脫碳策略
截至目前，所有已知的歐洲鋼鐵脫碳策略可分為兩種，一是限制現(xiàn)有高爐工藝的排放，但目前仍有多重障礙使得高爐工藝脫碳無效；二是采用非高爐技術(shù)取代高爐工藝。不過，由于在實際部署上的障礙，即使是迄今宣布的、最成熟的非高爐項目也不超過新增產(chǎn)能的三分之一。
即使采用復(fù)雜而昂貴的 CCUS 技術(shù)，向高爐中噴吹氣體減少煤炭消耗，也不會顯著減少碳排放，見表1。由于高爐的排氣口數(shù)量眾多，基礎(chǔ)設(shè)施要求高，此類系統(tǒng)的成本高居不下。此外，廢氣中的二氧化碳濃度僅為 4%-5%，氣體去除效果不佳。因此，這種工業(yè)規(guī)模的系統(tǒng)尚未在歐洲鋼鐵生產(chǎn)中廣泛使用。
如果使用生物質(zhì)，則需要大量穩(wěn)定供應(yīng)生物質(zhì)和適當(dāng)?shù)幕A(chǔ)設(shè)施，而大多數(shù)歐洲生產(chǎn)商還沒有做好準(zhǔn)備。廢鋼在高爐-轉(zhuǎn)爐爐料中所占比例較高，但受限于所生產(chǎn)鋼材的質(zhì)量要求，以及市場上優(yōu)質(zhì)廢鋼的長期短缺。此外，歐洲許多高爐-轉(zhuǎn)爐的產(chǎn)能已接近其使用壽命，需要徹底改變技術(shù)。
非高爐碳避免戰(zhàn)略
影響歐洲綠色鋼鐵生產(chǎn)戰(zhàn)略的另一個原因與市場營銷有關(guān)。即使高爐升級改造使得排放顯著減少，鋼鐵生產(chǎn)商也無法宣稱其產(chǎn)品是 “綠色 ”的。近年來，公眾輿論強(qiáng)烈譴責(zé)高爐工藝對環(huán)境不友好，尤其是在歐洲地區(qū)。
正因如此，所有歐洲領(lǐng)先的制造商都在尋求避免碳排放的技術(shù)，重點關(guān)注直接還原鐵（DRI）、直接電解和冶煉工藝，見表2。這些技術(shù)不僅無需使用碳燃料和還原劑，而且一般也不需要 CCUS裝置。不過，這種方法通常需要使用氫氣和電力等清潔能源。
在歐洲流行的非高爐戰(zhàn)略歸結(jié)為三項關(guān)鍵技術(shù)，包括在煤基或氣基（氫氣）豎爐中生產(chǎn)海綿鐵，在熔融電解技術(shù)（AE和MoE），以及熔融還原技術(shù)（HPSR和Hisarna）。在這種情況下，MOE和HPSR技術(shù)不需要二次加工，因其可以直接生產(chǎn)鋼水。其他策略包括進(jìn)一步將鐵水轉(zhuǎn)化為鋼，通常是在電弧爐中。
歐洲高爐產(chǎn)能縮減
歐盟目前有65座正在運(yùn)行的高爐，總產(chǎn)能近1.23億噸/年。歐洲十大高爐生產(chǎn)商占?xì)W洲鐵總產(chǎn)量的83%，見圖1。此外，還有大約2000萬噸高爐產(chǎn)能被閑置或退役。
位于德國、比利時和法國的安賽樂米塔爾公司以及意大利鋼鐵公司（ADI）率先關(guān)停了部分高爐，安賽樂米塔爾和蒂森克虜伯公司也在德國和波蘭關(guān)停高爐，未進(jìn)入前十名的小型生產(chǎn)商也采取了行動。泛歐洲地區(qū)產(chǎn)能過剩和效率低下是高爐業(yè)務(wù)減少的主要原因。
歐洲D(zhuǎn)RI項目進(jìn)展
截至目前，歐盟已宣布的DRI總產(chǎn)能約為3300萬噸，占高爐產(chǎn)能的27%。安賽樂米塔爾、薩爾茨吉特和意大利鋼鐵公司的DRI項目合計占?xì)W盟未來無碳產(chǎn)量近50%。其中一些項目已經(jīng)開始運(yùn)行，但迄今為止僅處于中試階段。
安賽樂米塔爾位于德國漢堡的工廠采用Midrex 技術(shù)生產(chǎn)金屬鐵，年產(chǎn)量為50萬噸。目前，其生產(chǎn)以天然氣為基，在豎爐中將鐵礦石球團(tuán)還原成海綿鐵，未來的發(fā)展階段包括用氫氣取代天然氣。位于瑞典博登的 H2 Green Steel公司正在建設(shè)一個類似的Midrex工廠，年產(chǎn)量為210萬噸。此外，德國蒂森克虜伯公司也計劃在杜伊斯堡建造一座Midrex工廠，預(yù)計年產(chǎn)能為250萬噸。
