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钢铁行业减碳依赖技术革新,氢冶金是重要技术路径

来源:我的钢铁网时间:2022-09-30 10:19:00

      钢铁行业是碳排放大户,因此也是碳减排“主战场”,不少大型钢铁企业已经提出“碳达峰碳中和”时间表和路线图,从路径上看,钢铁行业减碳近中期依托结构调整,远期则依赖技术革新,而氢冶金是业内公认的重要技术路径。

钢铁行业是碳减排“主战场”

      2021年我国钢铁产量13.37亿吨,能耗约7.35亿吨标准煤,折算二氧化碳排放量约为27亿吨,约占全国总碳排放量的17%以上,因此钢铁行业是碳减排的“主战场”。

我国钢铁工业二氧化碳排放量高,主要是由于钢产量大、长流程比例高、能耗偏高、能源结构不优造成的。“实现碳达峰、碳中和是一场广泛而深刻的经济社会系统性变革,对钢铁行业来讲是产业布局的深刻调整。”冶金工业信息标准研究院院长张龙强说。

      据不完全统计,截至目前中国已有四家大型钢铁企业明确了“碳达峰碳中和”时间表和路线图。中国宝武2023年实现碳达峰,2050年实现碳中和;鞍钢集团2025年实现碳达峰,2035年碳排放总量和强度较峰值降低30%;河钢集团2019年碳排放总量已达峰,2050年实现碳中和;建龙集团2025年总量达到峰值,2060年实现碳中和。

减碳不仅仅是钢铁企业本身的任务,已成为上下游产业链的共识。以汽车行业为例,奔驰提出全球乘用车工厂于2022年实现生产碳中和,2039年实现整个价值链碳中和,所有新车实现零碳排;宝马提出到2030年平均单车全生命周期碳排放较2019年降低40%,2030年将中国生产链的碳排放总量削减80%。

      8月4日,河钢集团与宝马集团签署《打造绿色低碳钢铁供应链合作备忘录》,2026年起,宝马沈阳生产基地开始在整车量产过程中使用河钢基于绿电和电炉等工艺生产的绿色汽车用钢,按照目前采购计划,从2026年起每年预计将减少约23万吨二氧化碳排放。

近中期依托结构调整 远期依赖技术革新

     “当前,关于钢铁行业未来发展路径的研究有很多,但钢铁行业要真正实现碳达峰碳中和,必须通过能源结构创新、工艺结构创新和技术创新来实现。”河钢集团党委书记、董事长于勇认为。

       世界钢铁协会北京代表处首席代表钟绍良认为,钢铁工业有六大减碳途径,短期减碳空间有限,远期深度减碳依赖于能源和技术革新。

       记者梳理上述四家大型钢铁企业减碳路径发现,虽然各自侧重点有所差异,但发展方向基本相同,可以分为近期、中期、远期三个阶段,近期侧重能效提升;中期侧重结构调整;远期则侧重技术突破,主要包括氢冶金、CCUS等。

      “能效提升主要是从原料质量、能源效率、工艺收得率以及工艺和设备的可靠性方面入手提升现有设备和技术的能源效率。” 钟绍良说。

       据了解,结构调整主要涉及流程、资源和能源结构几方面。以流程调整为例,我国高炉-转炉长流程粗钢产量约占全国钢铁产量的90%,极度依赖煤和焦炭,生产1吨钢约产生2吨二氧化碳,而废钢-电炉短流程主要依赖电能和新能源,吨钢碳排放远低于长流程。

       “2050年全球废钢供应量预计将从目前的7亿吨增加到11.5亿吨左右,2050年传统高炉-转炉流程比重预计从2019年的70%降低到30%。” 钟绍良说。

氢冶金是未来重要技术路径

       “氢能将在全球脱碳进程中发挥重要作用,绿氢成为全球部署新重点。” 全国氢能标准化技术委员会主任委员马林聪介绍,我国已发布氢能产业发展中长期规划,氢能产业加速发展。

         东北大学冶金学院教授储满生认为,在我国能源转型中,氢能扮演“高效低碳的二次能源、灵活智慧的能源载体、绿色清洁的工业原料”等多重角色。绿色氢能被认为是无碳经济的关键之钥,氢冶金被认为是钢铁产业低碳绿色转型的重要技术路径。

         所谓“氢冶金”,就是采用“氢”部分或完全取代“碳”作为铁矿石的还原剂和过程燃料,实现铁矿石脱氧过程的技术。以氢代碳,反应的“碳排放”随之被“水排放”替代。

         业内普遍认为,“氢冶金”主要有两大技术路线,一是高炉富氢冶炼工艺,二是全氢直接还原工艺。富氢冶炼是现阶段从“碳冶金”到“氢冶金”的重要过渡和重要突破口,全氢直接还原则符合短流程需求,是钢铁脱碳从快速发展到成熟的重要路径。

        “现阶段我国钢铁行业仍以高炉工艺为主,不宜规?;没?。此外,氢冶金发展还存在不确定性,我国钢铁企业目前不宜盲目跟从国外低碳发展路线,应立足实际,不断夯实研究基础,探索全产业链协同降碳的最优路线,有条件的企业可适度开展氢冶金小规模工业化。”张龙强认为,2040年前后,即最新置换建成和拟建的高炉一代炉役结束之际,我国氢冶金将具备规?;⒄固跫?,氢基直接还原+电炉冶炼将逐步发展为主流工艺路线,占比或将达到60%以上。

       “产业界对氢冶金技术需求迫切,而学术研究相对滞后,全氢冶炼研发基础薄弱。欧盟、日本、韩国等先进产钢国氢冶金技术和项目起步早,规划系统。中国氢冶金处于探索起步阶段,存在差距,需加快自主知识产权的氢冶金新工艺研发,实现核心技术、关键装备、标准体系、研发平台和人才队伍的全面超越。” 储满生说。

 

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