可(kě)以降低50%以上的CO2排放(fàng) |
奧鋼聯 | H2FUTURE | 在基礎煉鋼中使用氫代替碳，需要使用綠氫（鑒于投入綠氫可(kě)行性不高，可(kě)考慮使用天然氣作(zuò)爲折中方案） | —— |
安賽樂米塔爾 | 智能碳和直接還(hái)原鐵（DRI）技術(shù) | 智能碳：應用在傳統的高爐-轉爐（BF-BOF）工(gōng)藝中，結合使用生(shēng)物能源、CCS、氫能等技術(shù)實現全過程零排放(fàng)； 直接還(hái)原鐵（DRI）：非高爐煉鐵工(gōng)藝，該技術(shù)路(lù)線的最終形态是基于氫氣的直接還(hái)原鐵-電弧爐工(gōng)藝（Hydrogen-based DRI-EAF），在初期将采用基于天然氣的直接還(hái)原鐵-電弧爐工(gōng)藝（Natural gas-based DRI-EAF），兩種技術(shù)的過渡仍取決于氫能技術(shù)的進展 | —— |
蒂森克虜伯 | Carbon2Chem碳捕捉技術(shù) | 通過使用氫氣避免二氧化碳（直接避免碳），并将二氧化碳轉化爲有價值的化學物質（碳捕獲和利用） | —— |
此外，歐盟正在推進的相(xiàng)關項目還(hái)包括IGAR項目（使用等離(lí)子炬和反應器加熱(rè)和重整鋼鐵廠(chǎng)内部産生(shēng)的氣體(tǐ)，旨在減少煤/焦炭的消耗）、SIDERWIN項目（基于完全電力化的鋼鐵生(shēng)産路(lù)線,用電直接替代碳以減少鐵礦石）等。
3、新興技術(shù)尚待發展氫基冶金和碳捕集利用/封存仍需突破
成本相(xiàng)對較高是阻礙碳捕集利用/封存技術(shù)發展的主要原因之一。碳捕集利用與封存（carboncapture，utilization and storage，CCUS）是将二氧化碳從(cóng)排放(fàng)源中分(fēn)離(lí)後或直接加以利用或封存，以實現二氧化碳減排的技術(shù)過程。雖然CCUS具有較高的減排潛力，但(dàn)其發展仍然較爲緩慢(màn)。這主要是因爲，當前技術(shù)條件(jiàn)下項目運營成本高昂。
降低成本亦是氫能冶金發展的關鍵之一。目前，雖然以氫代碳是行業内較爲認可(kě)的低碳冶金的新路(lù)線，但(dàn)其成本太高也是限制氫能冶金發展的主要原因。部分(fēn)歐盟鋼企的“氫探索”計(jì)劃如(rú)下：
企業名稱 | 時間計(jì)劃 |
瑞典鋼鐵（SSAB） | 2020年(nián)8月31日(rì)，HYBRIT中試工(gōng)廠(chǎng)投運； 2025年(nián)，建立一個HYBRIT示範工(gōng)廠(chǎng)； 2026年(nián)，Oxelsund高爐改造完成； 2030年(nián)~2040年(nián)，全部高爐改造完成； 2045年(nián)完全實現無化石鋼鐵制造 |
奧鋼聯 | 2019年(nián)11月，H2FUTURE“綠色氫”中試工(gōng)廠(chǎng)投運； 2020年(nián)底，HYFOR中試機(jī)組投運 |
安賽樂米塔爾 | 2020年(nián)，SIDERWIN直接電解鐵礦石中試線投産； 2021年(nián)，3D（DMXTM）示範工(gōng)廠(chǎng)投運，爲碳捕獲試點項目； 2022年(nián)，Carbalyst（Steelanol）示範工(gōng)廠(chǎng)投運，用高爐廢氣制造生(shēng)物乙醇 |
塔塔鋼鐵 | 2018年(nián)，HIsarna開始工(gōng)業試驗； 2027年(nián)，Athos項目實現碳減排100萬噸，将排放(fàng)氣體(tǐ)加工(gōng)成化工(gōng)原料； 2030年(nián)，Everest項目（碳捕集、存儲項目）實現碳減排300萬噸； 2030年(nián)，在荷蘭建立年(nián)産100萬噸~150萬噸的工(gōng)業級示範線 |
蒂森克虜伯 | 2019年(nián)11月11日(rì)，德國(guó)杜伊斯堡9号高爐注入氫氣試驗； 2022年(nián)，氫氣試驗擴大(dà)到所有28個風(fēng)口； 2025年(nián)，第一座DRI（直接還(hái)原鐵）工(gōng)廠(chǎng)投運，年(nián)産能40萬噸； 2030年(nián)，氫基DRI年(nián)産能增加至300萬噸 |
薩爾茨吉特鋼鐵公司（Salzgitter） | 2020年(nián)第四季度，高溫電解槽（HTE）投運，風(fēng)力發電廠(chǎng)投運； 2020年(nián)底開始推出綠色鋼鐵産品； 2021年(nián)3月，氫基DRI200萬噸示範線完成可(kě)行性論證 |
4、總結
參考文獻：
[1]高爐/堿性氧氣爐路(lù)線以鐵礦石爲原材料,碳作(zuò)還(hái)原劑,并在過程中添加廢鋼來(lái)煉制鋼鐵。
[2]電弧爐路(lù)線則基于廢鋼和電能,利用電弧的熱(rè)效應加熱(rè)爐料進行煉鋼。
[3]https://op.europa.eu/en/web/eu-law-and-publications/publication-detail/-/publication/fb63033e-2671-11e8-ac73-01aa75ed71a1《European steel-The wind of change》
