低碳钢主要透过在电弧炉中熔化废钢来生产,与原生钢相比,可减少三分之二的排放。
全球每年生产超过18亿公吨的钢铁,预计在发展中国家需求将会加速成长,但在基础设施已建设完善的欧洲和北美,需求成长则相对较少,由于钢铁是全球排放强度最高的行业,就占了约7%的温室气体排放,确保这些成长来自零排放的过程是至关重要的。
世界基准联盟(WBA)在最新的钢铁、水泥和铝业研究显示,公司需要在未来五年内将努力程度提增三倍,以降低排放强度并加大对尚未成熟技术的投资,才能按计划在2050年前实现净零排放。
钢铁制造传统上分两个步骤进行-首先使用冶金煤将铁矿石还原为铁,冶金煤既作为驱动反应的热源,也用来从矿石中提取氧气,然后,在第二个熔炉中将铁转化为钢,这种方法平均每生产一吨钢会排放2.3吨二氧化碳。
全球约30%的钢铁生产具有较低的碳排放,这些钢铁是通过在电弧炉中熔化废钢生产的(即所谓的二次钢铁生产),这种方法可以将排放量减少三分之二,但其中大部分使用来自化石能源电网的电力,需要巨大的财政支持来使该行业为净零未来做好准备,这不仅仅是公司自己去做,但如果一家公司对其2050年的战略有明确的认识,他们就知道现在需要投资什么。
然而,目前只有5家钢铁公司设立或承诺近期(2030年)的科学目标倡议;只有3家公司承诺设立净零排放目标。
使用绿色氢(由可再生能源制造)而不是煤来减少铁矿可以使初级钢铁生产几乎零排放,由此产生的直接还原铁(DRI)被输送到电弧炉中生产钢铁。欧洲正在引领这条路线;瑞典钢铁生产商SSAB、铁矿生产商LKAB和能源公司Vattenfall通过其Hybrit技术开拓了这条道路,并正在生产批量的无化石钢供客户测试,这些客户愿意为清洁钢支付额外的费用。
中东的钢铁制造商已经开始使用天然气而不是煤来减少铁矿,一些欧洲制造商也在考虑这个方向,因为他们正在等待绿色氢能够提供并且价格可负担,然而,人们对这可能将气体锁定在其中的问题存在着很大的担忧。
ArcelorMittal已经获得了欧洲多个政府提供的超过15亿欧元的补助金,该公司表示,绿色氢的成本必须每公斤1至1.5美元(而当前的成本为6美元)才能与天然气竞争,他们对于在2030年欧洲能够以所需的价格获得氢信心不足。
绿色氢的一个巨大障碍是,这条无化石的途径需要庞大的能源,一项估计表明,生产足够的氢以完全使钢铁行业实现脱碳将需要比目前全球所有能源来源的总产量多20%的电力,LKAB估计,到2050年,当其完全转型其运营时,将需要每年70太瓦时(TWh)的清洁能源。
美国最大的钢铁生产商Nucor与微软和谷歌合作,集结他们对于技术的需求,例如: 绿色氢的长时间存储,这将有助于平衡电网,并在没有太阳能和风能时填补缺口。
今年三月,美国政府宣布对氢的钢铁制造进行10亿美元的投资,SSAB的美国部门是其中的受益者之一,根据通货膨胀减少法案,氢气生产也获得了慷慨的补贴。另外,美国能源部高级研究计划署(ARPA-E)将提供2800万美元的资金,支持开发新技术,这些技术有可能以与今天的高炉相同的成本实现零排放的铁钢生产。
ARPA-E的受益者之一是位于科罗拉多州博尔德的绿色铁矿初创公司Electra,该公司的低温电化学过程可以利用现今被矿业视为废弃物的低品位铁矿,除了降低能源需求外,Electra表示其系统可以启动和停止,以利用间歇性可再生能源。根据ARPA-E的说法,如果项目成功,生产的铁将用于绿色钢铁,其温室气体排放将减少80%,成本将是现有基于化石燃料的工艺的一半。
钢材是最容易回收和再利用的材料,随着各国进行脱碳,对废钢的需求将会增加,美国70%的钢铁生产已经是通过这种二次路线进行的,并且转向可再生能源作为能源将进一步降低排放,亚洲许多国家已经限制了废钢的出口,而新的欧洲立法将从2027年开始限制出口。
英国工业担心欧盟的立法将在英国钢铁制造商选择关闭高炉的同时,增加对其钢材废料的需求,因为这些废料将越来越需要在国内使用。
增加回收的另一个障碍是,二次钢会积累杂质,例如为了满足不同行业需求而添加的铜和其他合金,能源和气候政策分析师克里斯·巴塔伊尔(Chris Bataille)建议,通过改善废钢分类和发展闭环系统,可以减少对初级钢的需求。
例如,德国汽车制造商大众预计将成为其邻居Salzgitter AG计划中的低碳钢的首批客户,两家公司都打算在它们的两家工厂之间发展钢的闭环回收。
EU ETS下的限制收紧将增加钢铁制造商接受更清洁生产方法的压力,当欧盟碳边界调整机制(CBAM)从2026年开始生效时,许可权将完全消失。
CBAM旨在防止生产和排放向气候政策不那么严格的国家转移,希顿表示,这促使海外行业思考如何在欧盟市场竞争。
希顿补充说,由于添加废钢可以降低排放,“如果公司只要求产品中的体积排放,那么就会出现很多漂绿行为。”因此,ResponsibleSteel的标准使得每家钢厂都可以在同等基础上进行比较,以推动整个行业的进步,从而实现全球排放减少。
资料来源:
Reuters(2024.6.3)Steel companies ‘yet to prove their mettle’ in race for net zero