劉獻東
前兩期（詳見《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)）為實現(xiàn)溫室氣體減排承諾而推進的2條主要技術(shù)路線（“智能碳使用”“碳直接避免”）的重點項目，本期探索歐盟“碳中和大陸”背景下，鋼鐵行業(yè)開啟冶金技術(shù)革命的實踐和成效。
圍繞碳中和 歐盟動作頻
近段時間以來，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“碳中和大陸”的愿景。
2019年12月11日，歐盟委員會發(fā)布了《歐洲綠色新政》，力爭到2050年使歐洲成為第一個“碳中和大陸”。緊接著，歐盟委員會于2020年3月5日發(fā)布了《氣候法草案》，以落實《歐洲綠色新政》。
目前，歐盟委員會已經(jīng)開始設計碳邊境稅，計劃于2021年~2022年左右實施，將對歐盟進口的碳密集型商品征收碳邊境稅。屆時，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、印度和幾個東南亞國家都可能面臨國內(nèi)產(chǎn)品成本上漲的風險，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(qū)可能會在5年內(nèi)開始在境內(nèi)征收碳排放稅。
同時，歐盟委員會將設立“公正轉(zhuǎn)型基金”，旨在籌集500億歐元基金，用于幫助煉油廠和鋼鐵廠等重工業(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)實現(xiàn)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，實際上是一場技術(shù)革命。
事實上，歐盟委員會把“碳中和”概念作為“后疫情復蘇計劃”的切入點，將成立歐盟復蘇基金，旨在降低歐洲各行業(yè)的能耗。比如，歐盟委員會計劃通過一項200億歐元的資助和貸款擔保計劃，以推動新能源汽車的發(fā)展。汽車制造商將承諾到2028年結(jié)束柴油和汽油汽車的銷售。歐盟還將在2025年前建立200萬個電動和氫動力汽車充電站。
7月3日，歐盟委員會創(chuàng)新基金發(fā)起首次提案征集。第一個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(guī)避商業(yè)化和工業(yè)級示范項目階段的風險。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)，資金來自歐盟排放交易體系排放配額的拍賣收入。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中撥款約100億歐元。
“氫城市”也迅速成為一個重要的概念，它將氫整合性地融入城市的經(jīng)濟和基礎(chǔ)設施之中，以實現(xiàn)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(jié)。目前，法國已經(jīng)明確了“氫路線圖”。
推動碳減排 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“零碳煉鋼工藝”和“碳邊界”調(diào)整。歐盟鋼鐵行業(yè)已開始著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，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。
歐洲主要鋼企也紛紛圍繞碳減排發(fā)表了立場、目標及路線圖。比如，SSAB（瑞典鋼鐵）建造了世界上第一個以氫直接還原鐵礦石為基礎(chǔ)的試點工廠，將于2020年下半年投產(chǎn)，近期又提前啟動了中試線項目，目標是在全球率先實現(xiàn)無化石燃料冶煉；意大利Acciaieria Arvedi設定目標，期望成為世界上第一家實現(xiàn)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%，其特色是通過夾雜物控制、提高產(chǎn)品疲勞強度來減少全生命周期的碳排放；德國Salzgitter（薩爾茨吉特）啟動了DRI（直接還原鐵）可行性研究；印度塔塔鋼鐵在歐洲推動最大綠色氫應用產(chǎn)業(yè)集群建設；安賽樂米塔爾確定了到2030年實現(xiàn)碳減排30%的目標。
為實現(xiàn)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(jié)題的“低碳未來”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。剛剛啟動的“綠色鋼鐵”項目，則是“低碳未來”項目的后續(xù)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、有望實現(xiàn)工業(yè)級成熟應用的冶金創(chuàng)新型技術(shù)路線/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。這些項目有的已進入技術(shù)成熟期，有的還有待進一步研究。
能源是實現(xiàn)鋼鐵工業(yè)低碳目標的關(guān)鍵。歐盟鋼鐵工業(yè)向低碳冶煉過渡需要每年4000億千瓦時的碳中和化的電力。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)購買量的7倍。這種電力必須是“綠色的”和“負擔得起的”。據(jù)了解，生產(chǎn)550萬噸用于綠色鋼鐵新工藝的氫氣需要近250太瓦時的電力。因此，成本合理、資源充足的“綠色氫”成為實現(xiàn)氫冶煉的關(guān)鍵瓶頸之一。歐盟委員會于7月8日正式推出能源系統(tǒng)一體化戰(zhàn)略與氫能源戰(zhàn)略，旨在促進氫能開發(fā)，并將不同的能源生產(chǎn)載體、基礎(chǔ)設施和消費行業(yè)聯(lián)系起來，實現(xiàn)統(tǒng)一規(guī)劃和運營。同時，歐盟委員會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電和氫氣電解工廠，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
產(chǎn)業(yè)鏈上下游的技術(shù)革命是相互影響和促進的。歐洲鋼鐵行業(yè)推動碳減排以來，鋼鐵下游各行業(yè)也發(fā)生了很大的變化。這進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)研究帶來新的機遇和挑戰(zhàn)。
歐洲汽車制造協(xié)會于2020年1月22日發(fā)布了《實施歐洲綠色新政的10個計劃》。這一計劃的發(fā)布，使得歐洲在美國、中國的新能源汽車市場呈現(xiàn)下降趨勢的背景下，以44%的增長率成為2019年全球新能源汽車市場的引領(lǐng)者，并在2020年前幾個月繼續(xù)保持增長勢頭。歐洲新能源汽車驅(qū)動電機用無取向硅鋼，要求同步突破現(xiàn)有的磁性能和力學性能極限（而這兩個指標是相互沖突的），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，屈服強度和抗拉強度是傳統(tǒng)鋼材的2倍以上，延長了產(chǎn)品使用壽命，且有助于用戶實現(xiàn)產(chǎn)品輕量化。
《中國冶金報》（2020年09月18日 02版二版）
