簡析2021年日本鋼鐵工業(yè)低碳發(fā)展現(xiàn)狀

 

2021年期間，日本三家鋼鐵聯(lián)合企業(yè)根據(jù)JISF的《日本政府關(guān)于2050年碳中和的日本鋼鐵工業(yè)基本政策》，分別宣布了到2050年實現(xiàn)碳中和的愿景目標(biāo)，三家企業(yè)都將這一目標(biāo)定位為管理的重中之重。日本制鐵建立了“環(huán)境品牌標(biāo)志”，代表公司優(yōu)先開展的“零碳鋼”活動，并通過這一環(huán)境品牌標(biāo)志在日本和海外積極宣傳其環(huán)境管理措施，特別是在零碳鋼方面的努力。為了促進(jìn)碳中和，JFE鋼鐵公司加強(qiáng)了內(nèi)部管理結(jié)構(gòu)，成立了新的專業(yè)部門。相應(yīng)舉措包括成立“碳循環(huán)發(fā)展部”，以促進(jìn)碳循環(huán)高爐和CCU甲醇(2482, -51.00, -2.01%)合成的基本技術(shù)開發(fā)；成立“綠色原料部”，以開發(fā)適合于直接還原法的原料，并確保有助于減少CO2排放的外部鐵源。JFE鋼鐵公司還成立了一個“碳中和推進(jìn)委員會”，負(fù)責(zé)統(tǒng)一討論和決策，快速、高效地落實與碳中和有關(guān)的組織和項目的重大問題，如鋼鐵新工藝開發(fā)、綠色原材料采購、中長期目標(biāo)制定等，進(jìn)一步加快實現(xiàn)碳中和的步伐。

 

神戶制鋼將工程業(yè)務(wù)的天然氣基直接還原煉鐵技術(shù)與鋼鐵業(yè)務(wù)的高爐操作技術(shù)相結(jié)合，證明該綜合技術(shù)可以大幅降低高爐工藝中的CO?排放。2020年10月，該公司在其加古川廠使用大型高爐（4844m3）進(jìn)行了為期約1個月的驗證試驗。在驗證試驗中，將天然氣基直接還原煉鐵工藝獲得的大量熱壓塊鐵（HBI）送入高爐，證實了決定高爐CO2排放量的還原劑比可由518kg/t鐵穩(wěn)定降低至415kg/t鐵（相當(dāng)于比常規(guī)工藝減少約20%的CO2排放）。神戶制鋼還實現(xiàn)了世界上最低的焦比（239kg/t鐵），為利用現(xiàn)有技術(shù)以低成本降低CO2排放的解決方案提供了前景。

 

由神戶制鋼的全資子公司美國Midrex技術(shù)公司和許可方PaulWurthS.A組成的財團(tuán)，收到了一個使用天然氣生產(chǎn)HBI裝置的訂單，所需天然氣來自俄羅斯MikhailovskyHBI有限責(zé)任公司。該裝置將由Mikhailovsky在俄羅斯庫爾斯克地區(qū)的Zheleznogorsk重新建造，并將擁有全球最大的HBI產(chǎn)能（208萬噸/年）。該裝置能夠降低能源消耗和環(huán)境負(fù)荷，其設(shè)計還設(shè)想在未來完全過渡到以氫作為還原劑。該項目計劃于2024年上半年投入運(yùn)營。該財團(tuán)還在阿爾及利亞建成了一個年產(chǎn)能為250萬噸的裝置，該裝置于2016年由阿爾及利亞卡塔爾鋼鐵公司的貝拉拉鋼鐵廠訂購，并已開始向該公司提供直接還原鐵（DRI）作為電弧爐入爐料。使用新工廠生產(chǎn)的DRI，該鋼鐵廠計劃通過在電弧爐中熔化DRI，然后進(jìn)行連鑄和連軋，生產(chǎn)大約200萬噸/年的鋼筋和線材。由于該設(shè)備具有的特點(diǎn)，該工藝展現(xiàn)出良好的節(jié)能效果和較高的生產(chǎn)率，由于DRI裝置與電弧爐相連，使得DRI在從DRI裝置排出時的溫度與運(yùn)輸?shù)诫娀t時的溫度相同。

 

日本碳捕集與再利用（CCR）研究小組“船舶碳回收工作組”（WG）成員——日本制鐵、JFE鋼鐵、日本船級社（ClassNK）和其他成員證實，甲烷化技術(shù)產(chǎn)生的碳回收甲烷可被認(rèn)定為零排放船舶燃料。在日本沿海鋼鐵廠，幾乎所有的原材料進(jìn)口以及向日本和海外市場運(yùn)輸?shù)匿撹F產(chǎn)品都是通過船舶運(yùn)輸?shù)?，通過分離和捕集鋼鐵廠排放的CO2，并使用這些CO2合成的甲烷作為船舶燃料，可以減少整個鋼鐵供應(yīng)鏈中的CO2排放。

