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鋼鐵行業(yè)碳減排路徑：脫碳化是研究重點(diǎn)
鋼鐵超低排放改造正如火如荼開(kāi)展，近300家鋼鐵企業(yè)和6.2億噸粗鋼產(chǎn)能正在實(shí)施最為嚴(yán)苛的污染物排放標(biāo)準(zhǔn)的環(huán)保改造。接下來(lái)，還將迎接一個(gè)新目標(biāo)：2030年“碳達(dá)峰”和2060年“碳中和”。
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“鋼鐵行業(yè)是制造業(yè)31個(gè)門(mén)類(lèi)中碳排放量最大行業(yè)，約占總排放量的15%，壓力巨大。大家必須積極謀劃、盡早行動(dòng)。”3月20日，在北京舉辦的2021（第十二屆）中國(guó)鋼鐵發(fā)展論壇上，中國(guó)工程院工程管理學(xué)部主任、中國(guó)工程院院士胡文瑞呼吁。
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01
《鋼鐵行業(yè)碳達(dá)峰及降碳行動(dòng)方案》正在編制
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作為國(guó)內(nèi)產(chǎn)量排位第一的鋼鐵企業(yè)，中國(guó)寶武集團(tuán)已經(jīng)率先發(fā)布了自己的碳達(dá)峰計(jì)劃：2023年力爭(zhēng)實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰，2035年力爭(zhēng)減碳30%，2050年力爭(zhēng)實(shí)現(xiàn)碳中和。隨后，河鋼也發(fā)布了碳達(dá)峰計(jì)劃。
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據(jù)記者了解，《鋼鐵行業(yè)碳達(dá)峰及降碳行動(dòng)方案》目前還在編制中，行業(yè)碳達(dá)峰目標(biāo)初步定為：2025年前，鋼鐵行業(yè)實(shí)現(xiàn)碳排放達(dá)峰；到2030年，鋼鐵行業(yè)碳排放量較峰值降低30%，預(yù)計(jì)將實(shí)現(xiàn)碳減排量4.2億噸。
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冶金工業(yè)規(guī)劃研究院黨委書(shū)記、總工程師，俄羅斯自然科學(xué)院外籍院士李新創(chuàng)表示，鋼鐵行業(yè)實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰、碳減排對(duì)應(yīng)國(guó)家層面4個(gè)節(jié)點(diǎn)（2025年：深化重點(diǎn)領(lǐng)域低碳行動(dòng)；2030年前：碳排放達(dá)峰；2035年：穩(wěn)中有降；2060年前：碳中和）也可分為四個(gè)階段，分別是階段1：碳排放達(dá)峰；階段2:穩(wěn)步下降；階段3:較大幅度下降；階段4:深度脫碳。
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他認(rèn)為，應(yīng)從六個(gè)方面支撐鋼鐵行業(yè)碳達(dá)峰、碳減排，一是推動(dòng)綠色布局，二是節(jié)能及能效提升，三是優(yōu)化用能及流程結(jié)構(gòu)，四是構(gòu)建循環(huán)經(jīng)濟(jì)產(chǎn)業(yè)鏈，五是應(yīng)用突破性低碳技術(shù)，六是制度建設(shè)和政策體系保障。
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02
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走高質(zhì)量、減量化道路首先不應(yīng)該提高產(chǎn)量
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2020年，我國(guó)鐵礦石進(jìn)口量創(chuàng)歷史新高，與此同時(shí)，全年粗鋼產(chǎn)量及鋼材消費(fèi)也雙雙創(chuàng)出歷史新高。據(jù)冶金工業(yè)規(guī)劃研究院預(yù)測(cè)，2021年，我國(guó)鋼材需求總量還將會(huì)有1%的小幅增長(zhǎng)。
