綠色鋼鐵技術(shù)與實(shí)踐
鋼鐵工業(yè)是實(shí)現(xiàn)全球綠色低碳發(fā)展的重要領(lǐng)域。全球鋼鐵行業(yè)正在積極探索綠色發(fā)展的顛覆性、變革性技術(shù)，綠色鋼鐵正在從理念轉(zhuǎn)化為行動(dòng)、從愿景轉(zhuǎn)變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)。值鋼鐵行業(yè)脫碳行動(dòng)全面加速，綠色鋼鐵行動(dòng)迅速展開(kāi)之際，世界金屬導(dǎo)報(bào)特推出“綠色鋼鐵技術(shù)與實(shí)踐專(zhuān)題”，旨在厘清綠色鋼鐵定義、綠色市場(chǎng)的適用群體，探討全球鋼鐵工業(yè)實(shí)現(xiàn)氣候中和生產(chǎn)路徑的最佳實(shí)踐，分析國(guó)內(nèi)外氫冶金的研究和應(yīng)用現(xiàn)狀，闡述推進(jìn)鋼鐵綠色生產(chǎn)的標(biāo)準(zhǔn)化引領(lǐng)作用等。
鋼鐵行業(yè)如何確保綠色鋼材投入使用？答案就是大力發(fā)展綠色領(lǐng)先市場(chǎng)，從而在監(jiān)管措施的幫助下強(qiáng)化對(duì)氣候友好型鋼鐵的需求，或者創(chuàng)建一種新型銷(xiāo)售市場(chǎng)，在那里可以實(shí)現(xiàn)所謂的“綠色溢價(jià)”。
當(dāng)前全球鋼鐵行業(yè)正在朝著氣候中和的方向發(fā)展。通過(guò)對(duì)高排放工藝進(jìn)行改造，并在高效循環(huán)經(jīng)濟(jì)的幫助下，該行業(yè)能夠、希望并必須在本世紀(jì)中葉生產(chǎn)凈零排放的產(chǎn)品。盡管技術(shù)挑戰(zhàn)巨大，但卻是可以實(shí)現(xiàn)的。另一方面，還有一個(gè)問(wèn)題是：如何確保生產(chǎn)成本更高的綠色鋼材投入使用。因此，政府的支持，特別是目前正在討論的所謂“氣候保護(hù)條約”的支持，都是不可或缺的。不過(guò)，這只能作為創(chuàng)業(yè)資金。為了確保將公共資金降至最低，同時(shí)在長(zhǎng)期內(nèi)完全取代傳統(tǒng)工藝，還需要更多的政治工具來(lái)支持這一轉(zhuǎn)型。
綠色鋼材的綠色價(jià)值鏈
綠色價(jià)值鏈就是“綠色領(lǐng)先市場(chǎng)”發(fā)揮作用的地方，旨在通過(guò)監(jiān)管措施加強(qiáng)對(duì)氣候友好型鋼材的需求，或建立銷(xiāo)售市場(chǎng)，在那里可以實(shí)現(xiàn)“綠色溢價(jià)”。這反過(guò)來(lái)可以抵消向氣候友好型工藝轉(zhuǎn)型的額外成本。氣候保護(hù)條約中約定的國(guó)家賠償金也將會(huì)相應(yīng)減少。
公共采購(gòu)，以及在面臨巨大減排壓力的客戶(hù)群非常適合綠色鋼材的領(lǐng)先市場(chǎng)。在氣候中和材料完全確立之前，這些領(lǐng)先市場(chǎng)可以發(fā)揮過(guò)渡作用。無(wú)論是最低標(biāo)準(zhǔn)、溢價(jià)模式還是有針對(duì)性的信貸選項(xiàng)，都需要對(duì)用戶(hù)和買(mǎi)家有約束力的激勵(lì)措施。
綠色鋼材對(duì)用戶(hù)行業(yè)的影響很大，但與最終產(chǎn)品的相關(guān)成本影響很小。例如，電動(dòng)汽車(chē)使用氣候中和鋼材，與生產(chǎn)相關(guān)的二氧化碳總排放量就可以減少16%，這對(duì)終端消費(fèi)者而言，成本增加不到1%。因此，通過(guò)市場(chǎng)為綠色鋼材融資在經(jīng)濟(jì)上是勢(shì)在必行的?，F(xiàn)在必須為此創(chuàng)建適當(dāng)?shù)目蚣堋?/p>
