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“雙碳”戰(zhàn)略對我國鋼鐵行業(yè)影響深遠(yuǎn)

2021-12-27 13:28 來源: 中國冶金報

“雙碳”戰(zhàn)略應(yīng)對措施分析


1、加快技術(shù)創(chuàng)新研發(fā)步伐,行業(yè)方能行至久遠(yuǎn)

研發(fā)革命性突破性技術(shù)已成為行業(yè)未來發(fā)展的必然,而采用氫代替碳是低碳發(fā)展、能源變革的終極方向,也是綠色化的根本出路。

目前,我國也有企業(yè)開展了氫冶金示范工程。例如寶武八鋼進(jìn)行的富氫碳循環(huán)氧氣高爐工藝實驗,目前已經(jīng)完成第二階段試驗?zāi)繕?biāo)。河鋼集團(tuán)在宣鋼建設(shè)了120萬噸氫冶金示范工程,利用風(fēng)能、光能等可再生能源,使用含氫量約70%的補(bǔ)充氣源作為還原劑,生產(chǎn)1噸直接還原鐵僅產(chǎn)生250kg二氧化碳,同時對產(chǎn)生的二氧化碳進(jìn)行選擇性回收。建龍集團(tuán)在烏海進(jìn)行了年產(chǎn)30萬噸富氫熔融還原法生產(chǎn)高純鑄造生鐵項目,目前處于第一階段,可實現(xiàn)噴氫1萬噸/年,減少二氧化碳排放11.2萬噸/年。包鋼集團(tuán)利用億利集團(tuán)在制氫及天然氣管網(wǎng)輸氣優(yōu)勢,共同開發(fā)光伏制氫、管道輸氫和綠氫冶煉技術(shù)。鞍鋼集團(tuán)積極探索氫冶金技術(shù),包括風(fēng)電+光伏(綠電)-電解水制氫(綠氫)-氫冶金工藝。

另外還有山西晉南鋼鐵落地運(yùn)行的鋼焦化氫聯(lián)產(chǎn)技術(shù);酒鋼集團(tuán)的煤基氫冶金工藝;山西中晉太行礦業(yè)有限公司的氣基豎爐直接還原鐵工藝;京華日鋼控股集團(tuán)有限公司建設(shè)的首臺套年產(chǎn)50萬噸氫冶金等,正在開展相關(guān)研究、實驗。

通過超前開展綠色冶金前沿技術(shù)研究,不僅推動鋼鐵行業(yè)綠色低碳轉(zhuǎn)型,也可以掌握行業(yè)領(lǐng)先的核心技術(shù),形成自主知識產(chǎn)權(quán),增強(qiáng)技術(shù)保障。目前主要問題是用氫能價格較高,鋼鐵企業(yè)運(yùn)營壓力較大。

2、加快氫能戰(zhàn)略布局

實現(xiàn)“雙碳”目標(biāo),本質(zhì)是要從高碳到低碳乃至到近零碳排放的轉(zhuǎn)變。鋼鐵行業(yè)要發(fā)展氫冶金,必須解決氫能來源和價格問題,提早制定氫能戰(zhàn)略布局。大家都知道氫能是推動傳統(tǒng)化石能源清潔高效利用和支撐可再生能源大規(guī)模發(fā)展的理想媒介。美國、歐盟、日本、韓國等國家和地區(qū)都逐步明確了氫能在國家能源體系中的定位,并推出了氫能發(fā)展路線圖。例如2020年4月,荷蘭發(fā)布了國家級氫能政策,到2025年建設(shè)50個加氫站、投放15000輛燃料電池汽車和3000輛重型汽車;到2030年投放30萬輛燃料電池汽車。2020年6月德國正式通過了國家氫能源戰(zhàn)略,為清潔能源未來的生產(chǎn)、運(yùn)輸、使用和相關(guān)創(chuàng)新、投資制定了行動框架。2020年6月法國交通部長宣布支持2035年實現(xiàn)的綠色氫燃料飛機(jī)的計劃。2020年7月,歐盟發(fā)布了《歐盟氫能戰(zhàn)略》和《歐盟能源系統(tǒng)整合策略》,希望借此為歐盟設(shè)置新的清潔能源投資議程,以達(dá)成在2050年實現(xiàn)碳中和的目標(biāo)。

目前我國還沒有制定氫能發(fā)展路線圖,氫能研究還分散于各個子板塊。氫能供應(yīng)與應(yīng)用不僅涉及煤化工、煉油、煉鋼、焦化等傳統(tǒng)工業(yè),還涉及氫燃料電池汽車、固定式燃料電池儲能應(yīng)用等新興產(chǎn)業(yè)。氫能頂層設(shè)計需要跨部門、跨行業(yè)、跨學(xué)科協(xié)同進(jìn)行。

3、提高高品質(zhì)產(chǎn)品產(chǎn)量

在粗鋼總產(chǎn)量不增加前提下,要滿足國民經(jīng)濟(jì)高質(zhì)量發(fā)展,應(yīng)提高高品質(zhì)鋼產(chǎn)品產(chǎn)量,向超輕和高強(qiáng)方向發(fā)展。據(jù)去年10月國際能源署(IEA)發(fā)布《世界能源技術(shù)展望2020-鋼鐵技術(shù)路線圖》可知,為了實現(xiàn)《巴黎協(xié)定》的溫控目標(biāo),2050年前鋼鐵行業(yè)碳排放量比2019年至少減少50%,排放強(qiáng)度需降低60%,即噸鋼碳排放量從目前1.4噸降到0.6噸,而全球鋼鐵需求只能增長10%(約1.8億噸)至20.3億噸。所以建議通過多種途徑削減鋼鐵消費(fèi)總量,尤其是延長建筑的使用壽命和優(yōu)化建筑設(shè)計。