 

在“NEDO可行性研究計劃/未知領(lǐng)域挑戰(zhàn)2050”中，日本制鐵、大阪城市大學(xué)和日本東北大學(xué)開發(fā)了世界上第一個“綠色”催化工藝，在不使用脫水劑的情況下，從常壓CO2和二醇直接合成脂肪族聚碳酸酯二醇。為了使從高爐和其他來源排放的常壓CO2作為原料發(fā)生反應(yīng)，該小組開發(fā)了一種固體催化劑系統(tǒng)，使從CO2合成聚合物成為可能，而不需要使用脫水劑，必須進(jìn)行回收和再利用。研究小組發(fā)現(xiàn)，如果在常壓下吹入CO2，利用化學(xué)產(chǎn)物或二醇與水的沸點(diǎn)差蒸發(fā)除去水分，則不需要使用脫水劑，而且在研究的金屬氧化物中，鈰氧化物（CeO2）催化劑的活性最高。

 

日本制鐵還參與了“中部地區(qū)氫利用研究小組”，研究供應(yīng)鏈的建設(shè)，以實現(xiàn)穩(wěn)定、經(jīng)濟(jì)高效地供應(yīng)大量氫，從而實現(xiàn)“零碳鋼”生產(chǎn)，以及為此目的所需基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)和維護(hù)。在迄今為止的活動中，該集團(tuán)已對日本中部地區(qū)各工業(yè)部門對氫氣的潛在需求進(jìn)行了試驗計算，驗證了從海外來源接收氫氣到日本用戶的供應(yīng)鏈，并驗證了氫氣的可轉(zhuǎn)換成本。最近，該研究結(jié)果符合“中部地區(qū)到2030年可能大規(guī)模使用氫氣的研究結(jié)果和未來舉措”。未來將通過該小組與其他行業(yè)合作提出政策建議。

 

JFE鋼鐵公司與必和必拓簽署了一份關(guān)于在鋼鐵制造過程中實現(xiàn)低碳舉措的諒解備忘錄（MOU）。兩家公司將利用澳大利亞煤炭進(jìn)行聯(lián)合研究，包括高爐工藝原材料加工技術(shù)和直接還原鐵生產(chǎn)的研究，以促進(jìn)開發(fā)減少CO2排放的有效技術(shù)。通過這項聯(lián)合研究，兩家公司的目標(biāo)是建立一項創(chuàng)新技術(shù)，該技術(shù)將在鋼鐵行業(yè)的整個供應(yīng)鏈中實現(xiàn)CO2大幅減排。

 

日本制鐵與日本CCS株式會社、日本工程推進(jìn)協(xié)會、伊藤忠商事株式會社共同提交了NEDO公開招標(biāo)項目“CCUS技術(shù)研發(fā)與示范/苫小牧市大規(guī)模CCUS示范/CO2運(yùn)輸示范試驗”并中標(biāo)。該示范項目涉及研究和開發(fā)長距離、大容量、低成本的CO2運(yùn)輸技術(shù)，規(guī)模為100萬噸/年，從CO2供應(yīng)區(qū)運(yùn)輸?shù)绞褂煤蛢Υ娴攸c(diǎn)，目的是通過示范試驗和相關(guān)研究建立液化CO2船舶運(yùn)輸技術(shù)。具體而言，日本制鐵和伊藤忠將以CCUS為目的開展海上運(yùn)輸可行性研究，并將研究包括鋼鐵廠在內(nèi)的各種大型排放源的CO2運(yùn)輸商業(yè)模式，以實現(xiàn)CO2捕集和運(yùn)輸。

 

日本制鐵與日本制鐵化學(xué)材料股份有限公司、JRCM共同申請了“NEDO可行性研究計劃/新能源與環(huán)境技術(shù)可行性研究計劃/追求藍(lán)碳（海洋生態(tài)系統(tǒng)碳儲存）的供應(yīng)鏈建設(shè)技術(shù)開發(fā)”項目并入選。該項目旨在利用沿海鋼鐵廠生產(chǎn)碳中和的海洋生物燃料（海藻），并構(gòu)建“本地生產(chǎn)、本地消費(fèi)”的新型供應(yīng)鏈，在煉鋼過程中使用海洋生物燃料。該項目將研究利用海洋生物質(zhì)作為碳源（木炭和碳材料）用于鋼鐵生產(chǎn)過程。在海洋生物燃料生產(chǎn)方面，該小組將研究利用鋼鐵廠產(chǎn)生的鐵渣和鋼渣在海藻床層培養(yǎng)的技術(shù)來積極培育海藻。這項關(guān)于海洋生物作為碳中和材料的研究是世界上第一個此類研究，該項目的目的是通過開發(fā)上述基本技術(shù)并進(jìn)行可行性研究，包括總體經(jīng)濟(jì)性和CO2減排效果，創(chuàng)造一條通往示范階段的道路。

