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鋼鐵行業碳減排路徑：脫碳化是研究重點
鋼鐵超低排放改造正如火如荼開展，近300家鋼鐵企業和6.2億噸粗鋼產能正在實施最為嚴苛的污染物排放標準的環保改造。接下來，還將迎接一個新目標：2030年“碳達峰”和2060年“碳中和”。
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“鋼鐵行業是制造業31個門類中碳排放量最大行業，約占總排放量的15%，壓力巨大。大家必須積極謀劃、盡早行動。”3月20日，在北京舉辦的2021（第十二屆）中國鋼鐵發展論壇上，中國工程院工程管理學部主任、中國工程院院士胡文瑞呼吁。
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《鋼鐵行業碳達峰及降碳行動方案》正在編制
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作為國內產量排位第一的鋼鐵企業，中國寶武集團已經率先發布了自己的碳達峰計劃：2023年力爭實現碳達峰，2035年力爭減碳30%，2050年力爭實現碳中和。隨后，河鋼也發布了碳達峰計劃。
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據記者了解，《鋼鐵行業碳達峰及降碳行動方案》目前還在編制中，行業碳達峰目標初步定為：2025年前，鋼鐵行業實現碳排放達峰；到2030年，鋼鐵行業碳排放量較峰值降低30%，預計將實現碳減排量4.2億噸。
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冶金工業規劃研究院黨委書記、總工程師，俄羅斯自然科學院外籍院士李新創表示，鋼鐵行業實現碳達峰、碳減排對應國家層面4個節點（2025年：深化重點領域低碳行動；2030年前：碳排放達峰；2035年：穩中有降；2060年前：碳中和）也可分為四個階段，分別是階段1：碳排放達峰；階段2:穩步下降；階段3:較大幅度下降；階段4:深度脫碳。
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他認為，應從六個方面支撐鋼鐵行業碳達峰、碳減排，一是推動綠色布局，二是節能及能效提升，三是優化用能及流程結構，四是構建循環經濟產業鏈，五是應用突破性低碳技術，六是制度建設和政策體系保障。
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02
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走高質量、減量化道路首先不應該提高產量
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2020年，我國鐵礦石進口量創歷史新高，與此同時，全年粗鋼產量及鋼材消費也雙雙創出歷史新高。據冶金工業規劃研究院預測，2021年，我國鋼材需求總量還將會有1%的小幅增長。
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在原冶金工業部副部長、中國工程院院士殷瑞鈺看來，中國鋼鐵工業應該走高質量、減量化的發展道路，首先不應該提高產量，不能大量出口低附加值鋼材。
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“產量減少就意味著碳達峰的實現。”殷瑞鈺表示，2005年起，我國成為鋼鐵產品凈出口國，隨后幾年一躍成為世界最大鋼材出口國。低附加值鋼材的出口一方面抬高了鐵礦石價格，另一方面把國際鋼價壓了下去，得不償失。
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他提供了一組數據，以2016年中國凈出口9496萬噸鋼材（折合粗鋼9868萬噸）帶來的資源、能源、環境負荷來看，需要進口1.58億噸鐵礦石，運輸需要263萬個車皮；消耗3.21億噸新水，排放二氧化碳1.72億噸，二氧化硫7.35萬噸，煙粉塵約7.02萬噸。
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03
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什么是脫碳化？脫碳化意味著什么？
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“鋼鐵企業要走節能、減排、脫碳等綠色發展道路，當前要高度重視脫碳化。”殷瑞鈺表示，脫碳化意味著要從如下幾個方面著力：一是資源脫碳化，特別是合理使用廢鋼；二是能源脫碳化，少用或不用化石能源，轉而用電，特別是充分利用電網棄電；三是生產制造流程脫碳化，首先從建筑用長材的生產流程變革做起，合理布局城市周邊鋼廠；四是進出口貿易脫碳化，以稅收、配額等措施限制高碳負荷產品的出口總量。五是政策法規脫碳：分階段開征碳稅、分行業實施碳交易，出臺脫碳化負面清單，醞釀脫碳化立法；六是通過供給側結構性改革，推動產業結構化優化，降低高耗能制造業、能源行業、交通運輸業的碳排放。同時，加強提高碳匯能力。
