數(shù)據(jù)顯示，目前我國(guó)鋼鐵行業(yè)CO2排放總量較大（占全國(guó)15%左右），是工業(yè)領(lǐng)域減碳的重點(diǎn)行業(yè)之一。為確保2030年前碳達(dá)峰，2月7日，工業(yè)和信息化部等三部委發(fā)布了《關(guān)于促進(jìn)鋼鐵工業(yè)高質(zhì)量發(fā)展的指導(dǎo)意見》并指出，堅(jiān)持總量調(diào)控和科技創(chuàng)新降碳相結(jié)合，堅(jiān)持源頭治理、過(guò)程控制和末端治理相結(jié)合，全面推進(jìn)超低排放改造，統(tǒng)籌推進(jìn)減污降碳協(xié)同治理。
“雙碳目標(biāo)倒逼我國(guó)鋼鐵行業(yè)技術(shù)創(chuàng)新。”冶金工業(yè)信息標(biāo)準(zhǔn)研究院黨委書記、院長(zhǎng)張龍強(qiáng)對(duì)中國(guó)知識(shí)產(chǎn)權(quán)報(bào)記者表示，在雙碳目標(biāo)下，低碳冶金的優(yōu)勢(shì)將促使國(guó)內(nèi)各大鋼鐵生產(chǎn)企業(yè)加大低碳冶金研發(fā)和投資力度。未來(lái)，隨著一大批擁有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的“低碳”鋼鐵冶金工藝技術(shù)不斷落地，我國(guó)鋼鐵行業(yè)有望迎來(lái)“零碳”冶煉時(shí)代。
高爐減碳靠改造
2021年11月29日，大型紀(jì)錄片《鋼鐵脊梁》在中央廣播電視總臺(tái)央視財(cái)經(jīng)頻道首播，全面講述鋼鐵行業(yè)具有重大影響力和巨大歷史價(jià)值的故事。在紀(jì)錄片中出現(xiàn)的漢冶萍煤鐵廠礦有限公司完整保留了漢冶萍時(shí)期的冶煉爐一座，這是我國(guó)現(xiàn)存最早的近代工業(yè)中鋼鐵冶煉遺址，具有非常高的文物價(jià)值。
鋼鐵冶煉爐是鋼鐵生產(chǎn)的基礎(chǔ)設(shè)施，同時(shí)也是鋼鐵產(chǎn)業(yè)技術(shù)升級(jí)的重點(diǎn)。按照鋼鐵生產(chǎn)流程的長(zhǎng)短，可分為高爐-轉(zhuǎn)爐長(zhǎng)流程和電弧爐短流程的鋼鐵生產(chǎn)。長(zhǎng)流程冶煉一般指在高爐中以焦炭為還原劑，對(duì)鐵礦石進(jìn)行冶煉，得到鐵水，然后鐵水再移至轉(zhuǎn)爐中，通過(guò)吹氧去除多余的碳、氧、磷和剩余的硫，得到成分合格的鋼水。短流程冶煉一般是指用電弧爐對(duì)以廢鋼為主的原料進(jìn)行加熱冶煉。
目前，我國(guó)鋼鐵工業(yè)以高爐-轉(zhuǎn)爐長(zhǎng)流程生產(chǎn)為主，一次能源消耗結(jié)構(gòu)主要為煤炭，節(jié)能降碳改造升級(jí)潛力較大。根據(jù)最近發(fā)布的《鋼鐵行業(yè)節(jié)能降碳改造升級(jí)實(shí)施指南》披露，截至2020年底，我國(guó)鋼鐵行業(yè)高爐工序能效優(yōu)于標(biāo)桿水平的產(chǎn)能約占4%，能效低于基準(zhǔn)水平的產(chǎn)能約占30%；轉(zhuǎn)爐工序能效優(yōu)于標(biāo)桿水平的產(chǎn)能約占6%，能效低于基準(zhǔn)水平的產(chǎn)能約占30%。
控碳很難嗎？難。以高爐為例，根據(jù)日本專家對(duì)生產(chǎn)１噸鐵所需能耗計(jì)算，高爐煉鐵過(guò)程最低純碳消耗量為414千克／噸，僅此能耗就約占鋼鐵長(zhǎng)流程總能耗的60%。“目前，長(zhǎng)流程鋼鐵生產(chǎn)仍是中國(guó)鋼鐵生產(chǎn)的主要生產(chǎn)工藝。”北京科技大學(xué)冶金與生態(tài)工程學(xué)院教授白皓對(duì)記者表示，沒(méi)有這些能耗，高爐就無(wú)法實(shí)現(xiàn)煉鐵過(guò)程，這也是鋼鐵工業(yè)噸鋼能耗高的一個(gè)重要原因。
