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我們談?wù)摰男g(shù)語“低碳鋼”指的是什么?

2023-12-19 10:33:00

  雖然工業(yè)革命以來,鋼鐵生產(chǎn)一直以煤炭作為能源,但像其他行業(yè)一樣,鋼鐵行業(yè)也在向著大幅降低二氧化碳和其它溫室氣體排放的未來轉(zhuǎn)型。然而有關(guān)轉(zhuǎn)型的用語尚未明確,有時候不同的表述方式可以互換,有時候?qū)τ谕粋€詞,也可能出現(xiàn)“我覺得”和“你覺得”截然相反的情況。
  比如經(jīng)常能看到的“綠色鋼材”,對一部分人而言,它只是一個營銷術(shù)語,既沒有定義,也沒有范圍,想用就用。
  但另一部分人認為,“綠色鋼材”是一個需要認證的術(shù)語,要使用這個術(shù)語,得覆蓋可持續(xù)發(fā)展的全部范疇。
  “綠色鋼材”?
  Image by Tibor Janosi Mozes from Pixabay
  雖然這兩部分人都有些極端,但是究竟多“綠”才能稱作“綠色鋼材”?
  我口中的“綠色鋼材”,是不是你所說的“潔凈鋼”或“零碳鋼”?
  “凈零碳鋼”、“零碳鋼”以及“低碳鋼”之間的分界線究竟在哪里?
  ……
  如果不解決這些模棱兩可的問題,不難想象有關(guān)討論會陷入怎樣的境地。
  為了使我們討論的這些話題概念更加清晰,世界鋼鐵協(xié)會正在對一些術(shù)語的含義進行規(guī)范。
  “低碳鋼”    
  2021年,雖然大部分鋼材依舊使用化石燃料作為還原劑進行生產(chǎn),但包括我們的會員單位在內(nèi)的許多鋼鐵企業(yè)已經(jīng)或正在開發(fā)一些能夠顯著降低核心鋼鐵工藝碳排放的技術(shù),它們代表的是一個全新的鋼鐵產(chǎn)品系列——低碳排放鋼材。例如:
  蒂森克虜伯公司和日本制鐵兩家公司已經(jīng)啟動一系列高爐氫利用的測試,目的是大幅降低鋼鐵生產(chǎn)過程中排放的二氧化碳。
  位于阿聯(lián)酋的酋長國鋼鐵公司,每年從煉鐵工廠產(chǎn)生的二氧化碳富集煤氣中捕獲80萬噸二氧化碳,然后將其注入成熟的油田進行永久封存。
  河鋼集團,作為中國一家領(lǐng)先的鋼鐵企業(yè),正在興建一座120萬噸/年產(chǎn)能的氫冶金直接還原鐵示范項目。該項目將使用綠氫和藍氫技術(shù),為鋼鐵生產(chǎn)工藝探索一條零碳排放路線。 
  安賽樂米塔爾公司正在比利時根特興建一處大型設(shè)施,將鋼廠的廢氣轉(zhuǎn)化為乙醇,轉(zhuǎn)化后的乙醇用途廣泛,可用于生產(chǎn)合成燃料等。2018年,中國首鋼集團也開始運營一處類似的商業(yè)性設(shè)施,第一年就生產(chǎn)出3000萬升可用于銷售的乙醇。
  紐柯鋼鐵公司在美國密蘇里州興建的小型鋼鐵廠,是美國首個以風能作為能源的鋼鐵廠。該廠是紐柯鋼鐵公司與當?shù)毓檬聵I(yè)公司的合作項目,在雙方達成電力采購協(xié)議后,將為鋼鐵廠供應(yīng)電力。
  耶弗拉茲集團設(shè)在美國科羅拉多州的洛基山鋼鐵公司正在從煤炭轉(zhuǎn)向太陽能。它將成為該國規(guī)模最大的就地配套的太陽能發(fā)電廠,專門為單一客戶服務(wù)。
  巴西綠色鋼鐵公司正在使用百分百木炭,生產(chǎn)低碳排放鋼鐵產(chǎn)品。
  塔塔鋼鐵公司正在通過HIsarna項目,開發(fā)新式熔融冶煉技術(shù)。HIsarna技術(shù)可在不使用煉焦爐或燒結(jié)設(shè)施的情況下生產(chǎn)鐵,并且產(chǎn)生的二氧化碳富集煤氣完美地適合CCS技術(shù)。
