鋼鐵行業(yè)減碳依賴技術(shù)革新，氫冶金是重要技術(shù)路徑
鋼鐵行業(yè)是碳排放大戶，因此也是碳減排“主戰(zhàn)場”，不少大型鋼鐵企業(yè)已經(jīng)提出“碳達峰碳中和”時間表和路線圖，從路徑上看，鋼鐵行業(yè)減碳近中期依托結(jié)構(gòu)調(diào)整，遠期則依賴技術(shù)革新，而氫冶金是業(yè)內(nèi)公認的重要技術(shù)路徑。
鋼鐵行業(yè)是碳減排“主戰(zhàn)場”
2021年我國鋼鐵產(chǎn)量13.37億噸，能耗約7.35億噸標準煤，折算二氧化碳排放量約為27億噸，約占全國總碳排放量的17%以上，因此鋼鐵行業(yè)是碳減排的“主戰(zhàn)場”。
我國鋼鐵工業(yè)二氧化碳排放量高，主要是由于鋼產(chǎn)量大、長流程比例高、能耗偏高、能源結(jié)構(gòu)不優(yōu)造成的。“實現(xiàn)碳達峰、碳中和是一場廣泛而深刻的經(jīng)濟社會系統(tǒng)性變革，對鋼鐵行業(yè)來講是產(chǎn)業(yè)布局的深刻調(diào)整。”冶金工業(yè)信息標準研究院院長張龍強說。
據(jù)不完全統(tǒng)計，截至目前中國已有四家大型鋼鐵企業(yè)明確了“碳達峰碳中和”時間表和路線圖。中國寶武2023年實現(xiàn)碳達峰，2050年實現(xiàn)碳中和；鞍鋼集團2025年實現(xiàn)碳達峰，2035年碳排放總量和強度較峰值降低30%；河鋼集團2019年碳排放總量已達峰，2050年實現(xiàn)碳中和；建龍集團2025年總量達到峰值，2060年實現(xiàn)碳中和。
減碳不僅僅是鋼鐵企業(yè)本身的任務(wù)，已成為上下游產(chǎn)業(yè)鏈的共識。以汽車行業(yè)為例，奔馳提出全球乘用車工廠于2022年實現(xiàn)生產(chǎn)碳中和，2039年實現(xiàn)整個價值鏈碳中和，所有新車實現(xiàn)零碳排；寶馬提出到2030年平均單車全生命周期碳排放較2019年降低40%，2030年將中國生產(chǎn)鏈的碳排放總量削減80%。
8月4日，河鋼集團與寶馬集團簽署《打造綠色低碳鋼鐵供應(yīng)鏈合作備忘錄》，2026年起，寶馬沈陽生產(chǎn)基地開始在整車量產(chǎn)過程中使用河鋼基于綠電和電爐等工藝生產(chǎn)的綠色汽車用鋼，按照目前采購計劃，從2026年起每年預(yù)計將減少約23萬噸二氧化碳排放。
近中期依托結(jié)構(gòu)調(diào)整 遠期依賴技術(shù)革新
“當前，關(guān)于鋼鐵行業(yè)未來發(fā)展路徑的研究有很多，但鋼鐵行業(yè)要真正實現(xiàn)碳達峰碳中和，必須通過能源結(jié)構(gòu)創(chuàng)新、工藝結(jié)構(gòu)創(chuàng)新和技術(shù)創(chuàng)新來實現(xiàn)。”河鋼集團黨委書記、董事長于勇認為。
世界鋼鐵協(xié)會北京代表處首席代表鐘紹良認為，鋼鐵工業(yè)有六大減碳途徑，短期減碳空間有限，遠期深度減碳依賴于能源和技術(shù)革新。
記者梳理上述四家大型鋼鐵企業(yè)減碳路徑發(fā)現(xiàn)，雖然各自側(cè)重點有所差異，但發(fā)展方向基本相同，可以分為近期、中期、遠期三個階段，近期側(cè)重能效提升；中期側(cè)重結(jié)構(gòu)調(diào)整；遠期則側(cè)重技術(shù)突破，主要包括氫冶金、CCUS等。
