2024/10/08 哪些技術將實現鋼鐵業的清潔化？

哪些技術將實現鋼鐵業的清潔化？

發表日期：2024-4-25
作者：Anadolu；翻譯：吳名翊
引用來源：https://www.weforum.org/agenda/2024/04/technologies-cleaner-steel-industry/
『參考要點』：鋼鐵業是全球二氧化碳排放的主要貢獻者，約占全球二氧化碳排放總量的11%，解決這個問題對於實現氣候目標至關重要，而先行者聯盟透過近零鋼鐵挑戰等措施促進創新，並在2030年之前創造對脫碳鋼鐵產品的市場需求
 
如果世界要實現氣候目標，鋼鐵業脫碳是一個需要被克服的關鍵挑戰。鋼鐵生產約占全球二氧化碳（CO₂）排放量的11%，使其成為污染最嚴重的行業之一，也是先行者聯盟重點關注的重排放行業。
該聯盟的使命是透過展示產品的脫碳力以推動投資，並加速擴大生產產品所需的突破性技術。但如何才能讓這些創新技術浮現並擴大規模呢？先行者聯盟的「近零鋼鐵挑戰」是世界經濟論壇與Greenhouse人才媒合公司最近達成的一項全球倡議，並得到了合作夥伴波士頓諮詢集團、德勤、鋼鐵業國際企業社會責任認證公司ResponsibleSteel及RMI智庫公司的支持。該全球倡儀主要目的是確定在2030年之前，找出產品符合先行者聯盟近零排放閾值的鋼鐵公司，尋求購買脫碳鋼鐵的買家，以及能夠提供脫碳鋼鐵生成的技術提供公司。
 
共計70份挑戰脫碳鋼鐵技術資料中，展示鋼鐵生產商生產近零排放鋼鐵所需的解決方案。專家評估小組根據相關性、可行性、可擴展性、技術準備程度與影響力，選出了17名頂尖創新者，每個技術類別都有一個排名最高的計畫。
 
清潔氫氣
氫氣是鋼鐵與其他難以實現近零排放生產產業的關鍵因素，對該產品的需求正在飆升，並可透過多種方式生產，例如：天然氣、核電、生物質，以及太陽能及風能等再生能源。儘管使用氫氣作為能源時不會排放溫室氣體，但氫氣生產方式，分為「更清潔」的燃料及接近零排放的燃料。
各種顏色描述了不同類型的氫：綠色氫通常是透過使用再生能源的配對電解產生的，而灰氫與藍氫通常是透過蒸汽甲烷重組或煤氣化產生。藍氫的製造方法與灰氫類似，而製造過程中的碳排放，最終也被捕捉為碳。
Molten Industries是一家總部位於加州的公司，是鋼鐵挑戰賽中排名最高的綠色氫基提交資料。專注於利用甲烷熱解為淨零鋼生產碳中和的氫氣，在該過程中，將熱能應用於甲烷，打破碳和氫之間的化學鏈，由此產生石墨，是一種可用於鋰離子電池或電弧爐電極且不排放二氧化碳及氫氣的固態碳產品。
 
直接還原
使用氫氣的煉鋼技術通常是直接還原鐵礦石，稱為氫基煉鋼。在傳統的高爐－鹼性氧氣轉爐中，使用焦炭（煤基）等碳基燃料還原鐵礦石，將爐加熱至攝氏1,600度。然而，在直接還原中，氫氣也可以充當還原劑：它與鐵礦石反應去除氧氣，生成金屬鐵，氫基煉鋼製程可在低於鐵熔點1,200攝氏度的溫度下運作。
得分最高的直接還原計畫來自法國GravitHy公司，其解決方案完全由低碳氫提供動力。 GravitHy公司採用整合的氫基煉鋼工藝，可以生產熱壓塊鐵，這是一種用於煉鋼的優質直接還原鐵。這種熱壓塊鐵可以儲存與長距離運輸，用於電弧爐、熔爐或高爐生產脫碳鋼。
低碳氫商業化的一個重要限制是與其生產過程相關的平準化成本。這意味著目前有一些生產氫基鋼的實驗計畫，例如：瑞典的HYBRIT計畫（國營企業SSAB鋼鐵公司、Vattenfall能源公司及LKAB礦產公司之間的合作計畫）和H2 Green Steel計畫（預計於2025年開始生產）。
擴大綠氫的供應將涉及透過創新和表面技術來更有效地儲存氫，從而降低與電極技術相關的成本。

