編者的話(huà)
為實(shí)現《鋼鐵綠色協(xié)議》中到2050年溫室氣體排放量較1990年減少80%~95%的承諾，歐洲鋼鐵工業(yè)聯(lián)盟（Eurofer，簡(jiǎn)稱(chēng)歐鋼聯(lián)）確定了2條主要的技術(shù)路線(xiàn)，即“智能碳使用”和“碳直接避免”技術(shù)路線(xiàn)。
為幫助廣大鋼企了解歐洲鋼鐵工業(yè)低碳發(fā)展路徑，《觀(guān)海聽(tīng)潮》特推出歐鋼聯(lián)碳減排技術(shù)路線(xiàn)系列報道，跟蹤歐洲鋼鐵工業(yè)相關(guān)技術(shù)項目進(jìn)展。本期聚焦剛剛于8月31日投產(chǎn)的全球首個(gè)無(wú)化石燃料海綿鐵中試線(xiàn)——HYBRIT項目。
劉獻東
8月31日，全球第一個(gè)無(wú)化石燃料海綿鐵中試線(xiàn)——HYBRIT（突破性氫能煉鐵技術(shù)）項目在瑞典呂勒奧（Lule?）舉行了啟動(dòng)儀式。瑞典首相Stefan L?fven（斯特凡·勒文）出席了儀式。儀式全程在網(wǎng)上進(jìn)行了直播。
HYBRIT項目由SSAB（瑞典鋼鐵）、LKAB（瑞典礦業(yè)集團，歐洲最大鐵礦石生產(chǎn)商）和Vattenfall（瑞典大瀑布電力公司，歐洲最大電力生產(chǎn)商之一）3家行業(yè)巨頭合資創(chuàng )建的HYBRIT發(fā)展有限公司負責推進(jìn)。合作的科研機構包括瑞典皇家理工學(xué)院、呂勒奧理工大學(xué)、瑞典國家研究院、瑞典鋼鐵研究所Swerim等。SSAB、LKAB和Vattenfall計劃打造世界上第一個(gè)“無(wú)化石燃料鋼鐵制造”價(jià)值鏈，目標是：到2026年，通過(guò)HYBRIT技術(shù)，在世界上率先實(shí)現無(wú)化石燃料冶煉技術(shù)；到2045年，完全按無(wú)化石燃料工藝路線(xiàn)制造鋼鐵。
HYBRIT項目中試線(xiàn)3個(gè)主要單元
無(wú)化石燃料海綿鐵中試線(xiàn)主要包括3個(gè)單元：
一是位于呂勒奧的直接還原鐵、制氫單元。
該單元負責生產(chǎn)氫氣，采用氫氣DRI（直接還原鐵）制備技術(shù)和電弧爐工藝，用電和氫代替煤炭，每年需要15太瓦時(shí)的電力，相當于瑞典年發(fā)電量的1/10。該單元運行的主要能源將來(lái)自Vattenfall的非基于化石燃料的電力。
二是位于瑞典馬爾姆貝格特（Malmberget）和呂勒奧的無(wú)化石燃料球團單元。
該單元將通過(guò)用可再生的生物燃料替代化石燃料，以實(shí)現基于無(wú)化石燃料工藝的鐵礦石球團礦制造技術(shù)，相關(guān)試驗在呂勒奧的一個(gè)實(shí)驗燃燒爐和馬爾姆貝格特的一個(gè)工廠(chǎng)中進(jìn)行。目前，LKAB正在馬爾姆貝格特的一個(gè)球團廠(chǎng)中，圍繞“用生物燃料代替化石燃料”進(jìn)行全面試驗。在試驗期內，馬爾姆貝格特球團廠(chǎng)化石燃料燃燒產(chǎn)生的二氧化碳排放量將減少40%，相當于每年實(shí)現約6萬(wàn)噸的碳減排，試驗期將持續至2021年。
三是位于呂勒奧的儲氫單元（計劃于2021年建設）。
HYBRIT項目計劃建造一個(gè)儲氫研究設施，試驗工廠(chǎng)在SSAB位于呂勒奧的工業(yè)區。目前該項目方正在調查在SSAB工業(yè)區附近的LKAB Svart?berget老鐵礦石儲存區建造一個(gè)位于地下25米~35米的小型臨時(shí)儲存區的可能性。該儲氫設施將是未來(lái)支撐和維持能源系統穩定的重要組成部分。
預計HYBRIT項目中試階段的總費用在20億瑞典克朗左右。瑞典能源署已承諾出資5.99億瑞典克朗，剩余部分將由SSAB、LKAB和Vattenfall三方等額出資。
HYBRIT項目未來(lái)規劃
按照規劃，未來(lái)HYBRIT項目將分以下步驟推進(jìn)。
HYBRIT工業(yè)級示范工廠(chǎng)與HYBRIT項目中試線(xiàn)同步建設。
HYBRIT工業(yè)級示范工廠(chǎng)的啟動(dòng)比原計劃提前了3年，計劃于2023年開(kāi)工建設，于2025年投產(chǎn)。該示范工廠(chǎng)年產(chǎn)能為100萬(wàn)噸。
