欧洲低碳冶金工艺路径及主要发展方向

2021-05-28 08:23:00    来源:互联网      关注

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  刘献东
  为了尽快实现碳中和,欧盟政府先后出台了多项政策助推低碳能源转型,各行各业也都正在酝酿新一轮的突破性技术创新。碳中和是冶金行业寻求突破性技术创新、工艺路线变革的大时代背景。根据欧洲工业联盟(简称欧)制订的目标,到2030年欧洲钢铁工业二氧化碳排放量比当前水平减少30%(后被提高至55%),到2050年减少80%~95%。
  除此之外,欧洲的各大主要也纷纷提出了各自的碳减排目标:安赛乐米塔尔(下称安米)承诺到2030年欧洲分公司二氧化碳排放量比当前水平减少30%,总体目标为到2050年实现碳中和。瑞典钢铁公司(SSAB)计划于2032年以前将二氧化碳排放量较2018年水平减少35%,到2045年实现无化石能源炼钢。蒂森克虏伯(下称蒂森)计划到2030年将二氧化碳排放量比当前水平减少30%,并将绿色钢铁产量增加至300万吨,到2050年实现碳中和。奥集团计划于2030年~2035年将二氧化碳排放量比当前水平减少30%,到2050年减少80%以上。塔塔钢铁欧洲公司计划到2050年实现碳中和,并推动欧洲建立最大绿色氢应用产业集群。英国钢铁公司的目标则为到2040年在世界范围内率先实现二氧化碳的净零排放。
  “碳直接避免”和“智能碳使用”为欧提出的低碳冶金两大技术路径。据悉,“碳直接避免”技术路径要比“智能碳使用”技术路径的碳减排效率高出大约4倍。但是,考虑到成本问题,2030年以前“碳直接避免”技术很难完全达到商业化运营条件,“智能碳使用”技术则会作为实现碳减排目标的主要技术路径。此外,为了加速实现钢铁行业的碳中和,欧盟委员会还开展了一系列的基金研发项目,例如2020年启动的“绿色钢铁”项目和2021年初启动的“低碳未来”项目。
  “碳直接避免”路径的主要技术方向
  “碳直接避免”技术路径共有6大技术方向。其中,已经进入中试或示范线阶段的技术方向有2个,分别为氢基直接还原技术和氢基高炉还原技术;刚刚完成实验室阶段,即将进入中试阶段的技术方向有1个,为氢闪速熔炼技术(FIT);另外还有3个依旧处于实验室阶段的技术方向,分别为电解冶金技术(Electrowinning)、氢等离子体熔融还原技术(HPSR)、熔融氧化物电解技术(MOE)。
  氢基直接还原技术为行业内普遍认可的主流方向。从传统的直接还原铁工艺转型到采用100%纯氢气的绿色氢基直接还原工艺,虽然在技术上可以实现,但是出于对冶金行业自身的工艺需求(需要一定的碳含量)及成本的综合考量,此技术的氢气配比并非最佳方案。有研究认为,最佳方案是80%的还原气体采用绿色氢,另外的20%则采用绿色碳(如生物质能源)。
  氢闪速熔炼技术旨在对氧化铁精矿直接进行还原。与目前基于高炉的炼铁工艺的平均水平相比,氢闪速熔炼技术可以将能耗水平降低32%~57%,将二氧化碳排放量减少61%~96%。
  电解冶金技术(Electrowinning)将炼铁工艺与电化学工艺结合在了一起,是一种基于。
  三是SSAB和塔塔钢铁公司合作开展的FReSMe项目。该项目旨在从钢铁厂的高炉煤气中回收二氧化碳,并将其与从高炉煤气中回收或通过电解水生产的氢气混合,从而生成甲醇。
  四是蒂森主导的H2morrow联合项目。该项目旨在评估向蒂森杜伊斯堡工厂提供蓝色氢气,并生产绿色钢铁的可能性。
  除此之外,还有一系列其他的重点项目,例如塔塔钢铁公司启动的Everest项目,由赢创工业集团(EVONIK)主导的EffiCO2项目,和安米位于法国敦刻尔克钢厂的3D碳捕集存储示范项目等。
  低碳冶金工艺的成本竞争力
  不同工艺路径的成本竞争力不同。量估计,每吨钢的总生产成本为361欧元~640欧元。如果电价为40欧元/1000千瓦时,碳价为34欧美/吨~68欧元/吨,那么“氢基冶金”则很有可能具备与“煤基冶金”相当的成本竞争力。瑞典钢铁研究所的研究表明,目前至少需要200欧元/吨的高碳价才能推动欧洲钢铁工业减少36%的二氧化碳排放量。
  欧盟的钢铁制造商不仅面临着欧盟碳排放机制的合规成本(2020年8月份二氧化碳价格为25欧元/吨~28欧元/吨,而2021年5月份已经创下56欧元/吨的历史纪录),还要面临其他碳减排成本(包括新技术和替代投入材料的资本支出和运营支出)。
  为有效抑制绿色钢铁生产成本的上升,欧盟实施的主要措施有以下几项:一是投资工业前沿的突破性技术,二是加快对扩大产业规模新方法的探索和创新,三是建立监管体系,四是加强跨部门合作,五是改进和扩大清洁能源系统。除此之外,欧盟积极建立碳边境调整机制,加强开发储量丰富且成本合理的清洁能源,以获得低碳排放炼钢的可持续融资,加速向循环经济转型。
  《中国冶金报》(2021年5月28日 02版二版)

(责任编辑:安阳市昱奇钢材有限责任公司)
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资讯编辑:田甜 15981879377

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