綠色鋼材的明確定義和分類(lèi)是關(guān)鍵
環(huán)境友好型產(chǎn)品市場(chǎng)只有在明確定義的基礎(chǔ)上才能得以發(fā)展。至關(guān)重要的是，每個(gè)買(mǎi)家都必須清楚地認(rèn)識(shí)到，在成品鋼材制造過(guò)程中，排放了多少二氧化碳。如果存在這種透明度，這種信息可用于采購(gòu)戰(zhàn)略，以減少范圍3的排放，即供應(yīng)鏈的間接排放。因此，與排放強(qiáng)度高的產(chǎn)品相比，低碳產(chǎn)品更具有競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。重要的是，碳足跡包括整個(gè)價(jià)值鏈上的排放量，必須明確定義區(qū)域，并根據(jù)相同的規(guī)則計(jì)算排放量。不過(guò)，目前尚未形成統(tǒng)一規(guī)則手冊(cè)。
不過(guò)，對(duì)于綠色領(lǐng)先市場(chǎng)的控制和實(shí)施，單純考慮碳足跡并不足以加快鋼鐵生產(chǎn)的脫碳進(jìn)程。此外，必須考慮到該行業(yè)的逐步轉(zhuǎn)型過(guò)程：在獲得足夠數(shù)量的綠色氫氣之前，將無(wú)法獲得純綠色鋼材。最初，天然氣將在第一批還原工廠的運(yùn)行中發(fā)揮關(guān)鍵作用，隨著氫氣經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，氫氣的比例將越來(lái)越大，在早期，站點(diǎn)也將部分改造。在已經(jīng)以對(duì)氣候友好型方式生產(chǎn)的再生鋼領(lǐng)域，進(jìn)一步減少二氧化碳排放主要取決于綠色電力的供應(yīng)，綠色電力的使用也與額外的成本相關(guān)。對(duì)于進(jìn)一步的加工，氫氣和綠色電力同樣至關(guān)重要。
為了繪制氣候友好型鋼材生產(chǎn)隨時(shí)間推移的不同形式，需要采取合適的分類(lèi)系統(tǒng)，就像家用電器等其他領(lǐng)域一樣，以能源標(biāo)簽的形式使用。不過(guò)，這里的主要目標(biāo)是與領(lǐng)先市場(chǎng)概念的直接聯(lián)系：如果歸類(lèi)為有資格進(jìn)入領(lǐng)先市場(chǎng)類(lèi)別，采取實(shí)質(zhì)性變革措施的企業(yè)就可以得到獎(jiǎng)勵(lì)。
為此，德國(guó)鋼鐵聯(lián)盟提出了一個(gè)五級(jí)體系：為了確?？晒芾硇?，該體系不超出熱軋鋼的范圍。第一個(gè)雄心勃勃的級(jí)別是標(biāo)簽D，它以最先進(jìn)的技術(shù)為導(dǎo)向。標(biāo)簽A是為以近氣候中和方式生產(chǎn)的綠色鋼材所保留。中間級(jí)別是以技術(shù)開(kāi)放的方式定義的，其要求非常高，需要付出相當(dāng)大的努力才能達(dá)到下一個(gè)級(jí)別。
這樣的系統(tǒng)將成為指導(dǎo)領(lǐng)先市場(chǎng)實(shí)踐的良好基礎(chǔ)。例如，可以制定規(guī)范，從特定日期起堅(jiān)持在公共建筑產(chǎn)品中使用一定數(shù)量的C類(lèi)鋼材。隨著時(shí)間推移，隨著氫氣產(chǎn)量增加和能源轉(zhuǎn)型的推進(jìn)，對(duì)于即將實(shí)現(xiàn)的類(lèi)別，領(lǐng)先市場(chǎng)的要求將變得更加嚴(yán)格，從而為進(jìn)一步轉(zhuǎn)型提供激勵(lì)。標(biāo)簽系統(tǒng)還可以用來(lái)定義中期目標(biāo)，利用這些目標(biāo)可以相應(yīng)地跟蹤和控制轉(zhuǎn)型和提升的整個(gè)過(guò)程。
