制造業(yè)第一碳排放大戶：鋼鐵行業(yè)脫碳的短中長期路徑

 

氫冶金的基本原理就是以氫氣作為還原劑，代替碳將鐵氧化物還原為金屬鐵。由于氫還原的過程中沒有碳元素的參與，不產(chǎn)生二氧化碳等溫室氣體，也就從根本上減少了冶煉過程的碳排放。

 

氫冶金是實(shí)現(xiàn)鋼鐵工業(yè)零碳發(fā)展最關(guān)鍵的解決方案，目前世界各大鋼鐵龍頭企業(yè)都在積極進(jìn)行氫冶金技術(shù)攻關(guān)和產(chǎn)能布局，逐漸形成了以富氫高爐、氫基豎爐為核心的兩大氫冶金技術(shù)路線。據(jù)中創(chuàng)碳投行業(yè)減排模型測(cè)算，在鋼鐵行業(yè)碳達(dá)峰階段，氫冶金技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)0.71億噸的減碳量。

 

寶武在報(bào)告中提到，高爐是極高效率的反應(yīng)器，能為煉鋼提供最潔凈的原料，其效率和地位在很長一段時(shí)間內(nèi)都很難被其他工藝完全替代。以富氫碳循環(huán)為手段，以降低高爐還原劑比為方向，重構(gòu)高爐流程，最大程度利用碳的化學(xué)能，以工業(yè)綠色電氣化取代碳進(jìn)行加熱，可以實(shí)現(xiàn)高爐流程的大幅減碳。

 

 

傅建國亦表示，寶鋼股份有大量長流程的資產(chǎn)，這個(gè)資產(chǎn)如果放棄，對(duì)鋼鐵行業(yè)意味著巨大的損失，目前正積極投入一些新的冶金技術(shù)，在傳統(tǒng)的長流程冶金工藝中進(jìn)行變革。

 

2022年7月，全球首個(gè)400立方米工業(yè)級(jí)別的富氫碳循環(huán)氧氣高爐HyCROF在八鋼公司正式亮相、點(diǎn)火投運(yùn)。

 

該項(xiàng)目歷時(shí)多年：2019年，中國寶武啟動(dòng)對(duì)八鋼公司已廢棄的430立方米高爐的改造；2020年底，其成為全球首個(gè)實(shí)現(xiàn)35%富氧冶煉目標(biāo)的高爐；2021年6月，實(shí)現(xiàn)風(fēng)口噴吹脫碳煤氣和焦?fàn)t煤氣，是全球高爐首次實(shí)現(xiàn)脫碳煤氣循環(huán)利用的案例，減碳效果15%以上。

 

除了已經(jīng)實(shí)施的全氧富氫煤氣循環(huán)之外，該項(xiàng)目還將規(guī)劃光電制氫和CO2的資源化利用產(chǎn)線建設(shè)，形成一個(gè)完整的430立方米級(jí)工業(yè)化的高爐低碳冶金示范產(chǎn)線和試驗(yàn)工廠。 

 

根據(jù)寶武的規(guī)劃，2035年前后，富氫循環(huán)高爐技術(shù)將開始助力減碳，預(yù)計(jì)減碳潛力30%-50%，氫基豎爐緊隨其后，預(yù)計(jì)減碳潛力50%-90%。

 

理想狀態(tài)下，氫基豎爐工藝方案可以使用清潔能源制取氫氣，使用氫氣還原鐵礦石煉鐵，有望實(shí)現(xiàn)鋼鐵冶煉過程的近零碳排放。 

 

寶鋼湛江鋼鐵、中晉太行、河鋼張宣科技等企業(yè)都在嘗試推進(jìn)氫基豎爐項(xiàng)目。

 

以寶鋼湛江鋼鐵的項(xiàng)目為例，該項(xiàng)目計(jì)劃建設(shè)一套綠氫全流程零碳工廠，其中百萬噸級(jí)豎爐工程已于2021年底奠基，預(yù)計(jì)2023年底建成，投產(chǎn)后對(duì)比傳統(tǒng)鐵前全流程高爐煉鐵工藝同等規(guī)模鐵水產(chǎn)量，每年可減少二氧化碳排放50萬噸以上。

 