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在原冶金工業(yè)部副部長(zhǎng)、中國(guó)工程院院士殷瑞鈺看來(lái)，中國(guó)鋼鐵工業(yè)應(yīng)該走高質(zhì)量、減量化的發(fā)展道路，首先不應(yīng)該提高產(chǎn)量，不能大量出口低附加值鋼材。
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“產(chǎn)量減少就意味著碳達(dá)峰的實(shí)現(xiàn)。”殷瑞鈺表示，2005年起，我國(guó)成為鋼鐵產(chǎn)品凈出口國(guó)，隨后幾年一躍成為世界最大鋼材出口國(guó)。低附加值鋼材的出口一方面抬高了鐵礦石價(jià)格，另一方面把國(guó)際鋼價(jià)壓了下去，得不償失。
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他提供了一組數(shù)據(jù)，以2016年中國(guó)凈出口9496萬(wàn)噸鋼材（折合粗鋼9868萬(wàn)噸）帶來(lái)的資源、能源、環(huán)境負(fù)荷來(lái)看，需要進(jìn)口1.58億噸鐵礦石，運(yùn)輸需要263萬(wàn)個(gè)車(chē)皮；消耗3.21億噸新水，排放二氧化碳1.72億噸，二氧化硫7.35萬(wàn)噸，煙粉塵約7.02萬(wàn)噸。
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03
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什么是脫碳化？脫碳化意味著什么？
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“鋼鐵企業(yè)要走節(jié)能、減排、脫碳等綠色發(fā)展道路，當(dāng)前要高度重視脫碳化。”殷瑞鈺表示，脫碳化意味著要從如下幾個(gè)方面著力：一是資源脫碳化，特別是合理使用廢鋼；二是能源脫碳化，少用或不用化石能源，轉(zhuǎn)而用電，特別是充分利用電網(wǎng)棄電；三是生產(chǎn)制造流程脫碳化，首先從建筑用長(zhǎng)材的生產(chǎn)流程變革做起，合理布局城市周邊鋼廠；四是進(jìn)出口貿(mào)易脫碳化，以稅收、配額等措施限制高碳負(fù)荷產(chǎn)品的出口總量。五是政策法規(guī)脫碳：分階段開(kāi)征碳稅、分行業(yè)實(shí)施碳交易，出臺(tái)脫碳化負(fù)面清單，醞釀脫碳化立法；六是通過(guò)供給側(cè)結(jié)構(gòu)性改革，推動(dòng)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)化優(yōu)化，降低高耗能制造業(yè)、能源行業(yè)、交通運(yùn)輸業(yè)的碳排放。同時(shí)，加強(qiáng)提高碳匯能力。
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“中國(guó)鋼鐵工業(yè)的流程結(jié)構(gòu)應(yīng)該在減量化的發(fā)展進(jìn)程中作出調(diào)整，以全廢鋼電爐流程生產(chǎn)建筑用長(zhǎng)材來(lái)替代以中、小高爐、轉(zhuǎn)爐生產(chǎn)螺紋鋼、線材等大宗產(chǎn)品，亦即以適當(dāng)?shù)牟季职l(fā)展城市鋼廠、利用城市礦山。”殷瑞鈺認(rèn)為，中國(guó)未來(lái)鋼廠將分成兩類(lèi)布局，一類(lèi)是以高爐、轉(zhuǎn)爐廠流程和生產(chǎn)板材為主的大型聯(lián)合企業(yè)，主要布置在沿海深水港地區(qū)；一類(lèi)是以生產(chǎn)建筑用長(zhǎng)材為主的全廢鋼電爐短流程鋼廠，主要是布置在城市周邊，以消納廢鋼、棄電城市中水等社會(huì)廢棄物，與城市和諧相處。
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此外，他還表示，政策法規(guī)是實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰、碳中和的強(qiáng)大杠桿。從鋼鐵工業(yè)超低排放的成功經(jīng)驗(yàn)可以看出，一系列配套的政策是實(shí)現(xiàn)目標(biāo)的強(qiáng)大杠桿。因此，碳稅，碳交易、碳負(fù)面清單、碳規(guī)劃、脫碳化立法是必須高度關(guān)注的。
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04
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脫碳化技術(shù)瓶頸待突破