4、加速碳捕獲、利用與封存(CCUS)技術(shù)開發(fā)應(yīng)用

為了實現(xiàn)碳中和,全球探索最多的是氫冶金,另外就是末端治理技術(shù),包括碳捕獲、利用與封存(CCUS),即兩個技術(shù)路線:“智能碳利用”和“碳直接避免”。

CCUS被認(rèn)為最有潛力實現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)的技術(shù),2020年我國粗鋼產(chǎn)量為10.65億噸,二氧化碳排放量約23.2億噸,占我國二氧化碳總排放15%左右。短時期內(nèi),我國高爐-轉(zhuǎn)爐長流程煉鋼仍占主導(dǎo)地位,面臨巨大的二氧化碳排放壓力。所以我國對CCUS技術(shù)高度重視,國家發(fā)改委早在2013年就出臺了《關(guān)于推動碳捕集、利用和封存試驗示范》的通知,科技部組織編寫的《中國碳捕集利用與封存技術(shù)發(fā)展路線圖(2019版)》提出,2050年前要建成多個CCUS產(chǎn)業(yè)集群,實現(xiàn)二氧化碳利用封存量超過9.7億噸/年,產(chǎn)值超過5700億元/年。

目前我國鋼鐵行業(yè)還沒有真正碳捕集封存(CCS)(CCS指捕獲從大型排放源產(chǎn)生的二氧化碳,將其運(yùn)輸至儲存站點(diǎn)進(jìn)行封存,避免二氧化碳排放到大氣中)技術(shù)案例,但二氧化碳利用已有案例:1、我國首鋼京唐300噸轉(zhuǎn)爐利用二氧化碳代替氮?dú)饣驓鍤庾鳛閿嚢铓怏w煉鋼,實現(xiàn)了二氧化碳資源化利用,同時達(dá)到節(jié)能減排及潔凈化冶煉效果。實驗表明轉(zhuǎn)爐頂吹CO?-O?混合氣體煉鋼時,對于年產(chǎn)500萬噸鋼廠來說,年粉塵排放減少量達(dá)到0.75萬噸,同時實現(xiàn)了約5000噸二氧化碳的資源化利用。2、晉南鋼鐵集團(tuán)鋼焦化氫聯(lián)產(chǎn)技術(shù)。先將高爐煤氣送至頂裝焦?fàn)t,置換出優(yōu)質(zhì)焦?fàn)t煤氣,然后與優(yōu)質(zhì)轉(zhuǎn)爐煤氣混合送至化工廠,經(jīng)過一系列物理化學(xué)方法、凈化處理后,合成乙二醇、LNG及氫氣產(chǎn)品,其中氫氣送至高爐,實現(xiàn)氫能冶煉。整個工藝過程不僅實現(xiàn)了碳固化,減少了碳排放,還實現(xiàn)了氫冶金。根據(jù)測算,鋼鐵工序降碳比例為26%,焦化+鋼鐵工序降碳比例達(dá)到了15%。

國外也有碳捕集、封存(CCS)案例:阿拉伯聯(lián)合酋長國位于阿布扎比的國有酋長鋼鐵公司,其直接還原鐵廠是目前鋼鐵行業(yè)唯一正在運(yùn)行的CCS工廠。該工廠每年能夠捕獲80萬噸二氧化碳,捕獲后的二氧化碳被壓縮和脫水后,經(jīng)過50km管道,注入成熟的陸地油。另外還有還有日本的COURSE50項目和歐盟的ULCOS計劃都有涉及高爐的碳捕獲問題,但仍處于實驗階段。

國外利用二氧化碳的部分案例:1、安米Steelanol項目,捕獲高爐中廢氣并利用生物技術(shù)將其轉(zhuǎn)化為可再生的生物乙醇,并將這些生物乙醇混合用作液體燃料,預(yù)計2022年建成。2、蒂森主導(dǎo)的Carbon2Chem項目,將鋼廠廢氣中化工原料(例如一氧化碳和二氧化碳等)用于生產(chǎn)含有碳和氫的合成氣體。這些合成氣體正是生產(chǎn)氨氣、甲醇、高級醇等各種化工產(chǎn)品的原料。3、SSAB和塔塔鋼鐵公司合作FReSMe項目,從鋼廠高爐煤氣中回收二氧化碳,然后與通過電解水生產(chǎn)的氫氣混合,從而生成甲醇。

5、從全生命周期碳足跡評價產(chǎn)品并給予政策支持

為了鼓勵企業(yè)走在低碳前列,國家政策應(yīng)從材料全生命周期的資源消耗和碳排放(碳足跡)出發(fā),評價鋼材產(chǎn)品,例如對于生產(chǎn)過程碳排放量不同的產(chǎn)品冠于不同綠色標(biāo)簽,與下游用戶聯(lián)合從整個生態(tài)鏈體系定位產(chǎn)品市場價格。對為低碳做出貢獻(xiàn)的企業(yè),要給予政策支持和差別對待。
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