制造业第一碳排放大户：钢铁行业脱碳的短中长期路径

 

氢冶金的基本原理就是以氢气作为还原剂，代替碳将铁氧化物还原为金属铁。由于氢还原的过程中没有碳元素的参与，不产生二氧化碳等温室气体，也就从根本上减少了冶炼过程的碳排放。

 

氢冶金是实现钢铁工业零碳发展最关键的解决方案，目前世界各大钢铁龙头企业都在积极进行氢冶金技术攻关和产能布局，逐渐形成了以富氢高炉、氢基竖炉为核心的两大氢冶金技术路线。据中创碳投行业减排模型测算，在钢铁行业碳达峰阶段，氢冶金技术可以实现0.71亿吨的减碳量。

 

宝武在报告中提到，高炉是极高效率的反应器，能为炼钢提供最洁净的原料，其效率和地位在很长一段时间内都很难被其他工艺完全替代。以富氢碳循环为手段，以降低高炉还原剂比为方向，重构高炉流程，最大程度利用碳的化学能，以工业绿色电气化取代碳进行加热，可以实现高炉流程的大幅减碳。

 

 

傅建国亦表示，宝钢股份有大量长流程的资产，这个资产如果放弃，对钢铁行业意味着巨大的损失，目前正积极投入一些新的冶金技术，在传统的长流程冶金工艺中进行变革。

 

2022年7月，全球首个400立方米工业级别的富氢碳循环氧气高炉HyCROF在八钢公司正式亮相、点火投运。

 

该项目历时多年：2019年，中国宝武启动对八钢公司已废弃的430立方米高炉的改造；2020年底，其成为全球首个实现35%富氧冶炼目标的高炉；2021年6月，实现风口喷吹脱碳煤气和焦炉煤气，是全球高炉首次实现脱碳煤气循环利用的案例，减碳效果15%以上。

 

除了已经实施的全氧富氢煤气循环之外，该项目还将规划光电制氢和CO2的资源化利用产线建设，形成一个完整的430立方米级工业化的高炉低碳冶金示范产线和试验工厂。 

 

根据宝武的规划，2035年前后，富氢循环高炉技术将开始助力减碳，预计减碳潜力30%-50%，氢基竖炉紧随其后，预计减碳潜力50%-90%。

 

理想状态下，氢基竖炉工艺方案可以使用清洁能源制取氢气，使用氢气还原铁矿石炼铁，有望实现钢铁冶炼过程的近零碳排放。 

 

宝钢湛江钢铁、中晋太行、河钢张宣科技等企业都在尝试推进氢基竖炉项目。

 

以宝钢湛江钢铁的项目为例，该项目计划建设一套绿氢全流程零碳工厂，其中百万吨级竖炉工程已于2021年底奠基，预计2023年底建成，投产后对比传统铁前全流程高炉炼铁工艺同等规模铁水产量，每年可减少二氧化碳排放50万吨以上。

 

根据规划，未来该项目将利用南海的天然气，乃至利用南海地区光伏、风能制氢，形成与钢铁冶金工艺相匹配的全循环、封闭的流程，产线碳排放较长流程降低90%以上，并通过碳捕集、森林碳汇等实现绿氢全流程零碳工厂。

 

低碳冶金技术是缺乏模仿对象的“无人区”，需要加快创新，推进技术攻关。2021年11月，宝武倡议并联合全球钢铁业及生态圈伙伴单位，共同发起成立“全球低碳冶金创新联盟”。

 

 

同时，宝武面向全社会设立低碳冶金创新基金，提供每年3500万元以内的资金，重点资助低碳冶金领域基础和应用基础研究。

 

根据国际能源署（IEA）发布的2020年钢铁行业技术路线图，预计到2050年，钢铁行业通过工艺改进、效率提升、能源和原料替代等常规减排手段后，仍将剩余34%的碳排放，即使氢冶金技术取得突破性进展，剩余碳排放也将超过8%。因此，CCUS将是最终实现碳中和的托底技术。

 

当前，中国CCUS示范项目整体规模较小，成本较高，且布局主要集中在发电、石化等行业，个别钢铁企业也是刚刚开始探索。

 

2022年11月，宝钢股份与中石油、壳牌、巴斯夫签署合作谅解备忘录，四家企业将合作在华东地区共同启动我国首个开放式千万吨级CCUS项目。同月，包钢集团200万吨CCUS项目一期50万吨示范项目岩土工程勘察工作全面完成，该项目是钢铁行业首个CCUS全产业链示范工程，将分为三期建设。

 

结语

 

作为仅次于发电行业的第二大碳排放来源，钢铁行业的减排对实现碳达峰碳中和目标至关重要。但与任何一个行业的减碳一样，这并不是仅凭行业自身就能够实现的事，需要下游用户、政府、金融机构等多方共同推进，形成合力。

 

一位钢铁行业高层在与《财经》交流时提到，欧洲用户群明确提出了减碳要求，政府也搭建了相对完善的交易机制，因此欧洲钢铁企业减碳更有动力，路线也更清晰。而中国很多下游行业仍在观望，汽车行业的需求相对明确，但大部分制造业、建筑行业等，并没有明确的需求。此外，钢铁行业目前仍未被纳入全国碳市场，对行业而言，何时投入、投入后能否得到回报，仍然是模糊的疑问。“尽快明确路线，企业可以尽早谋划，这涉及大量资金，也涉及现有资产要在何时结束生命周期、长流程向短流程切换进程等等，是否能掌握好时机，对行业来说生死攸关。”

 

（作者陈梦梦、潘聪超为中创碳投研究院高级分析师、郑慧为《财经》杂志产业研究中心研究员；编辑：马克。更详细的分析请见中创碳投即将发布的《钢铁企业低碳发展路径白皮书》）