“能效提升主要是從原料質(zhì)量、能源效率、工藝收得率以及工藝和設(shè)備的可靠性方面入手提升現(xiàn)有設(shè)備和技術(shù)的能源效率。” 鐘紹良說。
據(jù)了解，結(jié)構(gòu)調(diào)整主要涉及流程、資源和能源結(jié)構(gòu)幾方面。以流程調(diào)整為例，我國高爐-轉(zhuǎn)爐長流程粗鋼產(chǎn)量約占全國鋼鐵產(chǎn)量的90%，極度依賴煤和焦炭，生產(chǎn)1噸鋼約產(chǎn)生2噸二氧化碳，而廢鋼-電爐短流程主要依賴電能和新能源，噸鋼碳排放遠低于長流程。
“2050年全球廢鋼供應(yīng)量預(yù)計將從目前的7億噸增加到11.5億噸左右，2050年傳統(tǒng)高爐-轉(zhuǎn)爐流程比重預(yù)計從2019年的70%降低到30%。” 鐘紹良說。
氫冶金是未來重要技術(shù)路徑
“氫能將在全球脫碳進程中發(fā)揮重要作用，綠氫成為全球部署新重點。” 全國氫能標準化技術(shù)委員會主任委員馬林聰介紹，我國已發(fā)布氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展中長期規(guī)劃，氫能產(chǎn)業(yè)加速發(fā)展。
東北大學冶金學院教授儲滿生認為，在我國能源轉(zhuǎn)型中，氫能扮演“高效低碳的二次能源、靈活智慧的能源載體、綠色清潔的工業(yè)原料”等多重角色。綠色氫能被認為是無碳經(jīng)濟的關(guān)鍵之鑰，氫冶金被認為是鋼鐵產(chǎn)業(yè)低碳綠色轉(zhuǎn)型的重要技術(shù)路徑。
所謂“氫冶金”，就是采用“氫”部分或完全取代“碳”作為鐵礦石的還原劑和過程燃料，實現(xiàn)鐵礦石脫氧過程的技術(shù)。以氫代碳，反應(yīng)的“碳排放”隨之被“水排放”替代。
業(yè)內(nèi)普遍認為，“氫冶金”主要有兩大技術(shù)路線，一是高爐富氫冶煉工藝，二是全氫直接還原工藝。富氫冶煉是現(xiàn)階段從“碳冶金”到“氫冶金”的重要過渡和重要突破口，全氫直接還原則符合短流程需求，是鋼鐵脫碳從快速發(fā)展到成熟的重要路徑。
“現(xiàn)階段我國鋼鐵行業(yè)仍以高爐工藝為主，不宜規(guī)模化置換。此外，氫冶金發(fā)展還存在不確定性，我國鋼鐵企業(yè)目前不宜盲目跟從國外低碳發(fā)展路線，應(yīng)立足實際，不斷夯實研究基礎(chǔ)，探索全產(chǎn)業(yè)鏈協(xié)同降碳的最優(yōu)路線，有條件的企業(yè)可適度開展氫冶金小規(guī)模工業(yè)化。”張龍強認為，2040年前后，即最新置換建成和擬建的高爐一代爐役結(jié)束之際，我國氫冶金將具備規(guī)模化發(fā)展條件，氫基直接還原+電爐冶煉將逐步發(fā)展為主流工藝路線，占比或?qū)⑦_到60%以上。
“產(chǎn)業(yè)界對氫冶金技術(shù)需求迫切，而學術(shù)研究相對滯后，全氫冶煉研發(fā)基礎(chǔ)薄弱。歐盟、日本、韓國等先進產(chǎn)鋼國氫冶金技術(shù)和項目起步早，規(guī)劃系統(tǒng)。中國氫冶金處于探索起步階段，存在差距，需加快自主知識產(chǎn)權(quán)的氫冶金新工藝研發(fā)，實現(xiàn)核心技術(shù)、關(guān)鍵裝備、標準體系、研發(fā)平臺和人才隊伍的全面超越。” 儲滿生說。
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