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據(jù)全球碳捕集與封存研究院發(fā)布的《全球碳捕集與封存現(xiàn)狀2020》顯示，鋼鐵行業(yè)大約產(chǎn)生了全球7%的二氧化碳排放量。通過(guò)鋼鐵循環(huán)利用、能效項(xiàng)目以及一些用氫替代化石燃料的初步措施，已經(jīng)做了大量的工作來(lái)減少排放。仍有一大部分溫室氣體排放可以通過(guò)使用CCS來(lái)實(shí)現(xiàn)減排。
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在位于阿布扎比阿聯(lián)酋鋼廠，自2016年以來(lái)企業(yè)一直在用溶劑捕集法進(jìn)行碳捕集和封存。二氧化碳的產(chǎn)生源自直接還原鐵裝置（DRI，即將鐵礦石轉(zhuǎn)化為用于煉鋼的鐵元素）中用作還原劑的煤炭或天然氣。這家鋼廠每年大約捕集80萬(wàn)噸二氧化碳。
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殷瑞鈺建議，對(duì)于一些生產(chǎn)扁平材的大型鋼鐵聯(lián)合企業(yè)，要進(jìn)一步開(kāi)發(fā)節(jié)能，脫碳化技術(shù)，進(jìn)一步降低碳排放總量。
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中國(guó)鋼鐵工業(yè)協(xié)會(huì)此前也表示，要突破低碳工藝技術(shù)瓶頸，推動(dòng)非化石能源尤其是氫能在鋼鐵行業(yè)的應(yīng)用。
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在應(yīng)用突破性低碳技術(shù)方面，李新創(chuàng)表示，實(shí)現(xiàn)深度脫碳的途徑目前有：氫能冶煉、電解還原、氧氣高爐及非高爐冶煉、生物質(zhì)能利用、CCS/CCUS等。
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“現(xiàn)階段，生物質(zhì)能不具備大規(guī)模利用的條件，電解技術(shù)仍處于實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)研究階段。因此，氫能冶煉、氧氣高爐及非高爐冶煉、CCS/CCUS是重點(diǎn)。”李新創(chuàng)表示，其中，氫能冶煉（以氫作為還原劑替代碳冶金）是鋼鐵生產(chǎn)實(shí)現(xiàn)無(wú)化石冶煉，達(dá)到零碳排放的重要技術(shù)，也是目前國(guó)際國(guó)內(nèi)鋼鐵行業(yè)的關(guān)注熱點(diǎn)。
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據(jù)了解，氫能冶煉的原理是：將氫氣代替煤炭作為高爐的還原劑，以減少乃至完全避免鋼鐵生產(chǎn)中的二氧化碳排放。在傳統(tǒng)的工藝流程中，需要在高爐中消耗300千克的焦炭和200千克的煤粉作為還原劑，才能生產(chǎn)出1噸生鐵。而在鋼鐵生產(chǎn)中，氫氣可作為鐵礦石的無(wú)排放還原劑，對(duì)氣候保護(hù)十分有益。氫氣燃燒的副產(chǎn)物只有水，并不產(chǎn)生有害氣體。它能以高能量密度的液體或氣體形式儲(chǔ)存和運(yùn)輸，且用途廣泛。由于其多功能性，氫氣在向清潔、低碳能源系統(tǒng)的過(guò)渡過(guò)程中起著關(guān)鍵作用。
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“目前，瑞典、德國(guó)、日本等國(guó)家鋼鐵行業(yè)均在開(kāi)展相關(guān)實(shí)踐及應(yīng)用，國(guó)內(nèi)寶武、河鋼、酒鋼等也正開(kāi)展相關(guān)研究。”李新創(chuàng)表示，實(shí)現(xiàn)綠氫制取、成本降低是這項(xiàng)技術(shù)應(yīng)用突破的關(guān)鍵。應(yīng)重點(diǎn)圍繞以高爐富氫（或純氫）冶煉和氣基豎爐富氫（或純氫）冶煉為主的技術(shù)路線，推動(dòng)關(guān)鍵核心技術(shù)、工藝和裝備取得重大突破。
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來(lái)源：中國(guó)環(huán)境App
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