CCUS技术研究：值得关注的气候技术--纯净钢

• 钢铁生产占全球总排放量的8-10%，是碳排放量最大的工业来源。

• 目前已经有几种减少钢铁行业碳排放的成熟技术，以及一些有望大幅减少炼钢过程中碳排放的新兴途径。

• 大多数降低钢铁行业碳排放的途径尚未在商业上广泛应用；然而，一些试点项目正在对现有的以及创新的低碳生产方法进行碳捕获试验。

• 与现有方法相比，新的生产工艺和技术明显溢价。这些技术需要与传统的钢铁生产方法相比具有成本竞争力，才能被广泛采用。

• 美国在低碳排放的钢铁生产行业的领导者。尽管如此，仍需要通过支持性的研发和贸易政策，可大幅减少行业排放的新生产途径。

       钢铁是现代生活中不可或缺的材料，对交通运输、建筑和能源等众多行业都至关重要。零碳钢具有与传统刚才相同的所有功能，但不能净化温室气体 (GHG) 排放。

       由于钢铁行业的复杂性，不存在单一的全球脱碳技术路径；然而，结合能源效率投资、电气化、碳捕获与封存（CCS）和低排放的炼钢技术为该行业的脱碳目标提供了途径。为了加速创新、降低成本和减少温室气体的排放，各国政府需要实施联邦和私营部门的创新政策以及支持性的监管和贸易政策。

       钢铁行业对实现全球能源系统、建筑业、制造业和运输业的广泛脱碳至关重要。钢铁生产本身也是导致全球二氧化碳 (CO 2 ) 排放量增加的原因。生产每吨钢铁平均产生 1.9 吨CO 2排放量，而钢铁行业CO 2排放量占全球的 7% 至 9%，如果将全球钢铁行业比作一个国家，其CO 2排放量将位居世界第三。

        钢铁需求预计将上升，部分原因是风力涡轮机、太阳能电池阵列、电动汽车和其他清洁能源解决方案的需求增加。目前全球钢铁需求量为 19.85 亿吨，其中中国占据了将近 55%，其次是印度、日本和美国。在过去的 50 年里，产量增加了两倍。国际能源署（IEA）预测，到 2050 年，全球钢铁需求将增长三分之一以上。钢铁行业将需要全球净零德 解决方案来满足这一需求的增长，同时减少排放。

      1.高炉-转炉法 (BF-BOF) 炼钢是一种使用大量能源将原铁矿石与碳源（主要是煤或天然气）、石灰石和少量废钢一起转化为通用钢的过程能量。铁在高温高炉中熔炼，石灰石被送入高炉去除杂质。然后将熔化的铁或生铁与废钢一起放入转炉，用氧气喷射以进一步去除杂质。

      2.电弧炉 (EAF) 使用电流和添加的合金熔化废钢，可以将液态钢浇铸成二次形状并形成最终的钢产品。

      3.直接还原铁 (DRI) 可以替代EAF中的液态钢，它是通过使用还原气体还原铁矿石。还原气体——称为“合成气”，是氢气 (H 2 ) 和一氧化碳 (CO) 的混合物，通常由天然气或煤制成，但可以用低碳氢代替。

脱碳途径

       目前存在于实验室的技术可能为进一步脱碳提供了途径，最有希望实现完全脱碳的途径是使用低碳氢作为还原剂。该途径结合了已经商业化的DRI工艺（使用低碳氢而不是天然气）和EAF工艺。

       另一个潜在的技术途径是碳捕获、利用和封存 (CCUS) 技术，可以将其改造到现有或新的BF-BOF和DRI工厂。CCUS的工作原理是捕获烟囱中的CO 2气体，将其封存并长期储存或再利用。其结果是一种低碳排放的钢铁产品。‍

       目前已经在实验室规模上测试了几种途径，包括高温固体氧化物电解制氢技术和低温水系电解质技术，这两种方法都涉及使用电解法从矿石中提取铁。

图：低碳钢生产的途径（来源：美国信息技术与创新基金会）        

      钢铁本质上是一种碳基产品，因此想要实现完全去除碳的目标，要么成本极低，要么技术上不可行，具体取决于技术途径。即使工业能够有效地实施上述的脱碳途径，也可能会有残余排放，需要抵消或碳负排放技术，如直接空气捕获、生态系统保护或其他生态方法。

全球进展

      大多数降低钢铁行业碳排放的途径尚未在商业上得到广泛应用。位于瑞典吕勒奥的突破性氢能炼铁技术 (HYBRIT) 工厂是瑞典钢铁生产商SSAB、瑞典铁矿石生产商LKAB和瑞典电力生产商Vattenfall的合资企业，是第一个使用DRI-H2的大型示范工厂。其他几家全球钢铁公司也宣布了试点的DRI-H2 设备的计划，总产能约为2000万吨，承诺资本至少为 500 亿美元。唯一一家全面运行的CCS-DRI钢厂是位于阿布扎比的Al Reyadah工厂，每年能够从天然气中捕获 800,000 吨 CO 2 。随后，捕获的 CO 2将被用于附近的提高采收率的气田。‍      新兴的生铁直接电解途径已广泛应用于全球多个研发项目。Siderwin是一个由欧盟资助的项目，目前正在研究一种低温水溶液，预计十年内有望实现商业化。如果成功，该技术有可能大幅减少炼钢生产的大约 95% 或更多的总排放量。

美国的进展

     

      美国钢铁行业生产的碳密集程度已经低于其他竞争对手，因为生产途径的不同，美国的碳排放量比全球平均水平低 75% 至 320%。美国采取了多项措施，投资于低碳排放的钢铁生产途径，并刺激私营部门对新技术的吸收和投资。《2022 年通货膨胀削减法案》（IRA）包括用于先进工业设施部署方案的 58 亿美元，该计划为创新的工业碳减排技术提供资金，特别是在钢铁等难以减排的行业。IRA 和《基础设施投资和就业法案》为CCS和低碳氢等相关技术提供了进一步的激励措施。

      美国开始在钢铁行业实施更具变革性的脱碳技术。美国能源部 （DOE）化石能源和碳管理办公室宣布为克利夫兰克利夫斯提供150万美元的拨款，用于BF-BOF 炼钢工艺的CCS系统。波士顿金属公司（Boston metals）开发了一种铁水电解平台，用可再生电力替代炼钢过程中使用的化石燃料，并计划在十年内扩大其早期技术的规模。

文章来源:知领