 

JFE鋼鐵公司申請了NEDO委托項目“碳循環(huán)與下一代火電技術(shù)開發(fā)/CO2減排與利用技術(shù)開發(fā)”（項目期限：2021-2024財年）并通過了以下兩個項目：①在“利用CO2合成甲醇優(yōu)化體系的開發(fā)”（與地球創(chuàng)新技術(shù)研究院（RITE）合作）中，旨在推進(jìn)變壓吸附（PSA）法低成本分離CO2技術(shù)和水膜反應(yīng)器技術(shù)的開發(fā)，使CO2高效合成甲醇，并構(gòu)建包括水預(yù)處理設(shè)備和甲醇合成反應(yīng)產(chǎn)生的水的循環(huán)利用在內(nèi)的最優(yōu)總系統(tǒng)。由于某鋼鐵廠高爐煤氣具有CO2濃度較高、CO和H2為次要成分的顯著特點(diǎn)，因此其目標(biāo)是最大限度地利用這些特點(diǎn)來實現(xiàn)低成本、高效率的甲醇合成。②在“快速、大量碳化鋼渣來固定CO2的創(chuàng)新技術(shù)研究與開發(fā)”（與愛姬大學(xué)合作）中，JFE鋼鐵公司將開發(fā)一種創(chuàng)新技術(shù)，將燃煤工業(yè)排放的CO2吹入高溫?zé)掍撛?，使大量CO2在煉鋼副產(chǎn)品鋼渣的氧化鈣成分中短時間內(nèi)固定碳化。同時，通過回收CO2固定后的氣體熱量來提高能源效率，使整個過程中CO2的固定量和CO2的減少量最大化。碳化鋼渣用作路基材料，是一種需求量較大的應(yīng)用。

 

在同一個NEDO項目中，神戶制鋼與神鋼生態(tài)解決方案有限公司共同申請了“利用煉鋼渣開發(fā)CO2固定工藝”項目并入選。幾乎100%的鋼渣被有效地用于土木工程和建筑材料產(chǎn)品中，其中大量產(chǎn)品被日本《綠色采購法》（官方名稱：《國家和其他實體采購環(huán)保產(chǎn)品和服務(wù)促進(jìn)法》）指定為公共工程項目的“指定采購項目”，作為減輕環(huán)境負(fù)荷的產(chǎn)品。由于鋼渣中的Ca和其他堿性成分與CO2易發(fā)生反應(yīng)，因此鋼渣作為一種有用的固碳材料也引起了人們的關(guān)注。但是，提高鐵渣中CO2固定后的化學(xué)產(chǎn)物碳酸鹽的利用價值，對提高鐵渣中CO2固定技術(shù)的經(jīng)濟(jì)性具有重要意義。由于鋼渣中除堿性成分外還含有雜質(zhì)，提高碳酸鹽的純度是提高其利用價值的一個挑戰(zhàn)。在各類鋼渣中，煉鋼渣中堿性成分的含量特別高。因此，神戶制鋼正在推動以煉鋼渣為重點(diǎn)的CO2固定技術(shù)的開發(fā)，旨在進(jìn)一步減少環(huán)境負(fù)荷。

 

JFE鋼鐵公司與廣島大學(xué)在廣島大學(xué)建立了“聯(lián)合研究課程（第二階段）”，旨在實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展目標(biāo)（SDGs）和社會貢獻(xiàn)。JFE鋼鐵公司和廣島大學(xué)原本在2011年簽署了一份全面協(xié)議，共同致力于研究利用鋼鐵生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的鋼鐵渣作為改善海洋環(huán)境的材料。2018年啟動“聯(lián)合研究課程（第一階段）”，研究范圍新擴(kuò)大到土地上使用的肥料領(lǐng)域。JFE鋼鐵公司和廣島大學(xué)在這兩個領(lǐng)域推動了鋼鐵渣材料的開發(fā)和有效性驗證。兩家機(jī)構(gòu)旨在通過這些努力，加快鐵渣、鋼渣這一可循環(huán)資源的有效利用技術(shù)的實際應(yīng)用。

 

