中國冶金報 中國鋼鐵新聞網(wǎng)
實(shí)習(xí)記者 趙萍 記者 羅忠河 米颯 報道
“實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰、碳中和是一場廣泛而深刻的經(jīng)濟(jì)社會系統(tǒng)性變革，是對生產(chǎn)、消費(fèi)、技術(shù)、經(jīng)濟(jì)和能源體系的一次歷史性革命。作為工業(yè)行業(yè)中最主要的上游產(chǎn)業(yè)，同時也是最大的碳排放行業(yè)（約占中國碳排放總量的16%），鋼鐵行業(yè)應(yīng)提前布局，為其他新興工業(yè)部門提供碳排放空間。目前，鋼鐵行業(yè)碳達(dá)峰目標(biāo)初定為：2025年前實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰，2030年碳排放量較峰值減少30%?！?月14日，北京科技大學(xué)教授、鋼鐵冶金新技術(shù)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室副主任左海濱就鋼鐵行業(yè)碳減排路徑等問題接受《中國冶金報》記者專訪時這樣強(qiáng)調(diào)，“我國鋼鐵行業(yè)以長流程生產(chǎn)模式為主，高爐煉鐵技術(shù)經(jīng)過不斷發(fā)展已相當(dāng)成熟，依靠現(xiàn)有技術(shù)實(shí)現(xiàn)鋼鐵行業(yè)進(jìn)一步大幅節(jié)能減排的潛力已十分有限。因此，要想在2025年前實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰，唯有突破現(xiàn)有的生產(chǎn)模式。從目前來看，氫冶金被公認(rèn)為是比較理想的低碳冶金技術(shù)路徑?！?/div>
在采訪中，他向《中國冶金報》記者介紹了目前國內(nèi)外主要的低碳冶金技術(shù)項目和研究進(jìn)展情況，并就我國鋼鐵行業(yè)、鋼鐵企業(yè)如何走好碳減排之路出謀劃策。
世界兩大主流低碳冶金技術(shù)路徑
“目前，世界范圍內(nèi)正在探索的低碳冶金技術(shù)路徑主要分為兩大類，一類是針對長流程的，主要通過向高爐噴吹富氫還原氣體以降低碳消耗，從而實(shí)現(xiàn)二氧化碳減排，目前致力于研究此路徑的國家主要有中國、日本、韓國、德國等；另一類是針對短流程的，涉及工藝主要包括MIDREX、HYL/Energiron（兩種氣基豎爐直接還原工藝）等，目前正在研究這一路徑的國家主要有瑞典、奧地利、德國等。同時，德國和中國是少有的兩種低碳冶金技術(shù)研究同時兼顧的國家?！弊蠛I在介紹各國低碳冶金技術(shù)路徑和進(jìn)展情況時這樣歸納道。
“日本最著名的低碳冶金項目就是COURSE50項目（日本環(huán)境和諧型煉鐵工藝技術(shù)開發(fā)項目）。”左海濱表示。該項目于2008年7月份啟動，重點(diǎn)研發(fā)基于氫還原的高爐煤氣分離、回收二氧化碳技術(shù)，計劃在2030年將二氧化碳排放量降低30%，并在2050年使該技術(shù)得到普及應(yīng)用?！霸诖嘶A(chǔ)上，日本鐵鋼聯(lián)盟還有一個升級版——以2100年為目標(biāo)的‘挑戰(zhàn)零碳鋼’長期愿景，將開展以氫為原料的超級COURSE50項目?！彼榻B道。
韓國浦項制鐵的富氫高爐煉鐵技術(shù)，目標(biāo)是減少10%的二氧化碳排放。韓國浦項制鐵計劃在2018年～2024年發(fā)展二氧化碳減排型煉鐵技術(shù)，2025年通過官民合作開始進(jìn)行試驗(yàn)，到2030年投入2座高爐試運(yùn)行，到2040年投入12座高爐。