“面對(duì)雙碳目標(biāo)，鋼鐵行業(yè)減碳、控碳的路徑之一就是從高爐到非高爐。”蘭格鋼鐵研究中心副主任葛昕表示，去年底開始，國(guó)內(nèi)部分鋼鐵生產(chǎn)企業(yè)在現(xiàn)有鋼鐵產(chǎn)能置換中就存在明顯的長(zhǎng)流程向短流程轉(zhuǎn)向的趨勢(shì)，其目標(biāo)為了在未來(lái)鋼鐵行業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)中取得先機(jī)。
“氫”裝上陣破瓶頸
“鋼鐵冶煉的長(zhǎng)流程向短流程轉(zhuǎn)向是控碳的方式之一，另一個(gè)更清潔的冶煉方法就是氫能冶煉技術(shù)。”張龍強(qiáng)介紹，氫能在冶金領(lǐng)域的創(chuàng)新與應(yīng)用，將推動(dòng)傳統(tǒng)“碳冶金”向新型“氫冶金”轉(zhuǎn)變，使鋼鐵生產(chǎn)擺脫對(duì)化石能源的絕對(duì)依賴，一旦技術(shù)取得突破，將全面改變鋼鐵行業(yè)高碳排放的格局。
2019年1月,中國(guó)寶武與中核集團(tuán)、清華大學(xué)簽訂《核能-制氫-冶金耦合技術(shù)戰(zhàn)略合作框架協(xié)議》,共同打造核氫冶金產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟。前不久，基于相關(guān)技術(shù)，中國(guó)寶武旗下的寶鋼股份在湛江基地開工建設(shè)（一期）1 座百萬(wàn)噸級(jí)、具備全氫工藝試驗(yàn)條件的氫基豎爐直接還原示范工程及配套設(shè)施，可按不同比例靈活使用焦?fàn)t煤氣、天然氣和氫氣。
寶鋼股份相關(guān)負(fù)責(zé)人介紹，未來(lái)，湛江基地將在氫基豎爐的基礎(chǔ)上，利用南海地區(qū)光伏、風(fēng)能配套上“光-電-氫”“風(fēng)-電-氫”綠色能源，形成與鋼鐵冶金工藝相匹配的全循環(huán)、封閉的流程，產(chǎn)線碳排放較長(zhǎng)流程降低90%以上，并通過(guò)碳捕集、森林碳匯等實(shí)現(xiàn)綠氫全流程零碳工廠。
在清潔冶煉技術(shù)方面，北京科技大學(xué)冶金工程專業(yè)作為世界一流建設(shè)學(xué)科，在鋼鐵冶金新技術(shù)方面具有強(qiáng)大的研究實(shí)力，目前已經(jīng)在冶金與生態(tài)工程學(xué)院組建了二氧化碳科學(xué)研究中心，并加強(qiáng)與企業(yè)深度合作。2021年4月，擁有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的氫基熔融還原冶煉技術(shù)在內(nèi)蒙古自治區(qū)烏海市成功落地轉(zhuǎn)化。該技術(shù)是由建龍集團(tuán)與北京科技大學(xué)等科研單位聯(lián)合開發(fā)出的第一代氫基熔融還原CISP新工藝，其關(guān)鍵設(shè)備及零部件均實(shí)現(xiàn)國(guó)產(chǎn)化。
與此同時(shí)，“中國(guó)鋼鐵企業(yè)在積極開展與減碳技術(shù)相關(guān)的研究和實(shí)踐中也取得了諸多創(chuàng)新成果。”張龍強(qiáng)表示，在“2021全球?qū)＠麆?chuàng)新指數(shù)”，排名前30名企業(yè)中有13家中國(guó)鋼鐵企業(yè)入選，其中中國(guó)寶武位列第三，排在全球?qū)＠麆?chuàng)新指數(shù)第一陣營(yíng)。
