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(chǎng)”，不少大型鋼鐵企業(yè)已經(jīng)提出“碳達(dá)峰碳中和”時(shí)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(yuǎn)期則依賴技術(shù)革新，而氫冶金是業(yè)內(nèi)公認(rèn)的重要技術(shù)路徑。
鋼鐵行業(yè)是碳減排“主戰(zhàn)場(chǎng)”
2021年我國(guó)鋼鐵產(chǎn)量13.37億噸，能耗約7.35億噸標(biāo)準(zhǔn)煤，折算二氧化碳排放量約為27億噸，約占全國(guó)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(chǎng)”。
我國(guó)鋼鐵工業(yè)二氧化碳排放量高，主要是由于鋼產(chǎn)量大、長(zhǎng)流程比例高、能耗偏高、能源結(jié)構(gòu)不優(yōu)造成的。“實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰、碳中和是一場(chǎng)廣泛而深刻的經(jīng)濟(jì)社會(huì)系統(tǒng)性變革，對(duì)鋼鐵行業(yè)來(lái)講是產(chǎn)業(yè)布局的深刻調(diào)整。”冶金工業(yè)信息標(biāo)準(zhǔn)研究院院長(zhǎng)張龍強(qiáng)說(shuō)。
據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，截至目前中國(guó)已有四家大型鋼鐵企業(yè)明確了“碳達(dá)峰碳中和”時(shí)間表和路線圖。中國(guó)寶武2023年實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰，2050年實(shí)現(xiàn)碳中和；鞍鋼集團(tuán)2025年實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰，2035年碳排放總量和強(qiáng)度較峰值降低30%；河鋼集團(tuán)2019年碳排放總量已達(dá)峰，2050年實(shí)現(xiàn)碳中和；建龍集團(tuán)2025年總量達(dá)到峰值，2060年實(shí)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(shí)。以汽車行業(yè)為例，奔馳提出全球乘用車工廠于2022年實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)碳中和，2039年實(shí)現(xiàn)整個(gè)價(jià)值鏈碳中和，所有新車實(shí)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(guó)生產(chǎn)鏈的碳排放總量削減80%。
8月4日，河鋼集團(tuán)與寶馬集團(tuán)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(yáng)生產(chǎn)基地開始在整車量產(chǎn)過(guò)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(gòu)計(jì)劃，從2026年起每年預(yù)計(jì)將減少約23萬(wàn)噸二氧化碳排放。
近中期依托結(jié)構(gòu)調(diào)整 遠(yuǎn)期依賴技術(shù)革新
“當(dāng)前，關(guān)于鋼鐵行業(yè)未來(lái)發(fā)展路徑的研究有很多，但鋼鐵行業(yè)要真正實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰碳中和，必須通過(guò)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(lái)實(shí)現(xiàn)。”河鋼集團(tuán)黨委書記、董事長(zhǎng)于勇認(rèn)為。
世界鋼鐵協(xié)會(huì)北京代表處首席代表鐘紹良認(rèn)為，鋼鐵工業(yè)有六大減碳途徑，短期減碳空間有限，遠(yuǎn)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(diǎn)有所差異，但發(fā)展方向基本相同，可以分為近期、中期、遠(yuǎn)期三個(gè)階段，近期側(cè)重能效提升；中期側(cè)重結(jié)構(gòu)調(diào)整；遠(yuǎn)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(shuō)。
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(guó)高爐-轉(zhuǎn)爐長(zhǎng)流程粗鋼產(chǎn)量約占全國(guó)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(yuǎn)低于長(zhǎng)流程。
“2050年全球廢鋼供應(yīng)量預(yù)計(jì)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(jì)從2019年的70%降低到30%。” 鐘紹良說(shuō)。
氫冶金是未來(lái)重要技術(shù)路徑
“氫能將在全球脫碳進(jìn)程中發(fā)揮重要作用，綠氫成為全球部署新重點(diǎn)。” 全國(guó)氫能標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì)主任委員馬林聰介紹，我國(guó)已發(fā)布?xì)淠墚a(chǎn)業(yè)發(fā)展中長(zhǎng)期規(guī)劃，氫能產(chǎn)業(yè)加速發(fā)展。
東北大學(xué)冶金學(xué)院教授儲(chǔ)滿生認(rèn)為，在我國(guó)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(rèn)為是無(wú)碳經(jīng)濟(jì)的關(guān)鍵之鑰，氫冶金被認(rèn)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(guò)程燃料，實(shí)現(xiàn)鐵礦石脫氧過(guò)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(rèn)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(guò)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(guó)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(guó)鋼鐵企業(yè)目前不宜盲目跟從國(guó)外低碳發(fā)展路線，應(yīng)立足實(shí)際，不斷夯實(shí)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(qiáng)認(rèn)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(guó)氫冶金將具備規(guī)?；l(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_(dá)到60%以上。
“產(chǎn)業(yè)界對(duì)氫冶金技術(shù)需求迫切，而學(xué)術(shù)研究相對(duì)滯后，全氫冶煉研發(fā)基礎(chǔ)薄弱。歐盟、日本、韓國(guó)等先進(jìn)產(chǎn)鋼國(guó)氫冶金技術(shù)和項(xiàng)目起步早，規(guī)劃系統(tǒng)。中國(guó)氫冶金處于探索起步階段，存在差距，需加快自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的氫冶金新工藝研發(fā)，實(shí)現(xiàn)核心技術(shù)、關(guān)鍵裝備、標(biāo)準(zhǔn)體系、研發(fā)平臺(tái)和人才隊(duì)伍的全面超越。” 儲(chǔ)滿生說(shuō)。
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