国外双碳政策梳理与技术现状研究.pdf

国外双碳政策梳理与技术现状研究

全球有多个国家都在进行钢铁领域减排二氧化碳技术开发的研究。

在反映各国国情的技术开发中，着力点和目标各有不同。虽然大部分是

巴黎协定之前提出的项目，但欧洲已将减排目标定为80%,并从长远的

角度转向新的研发，也包括这些研究开发。大致区分为高炉发展工艺，

CCU,

以及旨在再利用排放二氧化碳的利用可再生能源氢的氢能炼铁等

CCU

未来系统。采用和无二氧化碳氢基炼铁的研发是最近开始的项目。

减碳技术主要I绕能源消耗减少,或者减碳这两个层面。

减碳技术按照目前钢铁行业的工艺流程，主要是短流程，氢能炼钢碳排

放被捕集技术（包括CCS和CCUS）。

高炉长流程工艺路线直接排放温室气体，而电炉短流程工艺路线

则间接排放温室气体，这主要取决于电炉使用的电力结构。高炉长流程

工艺路线减排就是钢铁工业减排的主要目标。根据经济合作与发展组

织的一项长期研究，到2050年，全球粗钢产量将增长30%-50%,而钢

铁业界已经采取了行动。

欧盟

传统钢铁生产是欧洲最大的二氧化碳排放来源之一。目前欧洲大

陆钢铁工业二氧化碳排放量约占欧盟二氧化碳总排放量的4%,占工业

二氧化碳排放总量的22%。消耗能源和碳的上游工序，如焦炭和铁的生

产，约占90%。大多数碳排放来自大约30家综合钢铁厂，这些工厂生

产的钢铁几乎占到了欧洲钢铁总量的三分之二。

60%的欧盟钢铁企业采用高炉长流程生产，主要通过处理铁矿石以

生产铁烧结矿或球团矿，然后将其与焦炭在高炉中还原以制造生铁，进

而在转炉中炼钢。其余的钢铁企业则主要采用电炉短流程工艺，在电炉

中加热废钢而炼钢。

诸如干熄焦和优化球团矿配比等方法，以及高炉煤气余压透平发

电装置等设备，可以减少高炉长流程工艺路线的碳排放。利用天然气替

代焦炭还可以显著减少高炉长流程工艺炼钢的二氧化碳，向高炉中注

入氢气或氮气以部分替代煤粉也可以做到这一点。不过，尽管其中许多

措施已经成为整个行业的实践典范，但尚不能实现碳中和，这是因为它

们不能完全消除炼钢过程中的碳。

通过节约为电炉供电的电力，或将电力结构转为可再生能源，可

以降低电炉短流程工艺的二氧化碳排放。从理论上讲，这使得碳中和成

为可能。但问题在于电炉短流程工艺受制于废

钢的可获得性，无法生产出所有钢种或所需数量。

全新技术尚在开发和进行之中。截至目前，欧洲最有前途的新兴

技术主要分为两大类：碳捕集、利用和/或封存（CCUS）和铁矿石替代

还原。替代还原技术包括氢基直接还原工艺和电解还原法，大多处于开

发初期阶段，同时需要大量的绿色能源，但有望实现碳中和炼钢。

CCUS

利用不同的方法捕集二氧化碳，并对其进行处理以供后续利

用（例如，作为燃料）或将其存储（如枯竭的海底天然气储层等地质结

CCUS

构）。仅靠无法实现碳中和，但如果炼钢过程中使用的化石燃料

被生物质所取代，则可能会产生负的二氧化碳平衡。

新型还原剂取代焦炭或天然气，其中包括氢气和直流电。从理论

CCUS,

上讲，可以实现完全绿色的钢铁生产。不过，相比这一类技术可

能需要更多的时间和资金。

碳捕集、利用和/或储存

二氧化碳从其他气体中分离出来，并在大量排放的过程（如炼铁工

序）中被捕集。随后捕集的二氧化碳通过管道或轮船运输到陆上或海上

储存地点，如欧洲北海油气田，或者用作燃料或生物质。其主要工序包

CCUS

括燃烧后/燃烧前捕集和压缩-运输-储存/利用。系统很容易融入

现有厂区。由于这项技术并不是炼钢专用的，其他行业也可以分担部分

的开发和基础设施成本（例如，合成燃料市场、运输和储存）。此外，

未来的运营成本在很大程度上是可以预