與此同時(shí)，SSAB將對Oxel?sund高爐進(jìn)行改造，計劃于2026年實(shí)現商業(yè)化的鐵礦石基、無(wú)化石的冶煉工藝路線(xiàn)。SSAB最早將于2025年前將二氧化碳排放量減少25%。
HYBRIT工業(yè)級示范工廠(chǎng)建成后，SSAB將對傳統工藝路線(xiàn)進(jìn)行徹底改造。SSAB計劃于2030年~2040年將其全部的傳統高爐換成電弧爐。同時(shí)，SSAB開(kāi)始逐步淘汰軋鋼廠(chǎng)和熱處理廠(chǎng)的化石燃料工藝，到2045年完全實(shí)現無(wú)化石燃料的鋼鐵制造。
HYBRIT項目發(fā)展歷程
?2016年，SSAB，LKAB和Vattenfall聯(lián)手創(chuàng )建了HYBRIT項目。目標是使用非基于化石燃料的電力和氫氣替代傳統化石燃料，實(shí)現無(wú)化石燃料的鋼鐵冶煉。
?2016年~2017年為可行性研究階段。研究的結論是，考慮到當今的電價(jià)、煤炭?jì)r(jià)格和二氧化碳排放成本，采用無(wú)化石燃料技術(shù)煉出的鋼材的價(jià)格將比傳統鋼材高20%~30%。不過(guò)，隨著(zhù)無(wú)化石基能源電價(jià)的下降，以及歐盟碳排放交易系統（ETS）推動(dòng)的二氧化碳排放成本上升，無(wú)化石基鋼材將具備成本競爭力。
?2018年夏季，HYBRIT項目進(jìn)入中試階段，開(kāi)始在呂勒奧的SSAB工廠(chǎng)建設全球第一個(gè)無(wú)化石燃料鋼鐵生產(chǎn)中試線(xiàn)。
?2019年夏季，HYBRIT項目開(kāi)始在瑞典馬爾姆貝格特的LKAB工廠(chǎng)建造基于無(wú)化石燃料的球團機組。另外，該項目還計劃在HYBRIT中試線(xiàn)附近建造一個(gè)氫氣存儲中試線(xiàn)，預計將在2022年~2024年間投入運行。
?2020年8月5日，HYBRIT項目在球團工藝中使用無(wú)化石燃料的試驗取得成功。
?2020年8月31日，全球第一個(gè)無(wú)化石燃料海綿鐵中試線(xiàn)投運。
鏈接
歐鋼聯(lián)“碳直接避免”技術(shù)路線(xiàn)實(shí)施路徑和主要項目
目前基于鐵礦石的冶煉技術(shù)已經(jīng)處于熱力學(xué)極限，電力冶煉工藝還不能完全依靠可再生能源。這就是“碳直接避免”技術(shù)路線(xiàn)誕生的根本原因?！疤贾苯颖苊狻笔紫纫苊馓佳趸锏纳?。
歐鋼聯(lián)于8月3日發(fā)布了“碳直接避免”技術(shù)路線(xiàn)的實(shí)施路徑和主要項目。
實(shí)施路徑有2個(gè)：一是氫基冶金技術(shù)，即在鋼鐵生產(chǎn)過(guò)程中用氫來(lái)代替碳作還原劑，而且要采用可再生能源制造的“綠色氫”；二是采用電力進(jìn)行冶金，其用電更注重可再生能源。
主要項目包括：HYBRIT、H2Steel、tkH2Steel、GrInHY（綠色工業(yè)制氫）、SALCOS（薩爾茨吉特低碳煉鋼）HydrogenHamburg和SIDERWIN。進(jìn)一步的項目聚焦廢鋼循環(huán)利用和直接還原鐵工藝，包括循環(huán)經(jīng)濟解決方案、工藝整合以及通過(guò)氫和電的使用直接避免碳排放。
其中，HYBRIT項目主要采用氫氣替代煤炭作為還原劑進(jìn)行鋼鐵冶煉，副產(chǎn)物是水，而非二氧化碳。
H2Steel項目旨在研發(fā)氫基冶金技術(shù)，包括SUSTEEL和H2FUTURE兩個(gè)子項目。
GrInHY項目旨在研發(fā)可逆高溫電解綠色工業(yè)制氫技術(shù)，采用可逆式固體氧化物電解工藝生產(chǎn)氫氣和氧氣，并將多余的氫氣儲存起來(lái)。
SALCOS項目集風(fēng)力發(fā)電制造綠色氫、氫基冶煉等技術(shù)于一體，旨在把以高爐為基礎的碳密集型煉鋼工藝逐步轉變?yōu)橹苯舆€原煉鐵—電弧爐工藝路線(xiàn)，同時(shí)實(shí)現富余氫氣的利用。
SIDERWIN項目由安賽樂(lè )米塔爾負責，旨在研發(fā)一種直接電解鐵礦石技術(shù)（據公開(kāi)發(fā)布的信息判斷，屬于堿溶液低溫電解類(lèi)技術(shù)）。
此外，目前歐洲正在運行的“碳直接避免”相關(guān)技術(shù)項目還包括奧鋼聯(lián)的HYFOR氫基粉礦還原技術(shù)、Tenova（意大利特諾恩集團）的HYL/ENERGIRON-ZR直接還原鐵技術(shù)。
《中國冶金報》（2020年09月04日 02版二版）