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“中國鋼鐵工業的流程結構應該在減量化的發展進程中作出調整，以全廢鋼電爐流程生產建筑用長材來替代以中、小高爐、轉爐生產螺紋鋼、線材等大宗產品，亦即以適當的布局發展城市鋼廠、利用城市礦山。”殷瑞鈺認為，中國未來鋼廠將分成兩類布局，一類是以高爐、轉爐廠流程和生產板材為主的大型聯合企業，主要布置在沿海深水港地區；一類是以生產建筑用長材為主的全廢鋼電爐短流程鋼廠，主要是布置在城市周邊，以消納廢鋼、棄電城市中水等社會廢棄物，與城市和諧相處。
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此外，他還表示，政策法規是實現碳達峰、碳中和的強大杠桿。從鋼鐵工業超低排放的成功經驗可以看出，一系列配套的政策是實現目標的強大杠桿。因此，碳稅，碳交易、碳負面清單、碳規劃、脫碳化立法是必須高度關注的。
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04
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脫碳化技術瓶頸待突破
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據全球碳捕集與封存研究院發布的《全球碳捕集與封存現狀2020》顯示，鋼鐵行業大約產生了全球7%的二氧化碳排放量。通過鋼鐵循環利用、能效項目以及一些用氫替代化石燃料的初步措施，已經做了大量的工作來減少排放。仍有一大部分溫室氣體排放可以通過使用CCS來實現減排。
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在位于阿布扎比阿聯酋鋼廠，自2016年以來企業一直在用溶劑捕集法進行碳捕集和封存。二氧化碳的產生源自直接還原鐵裝置（DRI，即將鐵礦石轉化為用于煉鋼的鐵元素）中用作還原劑的煤炭或天然氣。這家鋼廠每年大約捕集80萬噸二氧化碳。
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殷瑞鈺建議，對于一些生產扁平材的大型鋼鐵聯合企業，要進一步開發節能，脫碳化技術，進一步降低碳排放總量。
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中國鋼鐵工業協會此前也表示，要突破低碳工藝技術瓶頸，推動非化石能源尤其是氫能在鋼鐵行業的應用。
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在應用突破性低碳技術方面，李新創表示，實現深度脫碳的途徑目前有：氫能冶煉、電解還原、氧氣高爐及非高爐冶煉、生物質能利用、CCS/CCUS等。
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“現階段，生物質能不具備大規模利用的條件，電解技術仍處于實驗基礎研究階段。因此，氫能冶煉、氧氣高爐及非高爐冶煉、CCS/CCUS是重點。”李新創表示，其中，氫能冶煉（以氫作為還原劑替代碳冶金）是鋼鐵生產實現無化石冶煉，達到零碳排放的重要技術，也是目前國際國內鋼鐵行業的關注熱點。
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據了解，氫能冶煉的原理是：將氫氣代替煤炭作為高爐的還原劑，以減少乃至完全避免鋼鐵生產中的二氧化碳排放。在傳統的工藝流程中，需要在高爐中消耗300千克的焦炭和200千克的煤粉作為還原劑，才能生產出1噸生鐵。而在鋼鐵生產中，氫氣可作為鐵礦石的無排放還原劑，對氣候保護十分有益。氫氣燃燒的副產物只有水，并不產生有害氣體。它能以高能量密度的液體或氣體形式儲存和運輸，且用途廣泛。由于其多功能性，氫氣在向清潔、低碳能源系統的過渡過程中起著關鍵作用。
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“目前，瑞典、德國、日本等國家鋼鐵行業均在開展相關實踐及應用，國內寶武、河鋼、酒鋼等也正開展相關研究。”李新創表示，實現綠氫制取、成本降低是這項技術應用突破的關鍵。應重點圍繞以高爐富氫（或純氫）冶煉和氣基豎爐富氫（或純氫）冶煉為主的技術路線，推動關鍵核心技術、工藝和裝備取得重大突破。
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來源：中國環境App
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