绿铸新机！绿色钢铁助力美国实现零碳工业
发布日期：2024/3/29
美国Energy News Network发表文章，题目是：Green steel could help the U.S reach zero-carbon industry（绿色钢铁可以帮助美国实现零碳工业）。
亿万富翁比尔·盖茨在从航运到可口可乐的所有领域都进行了高调的投资。那么，为什么他现在要投资低碳钢铁呢？它不像隔夜包裹和软饮料那样华而不实，但从建筑到桥梁以及我们基础设施的许多其他部分，钢铁是世界的基础，也是气候危机中最紧迫的问题之一。目前，钢铁生产方式产生的二氧化碳排放量约占世界的8%，其气候影响有增无减。
事实上，不仅预计2023年和2024年钢铁需求将增加，而且到2030年，整个行业有望成为美国最大的单一温室气体排放源。这意味着实现我们零排放目标的唯一途径是改造工业，以可持续的方式生产钢铁——绿色钢。去年秋天，美国落基山研究所（RMI）召集了包括微软在内的一批公司，成立了可持续钢铁买家平台，该平台共同启动了采购流程，以采购200万吨近零排放的钢铁。
问题在于钢铁的生产。传统上，钢铁是通过在高炉中加热化石燃料以从矿石中生产生铁来制造的，然后在碱性氧气炉（最常见的）、电弧炉（EAF）或感应炉中进一步纯化以生产实际的钢铁。电弧炉和感应炉都是用电运行的，可以由可再生能源提供动力。高炉约占钢铁行业总排放量的一半。由于纯氧与铁中的杂质反应，碱性氧气炉也会产生大量的二氧化碳。电弧炉通常用于用废金属炼钢，虽然再生钢因其能源和排放密集度较低而具有吸引力，但其能满足的需求量是有上限的。虽然废钢目前约占炼钢所用金属铁的30%，但约85%的废钢已经被回收，限制了增长空间。因此，可持续炼钢的途径不仅在于回收，还在于寻找高炉和碱性氧气炉的替代品。
在全球范围内，7%的铁是在没有高炉的情况下生产的，而是使用DRI（直接还原铁）炉。这些熔炉通常燃烧煤炭或天然气，将金属铁从矿石中分离出来，因此经常用于天然气丰富且具有成本效益的地区，如印度和伊朗。DRI工艺提供了一个通过绿色炼钢减少排放的绝佳机会，因为天然气或煤炭可以完全被绿色氢气取代。当与零碳加热和利用可再生能源发电的电弧炉相结合时，氢基DRI（或H2-DRI）创造了一条生产零碳钢的途径。虽然一些氢气可以用于传统高炉，但这些氢气只允许约5-10%的替代，最多可减少约20%的排放。德国钢铁制造商Salzgitter预测，在对一家完全使用绿色氢气的工厂进行改造后，每年的二氧化碳排放量将下降95%。
绿色钢铁生产并非天方夜谭——第一批H2-DRI商业项目HYBRIT和H2绿色钢铁已经在瑞典建造和试点，该技术构成了计划到2030年在欧盟各地完成的近50个低碳钢铁项目中的许多项目的基础。欧盟努力创造一个H2-DRI可以与更传统的方法竞争的环境，于2023年2月发布了一项绿色协议产业计划，并于4月建立了碳边界调整机制（CBAM），对碳密集型进口产品征收关税，旨在为更环保的钢铁生产创造公平的竞争环境。
另外两种有前景的替代品可以通过电解获得绿色钢铁生产所需的纯铁，在电解中，电流将化合物分解为元素，水电解使用电极在水溶液中分离金属铁颗粒。尽管还处于早期阶段，但与直接还原铁方法相比，铁源不需要那么纯，而且它可以在低至60°C的温度下运行。总部位于科罗拉多州博尔德市的一家由盖茨资助的初创公司Electra正在开发这一工艺，该工艺可以为Nucor等大型钢铁制造商生产上游铁，并将其送入电弧炉。
第二种方法，熔融氧化物电解（MOE），在电化学电池中液化铁矿石。然而，熔融金属必须保持在高温下，需要一致的上游可再生能源才能可行且零碳。总部位于马萨诸塞州的初创公司波士顿金属公司正在寻求无二氧化碳技术，从比尔·盖茨的突破能源风险投资公司和主要钢铁生产商安赛乐米塔尔等来源筹集了超过3.5亿美元。该公司计算出，只要能以每兆瓦时30美元的价格获得绿色电力，并且发电厂的年产量能超过100万吨，MOE就可以与更传统的方法竞争。
所有这些绿色炼钢方法都有上游可再生电力的必要性，以实现真正的无碳。这并不是炼钢产业的独特问题：为了让各国实现净零排放目标，工业、交通、建筑等所有部门都需要可再生能源。总而言之，如何可持续地生产钢铁是解决气候危机必须同时应对的众多挑战之一。只有通过对新技术、支持性政策和基础设施的投资，我们才能实现有利于零碳工业实践的局面。欧盟建立了一个碳边界调整机制，对碳密集型进口产品征收关税，为更具创新性的钢铁生产方法创造了公平的竞争环境。美国政府的《购买清洁加州法案》和《通胀削减法案》等计划有助于推动激励和需求，但公共和私营部门都必须对可持续钢铁真正表现出强烈的兴趣，才能全面改造这个行业。
来源：国际能源小数据