總體來看，以中日韓為代表的亞洲國家的低碳技術(shù)路徑主要基于現(xiàn)有的長流程生產(chǎn)模式，以高爐富氫冶煉為主。同時，中日韓三國也是目前高爐大型化的代表，聯(lián)合貢獻(xiàn)了世界32座5000立方米及以上高爐中的28座（中國9座、日本11座、韓國8座）。
“以瑞典、奧地利為代表的歐洲國家的低碳技術(shù)路徑以綠氫直接還原+電爐為主。”左海濱介紹道。瑞典HYBRIT項目（無化石燃料海綿鐵生產(chǎn)中試線）是采用氫氣替代煉焦煤、焦炭或天然氣的突破性煉鐵技術(shù)。該技術(shù)計劃在2018年～2024年進(jìn)行全面可行性研究，并建立中試廠進(jìn)行試驗(yàn)，在2025年～2035年建設(shè)示范廠，之后實(shí)現(xiàn)商用?！叭绻度胧褂茫鸬涞臏厥覛怏w排放量將減少10%，芬蘭將減少7%?！彼硎尽Ｄ壳?，該項目處于試驗(yàn)階段，計劃到2045年實(shí)現(xiàn)非化石能源煉鋼。
此外，奧地利的H2FUTURE項目（無二氧化碳工業(yè)氫試制工廠）采用氫氣直接還原鐵工藝，旨在通過研發(fā)氫氣替代焦炭冶煉技術(shù)，降低鋼鐵生產(chǎn)過程中二氧化碳排放量，計劃到2050年減少80%的二氧化碳排放量。
德國低碳技術(shù)路徑兼顧高爐富氫冶煉和綠氫直接還原。據(jù)左海濱介紹，在長流程方面，由德國蒂森克虜伯集團(tuán)發(fā)起的Carbon2Chem項目（利用煉鋼尾氣合成化工產(chǎn)品）可以將廢氣轉(zhuǎn)化為化工產(chǎn)品原材料，二氧化碳將不再排放到空氣中。2019年11月11日，德國蒂森克虜伯集團(tuán)在杜伊斯堡9號高爐（日產(chǎn)鐵水4600噸）進(jìn)行了噴吹氫氣試驗(yàn)，目前已成功完成第一階段測試，取得了較好的應(yīng)用效果。該公司計劃在第二階段試驗(yàn)期間，重點(diǎn)研究噴吹氫氣對高爐冶煉工藝的影響，氫氣噴吹范圍將從原來的1個風(fēng)口拓展到9號高爐的全部28個風(fēng)口。但受新冠肺炎疫情影響，第二階段試驗(yàn)計劃推遲到2022年開始。2020年8月份，德國迪林根鋼鐵和德國薩爾鋼鐵投資1400萬歐元進(jìn)行了高爐噴吹焦?fàn)t煤氣試驗(yàn)，具備了在技術(shù)允許范圍內(nèi)使用氫氣進(jìn)行高爐冶煉的能力，計劃到2035年減少40%的碳排放量。在短流程方面，德國最有代表性的低碳冶煉項目是SALCOS項目（薩爾茨吉特綠氫項目），旨在通過使用綠色氫氣和生物甲烷生產(chǎn)鋼鐵，主要原理是風(fēng)電制氫+直接還原。
我國鋼企選擇低碳冶金技術(shù)路徑需量體裁衣
“在低碳冶金方面，盡管我國起步較晚，基本都處在探索階段，但總體看與國外站在同一起跑線上?！弊蠛I認(rèn)為。
他介紹，我國鋼鐵行業(yè)當(dāng)前在降碳方面主要采用“兩條腿走路”的方法。
在長流程方面，中國寶武在八鋼建立世界最大的400立方米氧氣高爐工業(yè)試驗(yàn)基地，未來計劃將該高爐建成全球首家低碳冶金研究平臺。作為參與中國寶武富氫碳循環(huán)高爐試驗(yàn)項目的核心專家之一，左海濱向《中國冶金報》記者介紹了該項目的情況。該項目目前已完成第一階段任務(wù)，實(shí)現(xiàn)35%富氧冶煉目標(biāo)，達(dá)到了傳統(tǒng)高爐的富氧極限；當(dāng)前正在進(jìn)行第二階段工程建設(shè)，目標(biāo)是采用脫除二氧化碳技術(shù)，打通煤氣循環(huán)，實(shí)現(xiàn)50%超高富氧冶煉試驗(yàn)；第三階段計劃完成全氧冶煉試驗(yàn)，并開展富氫冶金工業(yè)試驗(yàn)，最終目標(biāo)是減少30%的二氧化碳排放量。