根據(jù)規(guī)劃，未來該項(xiàng)目將利用南海的天然氣，乃至利用南海地區(qū)光伏、風(fēng)能制氫，形成與鋼鐵冶金工藝相匹配的全循環(huán)、封閉的流程，產(chǎn)線碳排放較長流程降低90%以上，并通過碳捕集、森林碳匯等實(shí)現(xiàn)綠氫全流程零碳工廠。

 

低碳冶金技術(shù)是缺乏模仿對(duì)象的“無人區(qū)”，需要加快創(chuàng)新，推進(jìn)技術(shù)攻關(guān)。2021年11月，寶武倡議并聯(lián)合全球鋼鐵業(yè)及生態(tài)圈伙伴單位，共同發(fā)起成立“全球低碳冶金創(chuàng)新聯(lián)盟”。

 

 

同時(shí)，寶武面向全社會(huì)設(shè)立低碳冶金創(chuàng)新基金，提供每年3500萬元以內(nèi)的資金，重點(diǎn)資助低碳冶金領(lǐng)域基礎(chǔ)和應(yīng)用基礎(chǔ)研究。

 

根據(jù)國際能源署（IEA）發(fā)布的2020年鋼鐵行業(yè)技術(shù)路線圖，預(yù)計(jì)到2050年，鋼鐵行業(yè)通過工藝改進(jìn)、效率提升、能源和原料替代等常規(guī)減排手段后，仍將剩余34%的碳排放，即使氫冶金技術(shù)取得突破性進(jìn)展，剩余碳排放也將超過8%。因此，CCUS將是最終實(shí)現(xiàn)碳中和的托底技術(shù)。

 

當(dāng)前，中國CCUS示范項(xiàng)目整體規(guī)模較小，成本較高，且布局主要集中在發(fā)電、石化等行業(yè)，個(gè)別鋼鐵企業(yè)也是剛剛開始探索。

 

2022年11月，寶鋼股份與中石油、殼牌、巴斯夫簽署合作諒解備忘錄，四家企業(yè)將合作在華東地區(qū)共同啟動(dòng)我國首個(gè)開放式千萬噸級(jí)CCUS項(xiàng)目。同月，包鋼集團(tuán)200萬噸CCUS項(xiàng)目一期50萬噸示范項(xiàng)目巖土工程勘察工作全面完成，該項(xiàng)目是鋼鐵行業(yè)首個(gè)CCUS全產(chǎn)業(yè)鏈?zhǔn)痉豆こ?，將分為三期建設(shè)。

 

結(jié)語

 

作為僅次于發(fā)電行業(yè)的第二大碳排放來源，鋼鐵行業(yè)的減排對(duì)實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰碳中和目標(biāo)至關(guān)重要。但與任何一個(gè)行業(yè)的減碳一樣，這并不是僅憑行業(yè)自身就能夠?qū)崿F(xiàn)的事，需要下游用戶、政府、金融機(jī)構(gòu)等多方共同推進(jìn)，形成合力。

 

一位鋼鐵行業(yè)高層在與《財(cái)經(jīng)》交流時(shí)提到，歐洲用戶群明確提出了減碳要求，政府也搭建了相對(duì)完善的交易機(jī)制，因此歐洲鋼鐵企業(yè)減碳更有動(dòng)力，路線也更清晰。而中國很多下游行業(yè)仍在觀望，汽車行業(yè)的需求相對(duì)明確，但大部分制造業(yè)、建筑行業(yè)等，并沒有明確的需求。此外，鋼鐵行業(yè)目前仍未被納入全國碳市場(chǎng)，對(duì)行業(yè)而言，何時(shí)投入、投入后能否得到回報(bào)，仍然是模糊的疑問。“盡快明確路線，企業(yè)可以盡早謀劃，這涉及大量資金，也涉及現(xiàn)有資產(chǎn)要在何時(shí)結(jié)束生命周期、長流程向短流程切換進(jìn)程等等，是否能掌握好時(shí)機(jī)，對(duì)行業(yè)來說生死攸關(guān)。”

 

（作者陳夢(mèng)夢(mèng)、潘聰超為中創(chuàng)碳投研究院高級(jí)分析師、鄭慧為《財(cái)經(jīng)》雜志產(chǎn)業(yè)研究中心研究員；編輯：馬克。更詳細(xì)的分析請(qǐng)見中創(chuàng)碳投即將發(fā)布的《鋼鐵企業(yè)低碳發(fā)展路徑白皮書》）