在白皓看來(lái)，寶鋼股份的百萬(wàn)噸級(jí)氫基豎爐工程作為低碳冶金的示范工程以及建龍集團(tuán)的氫基熔融還原冶煉技術(shù)的落地應(yīng)用，無(wú)疑對(duì)我國(guó)鋼鐵行業(yè)的創(chuàng)新引領(lǐng)、推動(dòng)科學(xué)減碳具有重要意義。
按圖索驥可控碳
近年來(lái)，我國(guó)不同的鋼鐵企業(yè)根據(jù)國(guó)家、地方、行業(yè)的雙碳政策以及結(jié)合自身實(shí)際分別制定碳減排規(guī)劃和路線圖。“中國(guó)寶武、河鋼集團(tuán)等企業(yè)已率先提出到2050年的減碳技術(shù)路線。”白皓表示，以中國(guó)寶武為例，其提出了綠色低碳發(fā)展主要思路，并在寶鋼股份寶山基地開展富氫高爐試驗(yàn)、湛江基地開展氫基豎爐試驗(yàn)、梅山基地開展大廢鋼試驗(yàn)，在八一鋼鐵開展富氧和爐頂煤氣循環(huán)試驗(yàn)等。
河鋼集團(tuán)提出的技術(shù)路徑包括優(yōu)化產(chǎn)業(yè)布局及流程結(jié)構(gòu)變革，推進(jìn)全流程減排；優(yōu)化用能并構(gòu)建多元能源結(jié)合體系，加快低碳轉(zhuǎn)型；開展全生命周期評(píng)價(jià)，助力鋼鐵材料性能和壽命提升；打造低碳循環(huán)經(jīng)濟(jì)產(chǎn)業(yè)鏈，實(shí)現(xiàn)協(xié)同降碳，開展低碳研發(fā)技術(shù)示范等。
張龍強(qiáng)表示，當(dāng)前，我國(guó)鋼鐵行業(yè)降碳的主要方向包括：繼續(xù)實(shí)施產(chǎn)能產(chǎn)量雙控，控制粗鋼總量；落實(shí)鋼鐵行業(yè)碳達(dá)峰實(shí)施方案，統(tǒng)籌推進(jìn)減污降碳協(xié)同治理；有序推進(jìn)結(jié)構(gòu)調(diào)整；開展能效提升及評(píng)估，支持企業(yè)提高綠色能源使用比例；制定氫冶金行動(dòng)方案，加快推進(jìn)低碳冶煉技術(shù)研發(fā)應(yīng)用。
“實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰、碳中和并非一蹴而就，而是全社會(huì)的一場(chǎng)持久戰(zhàn)。”張龍強(qiáng)表示，行業(yè)企業(yè)應(yīng)充分學(xué)習(xí)、了解相關(guān)政策，完整、準(zhǔn)確、全面貫徹新發(fā)展理念，統(tǒng)籌兼顧、科學(xué)謀劃、有序推進(jìn)鋼鐵行業(yè)低碳發(fā)展，通過(guò)做好頂層設(shè)計(jì)、加強(qiáng)標(biāo)準(zhǔn)引領(lǐng)、儲(chǔ)備低碳動(dòng)能、夯實(shí)低碳基礎(chǔ)、革新低碳技術(shù)，推動(dòng)雙碳目標(biāo)實(shí)現(xiàn)。
白皓建議，未來(lái)鋼鐵工業(yè)要實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰、碳中和目標(biāo)，需要在流程結(jié)構(gòu)、能源結(jié)構(gòu)、生產(chǎn)工藝的變革，走低碳冶煉之路。推動(dòng)行業(yè)資源綜合利用、節(jié)能和減排三大維度指標(biāo)的顯著提升，只有應(yīng)用鋼鐵綠色低碳關(guān)鍵技術(shù)，鋼鐵企業(yè)才能實(shí)現(xiàn)良好的經(jīng)濟(jì)、環(huán)境和社會(huì)效益的制造模式。