劉獻東
前兩期（詳見(jiàn)《中國冶金報》2020年9月4日、9月11日2版）介紹了歐洲鋼鐵工業(yè)聯(lián)盟（Eurofer，歐鋼聯(lián)）為實(shí)現溫室氣體減排承諾而推進(jìn)的2條主要技術(shù)路線(xiàn)（“智能碳使用”“碳直接避免”）的重點(diǎn)項目，本期探索歐盟“碳中和大陸”背景下，鋼鐵行業(yè)開(kāi)啟冶金技術(shù)革命的實(shí)踐和成效。
圍繞碳中和 歐盟動(dòng)作頻
近段時(shí)間以來(lái)，歐盟密集出臺了一系列政策，鋼鐵行業(yè)正醞釀新一輪的突破性技術(shù)革命。而這背后的邏輯是歐盟成為第一個(gè)“碳中和大陸”的愿景。
2019年12月11日，歐盟委員會(huì )發(fā)布了《歐洲綠色新政》，力爭到2050年使歐洲成為第一個(gè)“碳中和大陸”。緊接著(zhù)，歐盟委員會(huì )于2020年3月5日發(fā)布了《氣候法草案》，以落實(shí)《歐洲綠色新政》。
目前，歐盟委員會(huì )已經(jīng)開(kāi)始設計碳邊境稅，計劃于2021年~2022年左右實(shí)施，將對歐盟進(jìn)口的碳密集型商品征收碳邊境稅。屆時(shí)，以燃煤發(fā)電為主的工業(yè)化國家將遭受較大沖擊。如果加征碳邊境稅，中國、巴西、俄羅斯、印度和幾個(gè)東南亞國家都可能面臨國內產(chǎn)品成本上漲的風(fēng)險，也將成為金屬產(chǎn)品出口受影響最大的一批國家。標準普爾全球普氏公司認為，全球主要的金屬生產(chǎn)地區可能會(huì )在5年內開(kāi)始在境內征收碳排放稅。
同時(shí)，歐盟委員會(huì )將設立“公正轉型基金”，旨在籌集500億歐元基金，用于幫助煉油廠(chǎng)和鋼鐵廠(chǎng)等重工業(yè)減少污染物排放。該基金將關(guān)注所有的二氧化碳密集型領(lǐng)域。
在這樣的背景下，歐洲鋼鐵行業(yè)將完成重大的技術(shù)突破，既包括自身制造工藝的革命性技術(shù)突破，也包括支撐下游行業(yè)實(shí)現碳中和目標的材料解決方案。歐鋼聯(lián)認為，由于目前的冶金技術(shù)已基本達到極限，鋼鐵工業(yè)的碳中和之路，實(shí)際上是一場(chǎng)技術(shù)革命。
事實(shí)上，歐盟委員會(huì )把“碳中和”概念作為“后疫情復蘇計劃”的切入點(diǎn)，將成立歐盟復蘇基金，旨在降低歐洲各行業(yè)的能耗。比如，歐盟委員會(huì )計劃通過(guò)一項200億歐元的資助和貸款擔保計劃，以推動(dòng)新能源汽車(chē)的發(fā)展。汽車(chē)制造商將承諾到2028年結束柴油和汽油汽車(chē)的銷(xiāo)售。歐盟還將在2025年前建立200萬(wàn)個(gè)電動(dòng)和氫動(dòng)力汽車(chē)充電站。
7月3日，歐盟委員會(huì )創(chuàng )新基金發(fā)起首次提案征集。第一個(gè)提案將向涉及清潔技術(shù)的大型項目提供10億歐元的撥款，以幫助這些項目規避商業(yè)化和工業(yè)級示范項目階段的風(fēng)險。創(chuàng )新基金是世界上最大的低碳創(chuàng )新技術(shù)示范項目基金之一，將資助可再生能源、能源儲存以及碳捕獲、使用和儲存等方面的突破性技術(shù)，資金來(lái)自歐盟排放交易體系排放配額的拍賣(mài)收入。創(chuàng )新基金還計劃在2020年~2030年期間，從歐盟排放交易體系下的配額拍賣(mài)中撥款約100億歐元。
“氫城市”也迅速成為一個(gè)重要的概念，它將氫整合性地融入城市的經(jīng)濟和基礎設施之中，以實(shí)現減少碳排放的目標。整合的關(guān)鍵要素包括能源儲存、運輸和工業(yè)生產(chǎn)等環(huán)節。目前，法國已經(jīng)明確了“氫路線(xiàn)圖”。
推動(dòng)碳減排 鋼企響應忙
歐鋼聯(lián)對《歐洲綠色新政》做出了積極響應，并大力推動(dòng)“零碳煉鋼工藝”和“碳邊界”調整。歐盟鋼鐵行業(yè)已開(kāi)始著(zhù)手研究一系列低碳和碳中和的解決方案，并確定了碳減排的2條主要技術(shù)路線(xiàn)，也就是前兩期介紹的“智能碳使用”和“碳直接避免”技術(shù)路線(xiàn)。
歐洲主要鋼企也紛紛圍繞碳減排發(fā)表了立場(chǎng)、目標及路線(xiàn)圖。比如，SSAB（瑞典鋼鐵）建造了世界上第一個(gè)以氫直接還原鐵礦石為基礎的試點(diǎn)工廠(chǎng)，將于2020年下半年投產(chǎn)，近期又提前啟動(dòng)了中試線(xiàn)項目，目標是在全球率先實(shí)現無(wú)化石燃料冶煉；意大利Acciaieria Arvedi設定目標，期望成為世界上第一家實(shí)現碳中和的生產(chǎn)商；瑞典Ovako全生命周期碳排放比全球同行業(yè)低80%，其特色是通過(guò)夾雜物控制、提高產(chǎn)品疲勞強度來(lái)減少全生命周期的碳排放；德國Salzgitter（薩爾茨吉特）啟動(dòng)了DRI（直接還原鐵）可行性研究；印度塔塔鋼鐵在歐洲推動(dòng)最大綠色氫應用產(chǎn)業(yè)集群建設；安賽樂(lè )米塔爾確定了到2030年實(shí)現碳減排30%的目標。