日本制鐵作為代表企業(yè)，將在日本2025年世界博覽會協(xié)會和大阪商工會主辦的示范試驗中，進(jìn)行鋼管樁的使用和超弱地基的改善試驗。地基改良是以鋼渣為原料，通過調(diào)整配方，調(diào)整粒徑，制備鈣礬改進(jìn)劑，以提高混合軟質(zhì)疏浚土強(qiáng)度的一種技術(shù)。為有效利用含堿性成分的煉鋼渣，將煉鋼渣作為海洋環(huán)境修復(fù)材料。

 

在中國烏海寶杰新能源材料有限公司生產(chǎn)鋰電池負(fù)極材料的工廠開始運(yùn)營。該公司是由中國寶武鋼鐵集團(tuán)有限公司下屬的寶武炭材料科技有限公司與JFE化工株式會社共同出資組建的合資企業(yè)。中國現(xiàn)在已經(jīng)成為世界上最大的電動汽車市場，未來電動汽車和其他形式的電動汽車（xEVs）也有望增加。針對鋰離子電池負(fù)極材料的需求，該公司以中國電動汽車和固定式蓄電池產(chǎn)品為核心，從2022年下半年開始全面銷售負(fù)極材料（產(chǎn)能10000噸/年）。通過此次合資，JFE化工將通過該合資公司獲得新的鋰離子電池針狀焦基負(fù)極材料生產(chǎn)基地，為實現(xiàn)環(huán)境負(fù)荷低的可持續(xù)社會作出貢獻(xiàn)。

 

日本制鐵于2019年12月獲得了可持續(xù)管理促進(jìn)組織（SuMPO）認(rèn)證的“EcoLeaf”環(huán)境標(biāo)簽，從輥壓H型鋼開始，現(xiàn)在已經(jīng)獲得了總共21種產(chǎn)品的認(rèn)證，包括大截面尺寸固定外徑H型鋼、馬口鐵鍍錫板、無錫鍍層薄板、層壓鋼板、石油專用管材（OCTG）、干線用管、焊接輕型H型鋼和建筑結(jié)構(gòu)用板材，其次是2022年2月的鋼筋和線材產(chǎn)品。在所有情況下，這些產(chǎn)品線獲得EcoLeaf認(rèn)證在日本都是第一次。EcoLeaf計劃是一個國際認(rèn)證系統(tǒng)，通過使用LCA（生命周期評估）技術(shù)，考慮產(chǎn)品從資源提取到制造、分配、使用到處理或回收的整個生命周期，公開定量的環(huán)境信息。客戶可以根據(jù)這些信息，客觀地評價其使用的產(chǎn)品在生命周期中的環(huán)境負(fù)荷。日本制鐵正在積極推動鋼鐵產(chǎn)品環(huán)保性能的披露，以高可回收性和低環(huán)境負(fù)荷為特征，這也符合“可持續(xù)發(fā)展目標(biāo)（SDGs）。”

 

JFE鋼鐵公司和日本日鐵聯(lián)合獲得了“物流環(huán)境大獎”特別獎（日本物流運(yùn)輸協(xié)會贊助）。在從其西日本廠福山區(qū)運(yùn)輸鋼帶卷到JFE物流公司的東京配送中心的過程中，JFE鋼鐵公司使用了特殊的船只，其中帶卷在船上裝載在托盤上，但由于窄、寬帶卷不能穩(wěn)定地裝載在托盤上，這些產(chǎn)品已經(jīng)由拖車通過陸路運(yùn)輸了734公里。因此，JFE鋼鐵建立了一種運(yùn)輸方法，通過使用專用的框架，可以穩(wěn)定地捆扎帶卷，防止在航行過程中出現(xiàn)產(chǎn)品墜落等問題，并將運(yùn)輸工具切換為定期輪渡，往返于烏野港和千葉中心港，因此陸路運(yùn)輸距離縮短至87公里（福山-云野63公里+千葉中心港-東京配送中心24公里）。這不僅使拖車司機(jī)的實際駕駛和待機(jī)時間縮短了76%，而且還在運(yùn)輸過程中成功減少了22%的CO2排放量，獲得高度評價。

 

愛知制鋼與愛知物流股份有限公司在“2021財年綠色物流合作伙伴大會”共同獲得“優(yōu)秀綠色物流計劃”項目中的“綠色物流合作伙伴大會特別獎”。在這種情況下，兩家公司努力解決低載貨率航線的可視化問題，并在整個配送網(wǎng)絡(luò)中進(jìn)行物流整合，以應(yīng)對人員短缺等航運(yùn)業(yè)務(wù)面臨的挑戰(zhàn)。因此，可以將載貨率提高20%，并大大減少行程次數(shù)，從而實現(xiàn)210噸/年的CO2減排量。這一成就被高度評價為通過整合跨分銷渠道的物流來減少環(huán)境負(fù)荷的一個案例。