  采用上述新技術(shù)生產(chǎn)的鋼材都可以視為低碳排放的鋼材,盡管隨著法規(guī)、社會期望以及科技的巨變,今天的“低碳”可能與2050年的“低碳”含義有所不同。如何稱呼這些采用新一代技術(shù)生產(chǎn)出來的鋼材,業(yè)內(nèi)和相關(guān)機構(gòu)存在不同的表達方式,下面一一列舉。世界鋼鐵協(xié)會傾向于使用“低碳鋼”(low-carbon steel),如同“低碳電”一樣,我們認為該術(shù)語更加方便直觀理解,并且含義清晰。
  “綠色鋼材”    
  回到文章開頭提出的問題,許多團體也在使用和闡述“綠色鋼材”,通常在營銷環(huán)保意識更強的新款產(chǎn)品時使用。它主要指采用突破性技術(shù)生產(chǎn)的鋼材、利用廢鋼生產(chǎn)的鋼材、再利用和再制造的鋼材,以及通過購買碳排放指標或碳匯生產(chǎn)的傳統(tǒng)鋼材。
  鑒于“綠色鋼材”自身含義的不確定性和多樣性,世界鋼鐵協(xié)會將不采用“綠色鋼材”這種表述方式。
  “零碳鋼”    
  要制造真正的“零碳鋼”,鋼鐵生產(chǎn)過程中將不能排放任何二氧化碳,難以想象在2021年會有某一生產(chǎn)技術(shù)能夠達到這一嚴格的標準。許多技術(shù)雖然正在朝著這個方向發(fā)展,但“零碳”過于絕對。在供應(yīng)鏈中,由于使用含碳電極,或者關(guān)聯(lián)工藝中使用天然氣,可能會產(chǎn)生殘余的碳排放,如果不使用碳匯來抵消殘余的碳排放,那么很有可能無法實現(xiàn)。
  更何況,碳是鋼鐵的核心成分,它將鋼材與純鐵區(qū)別開,即使這種合金化的碳可以取自非化石能源,碳的存在足以表明所謂“零碳鋼”這一術(shù)語的不恰當性。
  “凈零碳鋼”/“碳中和鋼”    
  不過,如果鋼材生產(chǎn)時排放到大氣中的溫室氣體與利用碳匯設(shè)施從大氣中收集的排放物能夠取得平衡,那么這種鋼材就可以被稱作“凈零碳鋼”或“碳中和鋼”。
  為實現(xiàn)真正意義的碳中和,“凈零碳鋼”的生產(chǎn)可能需要在其他部門進行抵償。如果生產(chǎn)企業(yè)認為自己實現(xiàn)了碳中和,那么就要保證自己生產(chǎn)邊界的透明、統(tǒng)計方法系的透明以及所采用的抵償辦法的高質(zhì)量和高可信度。
  “零化石燃料鋼”    
  少數(shù)幾家鋼鐵企業(yè)已在開始推廣“零化石燃料鋼”。所謂“零化石燃料鋼”,指鋼材生產(chǎn)過程中,既沒有使用任何化石燃料(例如煤炭或天然氣),也沒有使用任何化石燃料的衍生能源。
  所有“零化石燃料鋼”都是低碳鋼材,但不是所有低碳鋼材都可以被稱為“零化石燃料鋼”。例如,對于采用碳捕獲和碳存儲技術(shù)(CCS)生產(chǎn)的低碳鋼材,它可能仍在使用天然氣或煤炭,但沒有排放二氧化碳。如果采用生物質(zhì)能,則要確保生物質(zhì)能是負責任的采購才符合定義1。
  “潔凈鋼”    
  “潔凈鋼”是鋼鐵行業(yè)使用的一個術(shù)語,指含有較低水平雜質(zhì)、氧化物、摻雜物的鋼材,或者含有較低或超低水平金屬溶解碳的鋼材。
  這個詞已經(jīng)普遍使用,世界鋼鐵協(xié)會曾在2004年《潔凈鋼生產(chǎn)工藝技術(shù)》中使用,并且含義特定。因此,在氣候變化背景下,世界鋼鐵協(xié)會沒有使用“潔凈鋼”一詞。
  “脫碳”    
  在氣候變化對話中,往往談到社會的脫碳需求。世界鋼鐵協(xié)會一般不會使用“脫碳”一詞表示鋼鐵生產(chǎn),因為只有鋼材生產(chǎn)過程中的排放物需要消除溫室氣體/二氧化碳,而不是鋼材生產(chǎn)工藝本身需要消除溫室氣體/二氧化碳,這和不使用“零碳鋼”的理由相近。
  許多有前途的突破性技術(shù)還要使用碳作為化學(xué)還原劑,但要防止有害的溫室氣體被排入大氣。所以,雖然我們行業(yè)的排放物將最終脫碳,但煉鐵工藝本身可能不會脫碳。
  突破性技術(shù)    
  有別于傳統(tǒng)的高爐、直接還原鐵或電爐技術(shù),突破性技術(shù)以完全不同的方式生產(chