鋼鐵行業(yè)是碳排放密集程度最高、最難脫碳的行業(yè)之一，2020年鋼鐵行業(yè)碳排放量占全球總量的7.2%。根據(jù)世界鋼鐵協(xié)會數(shù)據(jù)，平均每生產(chǎn)1噸鋼排放1.851噸二氧化碳。

歐盟鋼鐵行業(yè)溫室氣體年排放量（直接和間接排放）達到2.21億噸，占歐盟總排放量的5.7%，約等于法國整個國家的年排放量。在歐盟碳交易體系（EU-ETS）中，前五大工業(yè)排放源都屬于鋼鐵行業(yè)。

目前，歐洲鋼鐵行業(yè)正走在雄心勃勃的脫碳道路上，即到2030年將碳排放量比1990年的水平減少55%，并到2050年（相比1990年）可以達到80%~95%的減排成果。

為此，歐洲的鋼鐵行業(yè)掀起了一場綠色鋼鐵行動。歐洲鋼鐵聯(lián)盟已經(jīng)制定了一套明確的路徑方案，確保歐洲能夠繼續(xù)走在符合《巴黎氣候協(xié)定》要求的軌道上，同時也使歐洲鋼鐵適應(yīng)清潔、低碳的未來。

與此同時，包括汽車制造商在內(nèi)的越來越多的客戶，現(xiàn)在也呼吁鋼鐵供應(yīng)商未來以氣候中和的方式進行生產(chǎn)，并要貫穿價值鏈的所有階段。

01 清潔氫是鋼鐵行業(yè)脫碳最具前景的解決方案

基礎(chǔ)煉鐵過程中會使用到三種還原劑：碳、氫和電。因此，任何清潔生產(chǎn)工藝的目標都是從碳轉(zhuǎn)向氫氣和/或電力。根據(jù)落基山研究所的最新報告，在清潔效率和技術(shù)成熟度的綜合考慮下，氫冶金，尤其是清潔氫冶金，是最具前景的鋼鐵行業(yè)脫碳解決方案之一。

氫氣煉鋼是以氫代替碳作為還原劑，從而降低碳還原的碳排放，針對的是鋼鐵生產(chǎn)流程中的煉鐵工藝，即長流程中的高爐煉鐵和短流程中的直接還原煉鐵環(huán)節(jié)，全部采用廢鋼的短流程由于取消了煉鐵環(huán)節(jié)，不涉及氫冶金。對于長流程，除了消除還原反應(yīng)的碳排放，還可以省去煤炭焦化環(huán)節(jié)產(chǎn)生的碳排放。

氫在冶煉中的應(yīng)用方式一般有三種，即高爐富氫冶煉（H2-BF）、氫直接還原鐵（H2-DRI）和氫熔融還原鐵（H2-SRI）。高爐富氫冶煉是指將氫氣與現(xiàn)有還原劑混合后，在冶煉過程中所產(chǎn)生的還原反應(yīng)。該方法可以減少還原反應(yīng)的碳排放，卻不能實現(xiàn)零碳，不過仍可被視為一種漸進式的減碳方案。在中國，寶武鋼鐵正在新疆進行高爐富氫冶煉試點項目，與碳循環(huán)等其他減碳技術(shù)共同作用，其目標是實現(xiàn)30%以上的碳減排。

氫直接還原鐵是指通過氫基還原反應(yīng)直接還原固體鐵礦石，該路徑有潛力實現(xiàn)幾乎完全脫碳。目前，眾多鋼鐵企業(yè)已經(jīng)開始進行此類技術(shù)的試點項目。河鋼集團正在與意大利特諾恩（Tenova）公司合作建設(shè)一座氫能直接還原鐵工廠。SSAB已經(jīng)向沃爾沃交付了首批氫基無化石能源鋼。而安賽樂米塔爾在德國漢堡建造了一座氫直接還原鐵綠色示范鋼廠。

氫熔融還原鐵是指將熔融還原與氫還原相結(jié)合，以此來減少焦化和鐵礦石燒結(jié)前的處理步驟。建龍鋼鐵的氫熔融還原冶煉項目已在中國內(nèi)蒙古成功投產(chǎn)。為了實現(xiàn)純氫離子熔融還原鐵的最終目標，建龍集團在煤基熔融還原鐵的工藝中混入了氫氣。

根據(jù)落基山研究所的最新報告，在清潔效率和技術(shù)成熟度的綜合考慮下，氫冶金，尤其是清潔氫冶金，是鋼鐵行業(yè)完全脫碳的最關(guān)鍵、最有前途的解決方案之一。在可行使命伙伴關(guān)系（Mission Possible Partnership）的氣候一致性情景下，到2050年，全球鋼鐵行業(yè)的氫需求將達到3500-5500萬噸。

02 歐洲鋼鐵廠的綠色行動

歐洲鋼鐵企業(yè)紛紛開始制定各自的碳中和目標并著手研制綠色鋼鐵。最具代表性的是SSAB(瑞典鋼鐵集團），其提出“到2045年實現(xiàn)無化石燃料冶金、2026年投放無化石燃料鋼鐵產(chǎn)品”的總體目標。2016年，SSAB與瑞典電力企業(yè)Vattenfall公司、瑞典LKAB礦業(yè)公司就氫基直接還原鐵項目HYBRIT進行合作，其工藝旨在用氫氣和可再生電力取代傳統(tǒng)上用于礦石制鋼的焦煤。

與此同時，HYBRIT 正在探索生產(chǎn)用于直接還原鐵工廠的鐵礦石球團的替代方法。該工藝目前使用化石燃料，但 HYBRIT 已嘗試使用造紙產(chǎn)生的生物油副產(chǎn)品，并計劃測試以氫為基礎(chǔ)的加熱來制造顆粒。

該工廠在2021年向沃爾沃完成了首次商業(yè)交付，其綠鋼產(chǎn)品將于今年三季度用于沃爾沃卡車的生產(chǎn)，而沃爾沃也表示力爭在2026年成為第一家大規(guī)模使用綠色鋼鐵生產(chǎn)汽車的公司。

在綠色鋼鐵需求的不斷增加和減排壓力持續(xù)加大的驅(qū)動下，歐洲的鋼鐵巨頭們在綠色鋼鐵領(lǐng)域不斷加注，僅在近一個月內(nèi)就大動作頻頻。

6月22日，鋼鐵巨頭安賽樂米塔爾和能源公司 RWE簽署了一份諒解備忘錄，將共同開發(fā)、建設(shè)和運營海上風電場和氫設(shè)施，這些設(shè)施將提供生產(chǎn)低排放鋼鐵所需的可再生能源和綠色氫。該合作的重點是推動碳中和鋼的生產(chǎn)，并計劃用風能和綠色氫替代煤炭，作為安賽樂米塔爾鋼鐵生產(chǎn)的主要能源。

6月30日，數(shù)個跨行業(yè)公司組成了一個名為“GravitHy”的財團，該財團將計劃投資22億歐元運行一項綠鋼新計劃。該計劃將涉及安裝約 650 兆瓦的電解槽容量，這將是歐洲最大的電解槽之一，屆時將每年生產(chǎn) 110,000 噸氫氣，用于生產(chǎn)用于綠色鋼鐵制造的氫衍生直接還原鐵 (DRI)，并將在法國南部建造一座200萬噸/年的直接還原鐵工廠。

7月11日，德國鋼鐵巨頭蒂森克虜伯與英國石油公司(BP)簽署諒解備忘錄，以期實現(xiàn)鋼鐵生產(chǎn)所用的低碳氫以及可再生能源的長期供應(yīng)。蒂森克虜伯計劃通過用低碳氫還原鐵礦石的直接還原工廠取代燃煤高爐，以加快其脫碳進程。

7月13日，德國鋼鐵生產(chǎn)商薩爾茨吉特批準了SALCOS ?項目（Salzgitter低碳煉鋼）第一階段開發(fā)所需的7.23 億歐元資金，這是迄今為止對綠色鋼鐵的最大投資，新的綠氫煉鋼設(shè)施將每年生產(chǎn) 190 萬噸綠色鋼材，助力薩爾茨吉特2033 年底前實現(xiàn)其業(yè)務(wù)脫碳的目標。

歐洲鋼鐵協(xié)會總干事AxelEggert6月1日在一個清潔鋼鐵合作網(wǎng)絡(luò)研討會上表示，歐洲鋼鐵行業(yè)未來十年實施的60個脫碳項目，將使該行業(yè)的直接和間接二氧化碳排放量減少三分之一，即8150萬噸。這些項目的資本支出約310億歐元，基于氫氣和綠色電力價格的不確定性，項目運營成本估計高達550億歐元。一噸綠色鋼材的價格最初可能比同類傳統(tǒng)高爐路線產(chǎn)品高35%-100%，但隨著時間的推移，預計綠色鋼材將越來越具有競爭力。

03 綠鋼生產(chǎn)將帶來大量可再生能源缺口

氫氣煉鋼的減排潛力確實很大，但要實現(xiàn)真正的綠鋼生產(chǎn)，需要確保通過可再生能源生產(chǎn)綠色氫氣，此外氫還原鐵吸熱反應(yīng)所需要的熱量也需通過可再生能源來提供。如果氫氣煉鋼只著眼于單一環(huán)節(jié)，那也不過是拆東墻補西墻，反而有違氫氣煉鋼的初衷。而這將大大提高可再生能源的需求，為可再生能源的供給帶來極大挑戰(zhàn)。

根據(jù)歐洲氫能貿(mào)易協(xié)會的最新報告《太陽能鋼鐵：綠色鋼鐵制造的技術(shù)經(jīng)濟評估》，僅僅改造一家年產(chǎn)400萬噸粗鋼產(chǎn)量的鋼鐵廠（歐盟平均水平），將需要1.2-1.3GW的可再生能源驅(qū)動的電解器滿負荷運行，以產(chǎn)生足夠的綠色氫氣來從鐵礦石中提取鐵。如果使用可變的可再生能源電力，并且電解槽不能在恒定的滿負荷下運行，那么挑戰(zhàn)就更大了。當完全使用太陽能光伏發(fā)電來制氫時，所需的電解功率將增長到4.5-5.0 GW左右，這將使平均產(chǎn)能的單個工廠所需的資本支出從33億歐元增加到近70億歐元。

報告同時表示，歐盟所有已安裝的BF-BOF工廠的總量約為每年1.03億噸熱金屬，將所有這些工廠轉(zhuǎn)為以氫為基礎(chǔ)的DRI/EAF[直接還原鐵/電弧爐]可能每年節(jié)省多達1.96億噸的溫室氣體排放，但為了做到這一點，需要多達530噸的可再生氫和多達370TWh的額外可再生發(fā)電量（包括EAF電力消耗）。

根據(jù)Recharge的計算，在北歐（歐洲大陸大多數(shù)BOF-BF鋼廠所在地）太陽能發(fā)電的平均容量系數(shù)為12%，生產(chǎn)370TWh需要超過350GW的光伏板。歐洲風機的平均容量系數(shù)為26%（包括陸上和海上），生產(chǎn)370TWh的風能則將需要超過160GW的風力渦輪機。

國際可再生能源機構(gòu)的數(shù)據(jù)顯示，截至2021年底，歐盟有187.5GW的風力發(fā)電和160.3GW的太陽能發(fā)電裝置安裝容量。

因此，鋼鐵行業(yè)的脫碳將帶來可再生能源的巨大缺口。根據(jù)歐洲風能協(xié)會WindEurope和鋼鐵協(xié)會Eurofer發(fā)布的估計，用于綠色鋼鐵制造的氫氣生產(chǎn)可能會吞噬歐盟REPowerEU一攬子計劃中增加的風電產(chǎn)能目標的一半以上。

從焦炭煉鋼到氫能煉鋼，表面上只是還原方法的不同，但要實現(xiàn)降低碳排放的目標，需要整個流程系統(tǒng)性的規(guī)劃和配套產(chǎn)業(yè)鏈的發(fā)展，做到綠色制氫、綠色用氫。氫能煉鋼需要突破一些現(xiàn)實挑戰(zhàn)，才能實現(xiàn)大規(guī)模應(yīng)用。這意味著除了鋼鐵行業(yè)本身，整個價值鏈模式也需要顯著的轉(zhuǎn)型。

返回列表