在設(shè)計(jì)系統(tǒng)時(shí)，重要的是確保廢鋼的使用也得到相應(yīng)考慮：這是因?yàn)槠淇捎眯栽谑澜绶秶鷥?nèi)是有限的，如果足量供應(yīng)，它將被全部使用。通過(guò)用廢鋼代替生鐵，鋼鐵生產(chǎn)商可以減少其碳足跡。不過(guò)，整個(gè)系統(tǒng)的二氧化碳排放依舊未受到影響，因此，只有采取真正的轉(zhuǎn)型步驟，同時(shí)促進(jìn)整個(gè)系統(tǒng)的二氧化碳排放減少，才能夠在標(biāo)簽系統(tǒng)中得到獎(jiǎng)勵(lì)。換句話(huà)說(shuō)，也必須為普鋼的轉(zhuǎn)化建立激勵(lì)機(jī)制。與此同時(shí)，必須確保100%使用廢鋼的制造商以氣候友好的方式生產(chǎn)時(shí)不會(huì)受到任何不利影響。
國(guó)際能源署（IEA）最近提出了實(shí)施這一目標(biāo)的建議，G7國(guó)家將其作為其工業(yè)脫碳議程（IDA）的一部分?，F(xiàn)有的任務(wù)是進(jìn)一步發(fā)展，目前全球擁有強(qiáng)大的工業(yè)價(jià)值鏈，其中鋼鐵將發(fā)揮決定性作用。
綠色鋼材開(kāi)發(fā)與應(yīng)用案例
目前，全球鋼鐵企業(yè)已經(jīng)與下游行業(yè)開(kāi)始了綠色鋼材的供需對(duì)接，這將為鋼鐵產(chǎn)業(yè)鏈減少碳足跡作出重要貢獻(xiàn)。
安賽樂(lè)米塔爾歐洲板材部已經(jīng)向汽車(chē)零部件供應(yīng)商海斯坦普交付了第一批可回收再生基材XCarb?。該產(chǎn)品是采用電弧爐煉鋼路線(xiàn)制造，在煉鋼過(guò)程中使用至少75%的廢鋼和100%的可再生電力。與不使用XCarb?可回收再生基材的同類(lèi)產(chǎn)品相比，XCarb?的碳足跡降低了近70%。兩家公司已成功使用這種鋼材制造出汽車(chē)零部件。
瑞典鋼鐵公司（SSAB）與德國(guó)汽車(chē)零部件生產(chǎn)商KIRCHOFF Automotive簽署綠色鋼材供應(yīng)協(xié)議，目標(biāo)是將KIRCHOFF Automotive車(chē)身生產(chǎn)過(guò)程中的二氧化碳排放量減少40%。此外，SSAB還與林業(yè)機(jī)械生產(chǎn)商龐賽公司（Ponsse）、挪威公共家具制造商Vestre、國(guó)際汽車(chē)零部件供應(yīng)商Meneta 集團(tuán)簽署了類(lèi)似協(xié)議。SSAB計(jì)劃于2026年開(kāi)始生產(chǎn)綠色鋼材。
瑞典H2 Green Steel公司與瑞典卡車(chē)、公共汽車(chē)、工業(yè)和船用發(fā)動(dòng)機(jī)制造商斯堪尼亞簽訂協(xié)議，未來(lái)將從其在建的博登工廠向斯堪尼亞供應(yīng)氣候中性鋼。此外，H2 Green Steel還與梅賽德斯-奔馳簽訂了具有約束力的協(xié)議，將向該汽車(chē)制造商的歐洲工廠供應(yīng)5萬(wàn)噸綠色鋼材。H2 Green Steel公司博登工廠使用綠色氫氣或碳中和電力生產(chǎn)鋼鐵，預(yù)計(jì)將于2025年投產(chǎn)。