 
電解
Electrolysis
電解是電流通過電解質（含有離子的溶液）以驅動非自發化學反應。在許多應用中，這意味著將水分解成氫氣和氧氣。電解技術可有效生產鐵、鋁、綠氫和許多其他材料。
Electrolysis is when an electric current is passed through an electrolyte (a solution containing ions) to drive a non-spontaneous chemical reaction. In many applications, this means splitting water into hydrogen and oxygen. Electrolysis technologies efficiently produce iron, aluminium, green hydrogen and many other materials.
波士頓金屬公司的熔融氧化物電解是一種高分電解解決方案，僅使用電力即可從低品位鐵礦石中產生高純度鐵水。它消除了鋼鐵生產引起的範圍一排放，減少了最終客戶的範圍三排放，並且可應用於任何鐵礦石品位。
Boston Metal’s Molten Oxide Electrolysis was a high-scoring electrolysis solution that creates high-purity molten iron from low-grade iron ore using only electricity. It eliminates scope one emissions attributed to steel production, reduces end customers’ scope three emissions and can be applied to any iron ore grade.
西安隆基氫能科技公司也提交了高分電解槽技術申報，重點展示其新型鹼性電解槽不斷降低能耗，並提高綠色氫氣成本效率。
Xi’an LONGI Hydrogen Energy Technology Company also provided a high-scoring electrolyzer technology submission focusing on its new alkaline electrolyzer that continuously lowers energy consumption and improves the cost-efficiency of green hydrogen production.
儘管電解的廣泛採用仍面臨成本、效率和基礎設施發展的挑戰，但越來越多的綠氫計畫意味著電解技術可能會繼續普及。
Although the widespread adoption of electrolysis still faces challenges related to cost, efficiency and infrastructure development, the increasing number of green hydrogen projects means electrolysis technology is likely to continue growing in popularity.
 
熔爐技術
Furnace technology
突破性熔爐技術主要是在創新與熔爐建造、設計和操作相關的各種系統、技術和方法。已經存在一些可以促進鋼鐵業脫碳的可行技術，例如電弧爐，它已經在許多國家取代傳統的碳密集型高爐-氧氣轉爐。
Breakthrough furnace technologies seek to innovate the various systems, technologies and methods connected to the construction, design and operation of furnaces. Several feasible technologies already exist that could advance the decarbonization of the steel industry, such as electric arc furnaces, which are already replacing traditional, carbon-intensive blast furnace-basic oxygen furnaces in many countries.
芬蘭公司Coolbrook提供了排名最高的熔爐技術。他們的 RotoDynamic 技術旨在產生高達 1,700 攝氏度的高溫製程熱量。它由電氣化提供動力，無需燃燒化石燃料來產生高溫。它每年有可能減少 600 兆噸與鋼鐵相關的全球二氧化碳排放量。
Finnish company Coolbrook provided the highest-ranked furnace technology. Their RotoDynamic Technology is designed to generate high-temperature process heat up to 1,700 degrees Celsius. It is powered by electrification, removing the need to burn fossil fuels to create high temperatures. It can potentially remove 600 megatonnes of iron and steel-related global CO2 emissions annually.
 
碳捕捉、利用和封存
Carbon capture, utilization and storage
雖然創新、突破性技術可以大幅減少鋼鐵生產排放，但碳捕捉、利用和封存（CCUS）技術可以捕捉殘留排放與傳統高爐製程的排放，特別是在深度脫碳解決方案因成本高而無法大規模使用的情況下，CCUS也是水泥和鋁生產等其他產業的關鍵脫碳。
While innovative, breakthrough technologies may drastically cut steel production emissions, carbon capture, utilization and storage (CCUS) technology allows residual emissions and emissions from traditional blast furnace processes to be captured, particularly while deeply decarbonizing solutions remain unavailable at scale due to high-cost premiums. CCUS is also a key decarbonization lever in other sectors, such as cement and aluminium production.
澳洲KC8公司的「UNO MK3溶劑」解決方案在碳捕捉、利用和封存挑戰賽中獲得最高分。這種碳捕捉解決方案可針對大規模排放源進行改造，常比碳捕捉具有更低的資本支出與運營成本，並且可以集中再生單元進行廣域處理，例如鋼廠應用。
Australian company KC8’s “UNO MK3” solution received the highest score in carbon capture, utilization and storage challenge entries. This carbon capture solution is retrofittable to large-scale emissions sources, typically has lower CAPEX and OPEX costs than amine-based carbon capture and can centralize the regeneration unit for wide-area processing such as steel mill applications.
擴展技術
Scaling the technologies
沒有一種解決方案是解決鋼鐵脫碳問題的靈丹妙藥。向先驅聯盟鋼鐵賦能技術挑戰賽提交的70種解決方案展示了為減少鋼鐵碳足跡而開發的大量創新技術。
No one solution is a silver bullet to solve the steel decarbonization question. The variety of the 70 solutions submitted to the First Movers Coalition steel enabling technologies challenge demonstrates the plethora of innovative technologies being developed to reduce steel’s carbon footprint.
為了以實現2050年淨零目標所需的速度推進該行業的脫碳，需要增加對這些技術的投資，以擴大其規模，降低其成本，並在全球鋼鐵廠中實施。責任由整個價值鏈共同承擔：鋼鐵生產商需要使用這些技術，最終用戶支付綠色溢價，而綠色鋼鐵仍然比傳統生產的鋼鐵更昂貴。
To advance decarbonization of the sector at the pace required to meet 2050 net-zero goals, increased investment in these technologies is needed to scale them, reduce their cost and implement them in steel plants worldwide. The responsibility is shared across the value chain: steel producers are required to use these technologies and end users pay a green premium while green steel remains more expensive than traditionally-produced steel.
最佳鋼鐵挑戰賽參賽作品也將被添加到先行者聯盟的近零排放最終產品與價值鏈供應商資料庫中，該資料庫主要是促進重排放行業的需求和供應參與者之間的聯繫。
The best steel challenge entries are also due to be added to the First Movers Coalition’s First Suppliers Hub database of near-zero emissions final product and value chain suppliers, which aims to foster connections between demand and supply players across the heavy-emitting sectors.