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钢之家:钢铁行业实现碳中和的路径探讨
杏仁黄 秋叶褐 胭脂红 芥末绿 天蓝 雪青 银河白 [打印] http://www.ebuxiu.com[不锈商务] 2021-08-25 17:18:07  A+   A-   +关注 
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  根据“十四五规划和2035远景目标”的要求,我国将“锚定努力争取2060年前实现碳中和”。为实现碳中和目标,未来要“深入推进工业、建筑、交通等领域低碳转型”“推进钢铁、石化、建材等行业绿色化改造”。目前中国CO2排放量中钢铁行业约占15%,钢铁行业减碳对实现碳中和具有重要意义。钢铁行业已经明确了十四五期间的减碳任务,即“完成5.3亿吨钢铁产能超低排放改造”,但这仅是实现碳中和的第一步,未来还需要在生产技术、产业链等方面进行深度改造。
  目前国内钢铁行业实现碳中和主要有如下几个可行路径:
  路径一:由高炉—转炉法转向电弧炉冶炼法
  推广使用电弧炉冶炼法可以显著降低炼钢过程的CO2排放量,我国目前电弧炉冶炼法产量占比有很大的提升空间,因此可以通过将钢厂现有的大量高炉—转炉生产线转为电弧炉生产线来实现减碳。工信部在2020年12月31日发布《关于推动钢铁工业高质量发展的指导意见(征求意见稿)》,要求我国到2025年电炉钢产量比例提升至15%以上,力争达到20%。
  但是电弧炉冶炼法并不可能完全替代高炉—转炉法等使用铁矿石为原料的炼钢工艺。电弧炉冶炼法使用废钢为原料,而钢材在使用过程中会有铁元素的损耗流失,全社会产生的废钢也不可能全部都得到回收。因此钢铁行业必须要通过开采冶炼铁矿石才能补充钢材使用产生的折旧,以铁矿石为原料的冶炼工艺仍将持续存在。
  路径二:在冶炼过程中使用可再生能源
  无论钢厂采用何种炼钢工艺,生产过程中都需要消耗大量电力。目前我国发电仍以消耗化石能源的火电为主,在2020年火电占比就达69%,水电、光伏发电、风电及核电的占比仍较低。为了降低耗电导致的CO2排放,钢铁企业可以通过布局余热余能发电系统、利用工厂空间建设光伏电站或风电站等方式提高自发电比例,也可以尽可能地利用水电资源来生产,例如电炉炼钢企业可以将生产线建设在水电资源丰富的西南地区。
  对于传统炼钢过程中要用到的煤、天然气或石油,未来可以逐步用可再生的氢能予以替代。目前瑞典钢铁行业是全球第一个实现“无化石燃料钢铁制造”价值链的国家,其采用的就是新一代氢还原冶炼技术,国内也有部分钢企也已采用氢能炼钢。氢气可以通过不消耗化石能源的方式制取,例如电解水、收集其他化工生产中的副产氢。对以铁矿石为原料的炼钢工艺来说,使用氢能是解决化石能源碳排放问题最可行的路径。
  路径三:提升生产配套设施绿色水平
  钢铁生产是复杂的系统过程,其中既涉及到钢的冶炼,也涉及到物流运输、库存管理等配套服务。因此要实现碳中和目标,同时也要提升钢铁生产配套设施的绿色水平。
  例如,在绿色物流体系建设方面,以铁矿石为原料的钢铁产能应该布局在沿江沿海地区,充分利用水运的低碳优势,在铁矿石等原料的运输环节降低碳排放水平。而且目前我国的钢铁消费也主要分布在沿海地区,通过布局可以减少钢材销售环节不必要的物流运输,从而降低碳排放。
  此外,在生产全流程管理方面,钢铁企业可以通过数字化、智能化改造全面提升节能和能效水平。比如宝钢就在可持续发展报告中披露,公司在四大基地推进行业最新节能减排技术的全流程覆盖,在过程提标及领先减排技术、工艺源头节能减排技术、节能低碳流程衔接技术、系统节能技术等方向对生产流程进行低碳改造。
  路径四:针对钢铁生产特点开发应用CCUS技术
  所谓CCUS(Carbon Capture,Utilization and Storage)即碳捕获、利用与封存,通过CCUS技术可以把生产过程中排放的CO2进行提纯,继而投入到新的生产过程中,实现CO2资源化利用。钢铁行业在实现碳中和的过程中如果完全消除对化石能源的消耗,不仅在技术上实现难度很大,而且在经济上也会极大地增加钢铁生产成本。因此保留一定程度的化石能源使用可能才是钢铁行业实现碳中和最现实的情景。在这种情景下,钢铁行业就需要使用CCUS技术对这部分碳排放进行处理。
  但目前CCUS技术的发展尚处于起步阶段,已得到应用的部分技术如二氧化碳降解塑料的生产成本很高,离大规模应用还有很长距离。未来钢铁行业可以根据钢材的生产工艺特点开发新型的CCUS技术,新技术可以结合化工、能源等钢铁相关产业,在更长的产业链条上实现CO2的收集利用。例如东北大学研发的钢铁-化工-氢能一体化网络集成CCUS技术,通过钢铁、化工协同,为我国以高炉—转炉法为主的钢铁产业实现碳净零排放提供了创新解决方案。这种技术下钢铁生产过程所排放的CO2可以最终制成多种化工产品。
  路径五:购买“森林碳汇”
  在钢铁行业仅依靠自身改造无法完全实现CO2净零排放的情况下,购买“森林碳汇”也是一个实现碳中和的可行路径。所谓“森林碳汇”是指通过植树造林、植被恢复等措施,吸收大气中的二氧化碳,从而实现“碳”的捕获和固定。非经济林所有者可以对外出售“森林碳汇”,作为一种可交易的碳排放权。钢铁企业可以针对无法完全消除的CO2排放量购买“森林碳汇”,从而在全社会整体的层面实现碳中和。但购买“森林碳汇”将会给钢铁行业企业额外增加成本,且未来“森林碳汇”资产价格还可能出现大幅上涨。
  

(编撰: 钢之家研究中心 请勿转载 垂询电话:0555-2238912 18395577005)

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