作為試點項目，Hisarna技術(shù)已在荷蘭塔塔鋼鐵公司艾默伊登工廠投入使用。與Midrex不同的是，Hisarna采用冶煉技術(shù)生產(chǎn)鐵水，然后在轉(zhuǎn)爐中進(jìn)行精煉。因此，Hisarna不需要球團(tuán)或其他團(tuán)塊作為原料。然而，這種工藝碳效率相對較低。即使采用CCUS，由于煤炭是鐵的還原劑，因此其還原潛力估計只有80%。因此，基于Hisarna的項目不能被視為完全“綠色”項目。
在所有無碳煉鐵技術(shù)中，DRI似乎是唯一一種可以擴(kuò)大規(guī)模的技術(shù)。大多數(shù)項目都是從“折中”的NG-DRI 技術(shù)開始的，因為鋼鐵制造商能否獲得低排放的氫氣供應(yīng)仍是一個未來的問題。隨后，成熟的NG-DRI技術(shù)將使部分甚至完全轉(zhuǎn)向使用氫氣變得相對容易。
歐洲D(zhuǎn)RI應(yīng)用前景
與此同時，歐洲D(zhuǎn)RI產(chǎn)品的消費(fèi)量超過了其自身的產(chǎn)能。2023年，歐洲以熱壓塊鐵（HBI）的形式進(jìn)口約270萬噸DRI。在高壓和高溫下壓塊的HBI克服了與DRI處理和運(yùn)輸相關(guān)的問題。HBI的孔隙率較低，大大降低了DRI中固有的鐵反應(yīng)性，也使材料的尺寸更加緊湊。
盡管受到制裁，但俄羅斯仍是2023年歐洲HBI供應(yīng)的領(lǐng)頭羊，占總進(jìn)口量的44%。緊隨俄羅斯之后的是北美洲（23%）、南美洲（17%）和中東及北非地區(qū)（16%）。因本土產(chǎn)量仍然太小，但歐洲正在積極進(jìn)口HBI用于電爐煉鋼，通常與廢鋼一起進(jìn)口。在廢鋼電爐煉鋼過程中，添加HBI可提高鋼材質(zhì)量，同時減少碳排放。
DRI技術(shù)在前景廣闊、日趨成熟的同時，也遇到了一個重要障礙。使用鐵品位達(dá)到或超過67%的富礦生產(chǎn)DRI最有效。不過，這不僅僅是歐洲的問題。根據(jù)Agora Industry和伍珀塔爾研究所等智庫機(jī)構(gòu)的研究，在全球范圍內(nèi)，目前通過海運(yùn)的此類礦石所占比例不超過4%。
解決對策可能是在采礦地點進(jìn)口經(jīng)過加工的直接還原級鐵礦石球團(tuán)。世界上直接還原級球團(tuán)礦的主要生產(chǎn)商有淡水河谷公司、力拓公司和安賽樂米塔爾公司以及巴林鋼鐵公司。在歐洲，瑞典鐵礦商LKAB公司也是重要的直接還原級球團(tuán)礦生產(chǎn)商。不過，歐洲以外的許多制造商都尋求自用DRI產(chǎn)品，出口較少。
盡管如此，脫碳趨勢依舊勢不可擋。鋼鐵行業(yè)正在積極改造現(xiàn)有高爐，減少新建高爐。鋼鐵企業(yè)的重點是利用煤氣、氫氣和電解技術(shù)直接從鐵礦石或球團(tuán)礦中還原鐵。其中，NG-DRI 技術(shù)因其完全成熟而處于領(lǐng)先地位。
在不斷擴(kuò)大的電弧爐工藝中，使用HBI已成為慣例，在這種工藝中，HBI與廢鋼一起，甚至代替廢鋼，都是可取的。NG-DRI工藝已經(jīng)成熟，由此為未來使用低排放氫氣鋪平了道路，最終實現(xiàn)碳減排97%。
不過，在歐洲廣泛采用非高爐戰(zhàn)略的前景仍然渺茫。即使是迄今為止剛剛宣布的DRI中試項目，也只占實際高爐產(chǎn)能的三分之一。與此同時，歐洲主要將進(jìn)口HBI 作為DRI來源。來自俄羅斯、美國和中東及北非地區(qū)的供應(yīng)商獲得了巨大的利益，而歐洲的進(jìn)展仍然緩慢。