在短流程方面，河鋼與意大利特諾恩合作的全球首例120萬噸規(guī)模氫冶金項目——河鋼宣鋼氫能源開發(fā)和利用工程示范項目于今年5月10日開工建設(shè)。該項目充分利用河北張家口地區(qū)國家級可再生能源示范區(qū)優(yōu)勢，打造可推廣、可復(fù)制的零碳制氫與氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展協(xié)同互補(bǔ)的創(chuàng)新發(fā)展模式，預(yù)計年減碳幅度達(dá)60%。建龍集團(tuán)內(nèi)蒙古賽思普科技有限公司氫基熔融還原法高純鑄造生鐵項目于今年4月13日順利出鐵，成功落地轉(zhuǎn)化。2020年12月20日，山西中晉太行礦業(yè)30萬噸/年氫基還原鐵項目開始熱試。酒鋼宏興煤基氫冶金中試基地試驗(yàn)工作目前進(jìn)展順利。此外，日照鋼鐵、湛江鋼鐵等也正在積極布局氫冶金項目。
“目前，中國寶武、河鋼、包鋼等鋼企明確發(fā)布碳達(dá)峰、碳中和目標(biāo)，并設(shè)計了低碳冶金技術(shù)路徑圖（如圖）。大部分鋼企目前仍在觀望，擇機(jī)確定適合自身的低碳冶金路徑?！弊蠛I告訴《中國冶金報》記者。
他認(rèn)為，鋼企選擇低碳冶金路徑要量體裁衣，不僅要考慮自身條件、地方資源、當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)等因素，還要從技術(shù)成本、能耗、碳排放等方面進(jìn)行綜合考慮?！盁o論采用哪種技術(shù)路徑，煤氣脫除二氧化碳循環(huán)利用結(jié)合CCUS（二氧化碳捕集、封存、利用）技術(shù)都是繞不開的。”左海濱強(qiáng)調(diào)。
目前，我國鋼鐵行業(yè)初步減排技術(shù)成熟、選項較多且成本較低，盡管部分鋼企在節(jié)能減排方面至少還有5%～10%的潛力可挖，但總體來看，傳統(tǒng)的節(jié)能減排幾乎接近屏障。所以，要進(jìn)一步深度減排，必須采用更徹底的脫碳技術(shù)，如CCUS技術(shù)和氫能冶煉技術(shù)。當(dāng)前，這些技術(shù)的研發(fā)和應(yīng)用都面臨不少難點(diǎn)，比如基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)成本較高；氫能冶煉技術(shù)若使用碳基原料制氫則不能顯著降低碳排放量，若使用電解水制氫則依賴于零碳電力；二氧化碳的分離儲存利用技術(shù)成本較高且不成熟，等等。
左海濱表示，我國鋼鐵行業(yè)實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰、碳中和將面臨巨大挑戰(zhàn)。他認(rèn)為，基于碳減排、中國市場區(qū)域和需求差異，未來直接還原+電爐的技術(shù)路徑將得到較快發(fā)展，但具體占比還應(yīng)根據(jù)市場情況來動態(tài)確定。由于我國鋼鐵行業(yè)長流程占比高達(dá)近90%，未來低碳技術(shù)路徑必將主要基于現(xiàn)有的長流程，高爐富氫冶煉必將成為未來我國鋼鐵行業(yè)技術(shù)攻關(guān)的重點(diǎn)。
與此同時，左海濱對中國鋼廠未來布局進(jìn)行了展望。他認(rèn)為，為實(shí)現(xiàn)鋼鐵行業(yè)碳減排，以高爐-轉(zhuǎn)爐長流程（噸鋼二氧化碳排放1.8噸～2噸）和生產(chǎn)板材為主的大型鋼鐵聯(lián)合企業(yè)將在沿海地區(qū)布局；以生產(chǎn)建筑用長材為主的全廢鋼短流程鋼企（噸鋼二氧化碳排放0.4噸～0.6噸）將在城市周邊布局，通過消納廢鋼、棄電、城市中水等社會廢棄物，實(shí)現(xiàn)與城市和諧共生。此外，富氫/綠氫直接還原鐵既可作為廢鋼來源不足的補(bǔ)充，也可作為高爐使用的金屬化爐料，進(jìn)而降低高爐碳排放。
來源：中國冶金報-中國鋼鐵新聞網(wǎng)
編輯：陳燦
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