為實(shí)現鋼鐵行業(yè)碳中和目標，歐盟組織了一系列研發(fā)基金項目。如今年初結題的“低碳未來(lái)”項目，在“碳直接避免”研究、碳捕獲和使用、碳減排與循環(huán)經(jīng)濟等諸多領(lǐng)域形成了大量的技術(shù)成果。剛剛啟動(dòng)的“綠色鋼鐵”項目，則是“低碳未來(lái)”項目的后續項目。
圍繞碳中和目標，在技術(shù)上臨近突破或已經(jīng)取得突破、有望實(shí)現工業(yè)級成熟應用的冶金創(chuàng )新型技術(shù)路線(xiàn)/項目有：SSAB的HYBRIT（突破性氫能煉鐵技術(shù)）、塔塔鋼鐵的Hlsarna技術(shù)（直接利用煤粉和粉礦的熔融還原技術(shù)）、蒂森克虜伯的Carbon2Chem碳捕捉技術(shù)、奧鋼聯(lián)的HYFOR氫基粉礦還原技術(shù)、安賽樂(lè )米塔爾的智能碳和直接還原鐵（DRI）技術(shù)、意大利Tenova（特諾恩）的HYL/ENERGIRON-ZR直接還原鐵技術(shù)、薩爾茨吉特的SALCOS??項目。正在運行的項目還包括：IGAR、PEM、STEPWISE、Steelanol、FReSMe、Everest和Carbon2Value等。這些項目有的已進(jìn)入技術(shù)成熟期，有的還有待進(jìn)一步研究。
能源是實(shí)現鋼鐵工業(yè)低碳目標的關(guān)鍵。歐盟鋼鐵工業(yè)向低碳冶煉過(guò)渡需要每年4000億千瓦時(shí)的碳中和化的電力。這幾乎是法國的全部電力需求，也是目前鋼鐵行業(yè)從電網(wǎng)購買(mǎi)量的7倍。這種電力必須是“綠色的”和“負擔得起的”。據了解，生產(chǎn)550萬(wàn)噸用于綠色鋼鐵新工藝的氫氣需要近250太瓦時(shí)的電力。因此，成本合理、資源充足的“綠色氫”成為實(shí)現氫冶煉的關(guān)鍵瓶頸之一。歐盟委員會(huì )于7月8日正式推出能源系統一體化戰略與氫能源戰略，旨在促進(jìn)氫能開(kāi)發(fā)，并將不同的能源生產(chǎn)載體、基礎設施和消費行業(yè)聯(lián)系起來(lái)，實(shí)現統一規劃和運營(yíng)。同時(shí)，歐盟委員會(huì )成立了歐洲清潔氫能聯(lián)盟，歐洲主要冶金企業(yè)均以各種形式參與了和“綠色氫”產(chǎn)業(yè)鏈的工藝對接。比如，薩爾茨吉特建設了風(fēng)電和氫氣電解工廠(chǎng)，蒂森克虜伯擴大了電解制氫產(chǎn)能，奧鋼聯(lián)全球最大的電解槽投入運行。
攜手破瓶頸 下游在行動(dòng)
產(chǎn)業(yè)鏈上下游的技術(shù)革命是相互影響和促進(jìn)的。歐洲鋼鐵行業(yè)推動(dòng)碳減排以來(lái)，鋼鐵下游各行業(yè)也發(fā)生了很大的變化。這進(jìn)一步對鋼鐵材料提出了新的更高要求。
比如，在工業(yè)和家用電器方面，歐盟委員會(huì )設立了Ecodesign（生態(tài)設計）標準，涵蓋了洗衣機和烘干機、洗碗機、電子顯示器、家用冰箱、電力變壓器等10類(lèi)產(chǎn)品。其中，電力變壓器的標準將于2021年7月份正式生效，由于該標準能耗要求非常高，將為取向硅鋼新產(chǎn)品研發(fā)和應用技術(shù)研究帶來(lái)新的機遇和挑戰。
歐洲汽車(chē)制造協(xié)會(huì )于2020年1月22日發(fā)布了《實(shí)施歐洲綠色新政的10個(gè)計劃》。這一計劃的發(fā)布，使得歐洲在美國、中國的新能源汽車(chē)市場(chǎng)呈現下降趨勢的背景下，以44%的增長(cháng)率成為2019年全球新能源汽車(chē)市場(chǎng)的引領(lǐng)者，并在2020年前幾個(gè)月繼續保持增長(cháng)勢頭。歐洲新能源汽車(chē)驅動(dòng)電機用無(wú)取向硅鋼，要求同步突破現有的磁性能和力學(xué)性能極限（而這兩個(gè)指標是相互沖突的），還需要突破快速固化的自黏接涂層技術(shù)。
在為下游行業(yè)提供碳中和材料解決方案方面，Ovako成為行業(yè)標桿。其“HybridSteel”系列產(chǎn)品，在500攝氏度的溫度下工作時(shí)，屈服強度和抗拉強度是傳統鋼材的2倍以上，延長(cháng)了產(chǎn)品使用壽命，且有助于用戶(hù)實(shí)現產(chǎn)品輕量化。
《中國冶金報》（2020年09月18日 02版二版）
