钢铁未来：用氢气制造绿色钢

2020年，全球钢铁行业总产量达到18.6亿吨，上千亿美元。钢铁的强度与重量比高，生产成本相对较低，是建筑和汽车等许多行业的宝贵材料。然而，在气候危机的背景下，由于依赖碳密集型化石燃料（主要是煤炭），该行业受到越来越多的审查。全球钢铁产量约占全球碳排放总量的8%，对煤炭的渴求继续推动着挖掘。每生产一吨采用传统综合工艺方法生产的液态钢，就会燃烧770公斤煤和焦炭，向大气中释放1.8吨二氧化碳，这意味着钢铁行业实际上比钢铁行业更生产二氧化碳。

近年来，世界各国政府一直在寻找实现2015年《巴黎气候协定》目标的方法，因此，该行业脱碳的政治压力也在加大。

但压力不仅仅是政府。碳价格等日益加剧的财政压力，以及环境、社会和治理的普及率和可信度的提高，在希望将资金投入道德境界的年轻、更环保的一代投资者中，这既增加了这种压力，也提供了越来越有力的激励措施，使该行业脱碳。

在此背景下，一些小型的"绿色钢铁"项目开始在欧洲和其他地区出现。其中之一是Primetals技术公司在奥地利多纳维茨的沃斯塔平钢铁厂进行的氢基细矿减少（HYFOR）试点项目。

经过多年的开发和两个月的初步测试，HYFOR于6月开始运营，此后，其创新的铁矿石精矿直接减排工艺吸引了业内许多人的注意，这是世界上首创的此类工艺。HYFOR的氢气为100%提供动力，可将排放量减少90%，试点计划至少在未来两年内投入使用。

"全球75%的钢铁生产能源来自碳，其余来自天然气和电力。我们唯一可以改变的是去除煤炭，"Primetals技术公司生态解决方案主管亚历山大·弗莱尚德尔博士告诉欧洲工业。

“然而，我们还需要从铁矿石中去除氧气，这给我们留下了三种选择。我们可以燃烧碳，释放二氧化碳。我们可以使用氢气，氢释放水。或者第三种选择是使用电子，将铁矿石转化为直接电解的钢，而这种技术还处于起步阶段。”

弗莱尚德尔博士认为，能源效率或工艺优化是该行业脱碳的第一阶段。

使用现有资产实现脱碳的机会很多。它们应该被利用，否则它们最终会成为搁浅的资产。您可以优化烧结厂、颗粒厂和高炉。你可以注入气体，从天然气开始，也可以注入氢气。您可以实施其他能效解决方案，如废热回收，从渣渣中回收热量。大多数客户仍未实施此类解决方案。

弗莱尚德尔博士说，其原因通常是投资回报率。“大多数客户希望在一两年内得到回报。这些解决方案需要五到六年的时间才能有回报。尽管如此，将来还是强制性的。”

废钢回收也将在一定程度上减少排放。他补充说，问题在于可用性。

问题是，生产率高于可刮库存。如果我们展望2050年，我们估计将有大约9亿吨废料需要回收利用，但我们将生产超过20亿吨的钢铁。因此，我们仍要缩小10亿吨以上的缺口，以消除来自铁矿石的原始饲料。

虽然能源效率和循环经济举措的进步在钢铁绿化中起着重要作用，但它们只能做这么多工作——最多减少30%左右的碳足迹。碳捕获和储存（CCS）看起来也肯定会在该行业减少排放的努力中发挥重要作用，从而允许将部分碳封存起来。

然而，随着全球需求的上升，将炼钢量降至净零将需要技术的根本转变。这就是海福的用武之地。Donawitz的试点工作重点是继续开发HYFOR技术，使其准备扩大为第一个工业原型，预计今年年底将作出决定。

弗莱尚德尔博士说，HYFOR与绿色钢铁同行的分离，是它赖以养活的。

“我们直接以铁矿石罚款和超精矿为原料，等等。我们可以避免受益-颗粒切片步骤-并直接饲料矿石罚款。它取消了投资颗粒化工厂的要求，而颗粒化工厂是一项沉重的负担资产。”

“另一件事是运营成本。在进食前，您可以避免对颗粒进行加热和冷却的化石燃料需求。通过使用铁矿石罚款和超罚款，您可以轻松地完全、更快地减少这些矿石颗粒，保持较低的降低温度和工艺压力意味着更多的能源效率。”

这是弗莱尚德尔博士所说的"转型阶段"的一部分，这是钢铁在过程优化后脱碳的下一步。他预计，未来将有更多的电弧炉和更少的高炉，这些电弧炉将用废料和直接减铁来喂养。

“现在重要的是让未来能够逐渐从天然气转向氢气的工厂，"他指出，俄罗斯最近有一个项目，Primetals在2月份参与了该项目。”

它位于俄罗斯库尔斯克州的热列兹诺戈尔斯克，由米哈伊洛夫斯基HBI公司经营，是世界上最大的热钢（HBI）工厂。那里的生产将从使用天然气开始，但"只要有可能"就会转向氢气。

不过，他警告称，尽管有许多有希望的迹象显示，最大的工业排放国之一正开始进行控制，但全球还有很长的路要走。在欧盟，欧盟委员会正在研究如何利用碳定价作为降低碳排放的工具。此外，来自欧洲投资基金和复苏基金的支持也可以在欧洲部分发挥作用。

然而，欧洲的钢铁产量仅占全球钢铁产量的8%左右，这个数字更有可能下降，而不是增加。他说，一些主要的钢铁生产国还有很长的路要走，他举了印度为例。

2019 年，印度的钢铁产量为 1.11 亿吨，预计 2030 年将达到 3 亿吨。

他说，“问题在于印度没有政策。它没有碳税，也不打算在未来几年内这样做。印度仍在试运行新的高炉，因为印度知道这些高炉会持续50到60年左右。印度的中期解决方案可能是碳捕获和储存。”

弗莱尚德尔博士说，HYFOR将继续向前发展。

“看到一家使用低质量铁矿石饲料的直接减排厂，在电力冶炼厂生产热金属和矿渣，然后通过行业认证，用于水泥行业，以推动循环经济。这将有助于我们逐步前进。我们需要使用绿色氢气和碳捕获储存和利用，我们需要用可再生能源为电弧炉供电。这将让我们在未来接近零碳足迹，因为我们对2050年满怀期待。”