德國(guó)蒂森克虜伯子品牌bluemint?鋼已推出第一批低碳強(qiáng)度鋼，買(mǎi)家為德國(guó)知名衛(wèi)浴品牌卡德維。bluemint?鋼的生產(chǎn)過(guò)程中首次運(yùn)用新型技術(shù)，傳統(tǒng)的高爐煉鋼被氫氣煉鋼替代，碳排放量減少70%。使用氫氣煉鋼是蒂森克虜伯全面轉(zhuǎn)型的重要環(huán)節(jié)，生產(chǎn)子品牌bluemint?低碳鋼是該環(huán)節(jié)的一部分。全面使用氫還原技術(shù)的大型工廠將于2025年投產(chǎn)。蒂森克虜伯還將向鋼珠滑軌生產(chǎn)商雅固拉提供低二氧化碳排放的bluemint?鋼，以用于生產(chǎn)卡車(chē)車(chē)輪。
德國(guó)薩爾茨吉特與Klockner&Co就向綠色鋼鐵行業(yè)過(guò)渡進(jìn)行合作。從2025年底起，薩爾茨吉特將向Klockner&Co.的子公司Becker鋼材服務(wù)中心交付通過(guò)SALCOS路線(xiàn)生產(chǎn)的二氧化碳減排鋼材。薩爾茨吉特的二氧化碳減排鋼材將以Nexigen品牌提供。此外，薩爾茨吉特還與博西家用電器集團(tuán)（BSH）簽署了低碳鋼材供應(yīng)意向書(shū)。
寶鋼與北京奔馳正式簽署《打造低碳綠色鋼鐵供應(yīng)鏈合作備忘錄》，致力于在整車(chē)制造過(guò)程中使用更加綠色的原材料，共同打造低碳綠色汽車(chē)鋼鐵供應(yīng)鏈。由此，寶鋼股份成為可向車(chē)企提供具有明確減碳值產(chǎn)品的中國(guó)鋼企。
河鋼集團(tuán)唐鋼公司為寶馬集團(tuán)獨(dú)家供應(yīng)超低碳鋼CR3，產(chǎn)品表面質(zhì)量、尺寸精度、沖壓性能完全符合客戶(hù)要求，用于新車(chē)型關(guān)鍵零部件制造。此舉是落實(shí)河鋼與寶馬簽署的《打造綠色低碳鋼鐵供應(yīng)鏈合作備忘錄》，雙方將圍繞可持續(xù)發(fā)展全面長(zhǎng)期合作，共同打造綠色低碳鋼鐵供應(yīng)鏈。
日本JFE鋼鐵公司將于2023年上半年開(kāi)始供應(yīng)綠色鋼鐵產(chǎn)品JGreeXTM，預(yù)計(jì)第一年供應(yīng)能力將達(dá)到20萬(wàn)噸。與傳統(tǒng)產(chǎn)品相比，該產(chǎn)品可大幅減少鋼鐵生產(chǎn)過(guò)程中的二氧化碳排放。“JGreeXTM”是通過(guò)應(yīng)用“質(zhì)量平衡方式”，將JFE的二氧化碳減排技術(shù)創(chuàng)造出的削減量分配給特定鋼材，從而大幅削減鋼鐵制造過(guò)程中的碳排放量的鋼鐵產(chǎn)品。常石造船已與JFE鋼鐵達(dá)成協(xié)議，將在造船業(yè)首次采用“JGreeXTM”。JFE鋼鐵計(jì)劃于2023年9月開(kāi)始供貨。
神戶(hù)制鋼在日本首次實(shí)現(xiàn)低二氧化碳排放高爐鋼“Kobenable鋼”的商業(yè)化生產(chǎn)，并投入應(yīng)用，目前已經(jīng)在世界上率先應(yīng)用于造船行業(yè)，計(jì)劃采用的鋼材種類(lèi)為“Kobenable Premier”，用于今治造船公司一艘18萬(wàn)噸級(jí)散貨船的建造?！癒obenable鋼”采用了神戶(hù)制鋼獨(dú)特的高爐二氧化碳減排方案。主要利用MIDREX技術(shù)，將大量熱壓塊鐵裝入高爐，煉鐵過(guò)程的二氧化碳排放可減少20%-40%。此外，日產(chǎn)公司也從2023年1月起在其車(chē)型中使用Kobenable鋼。
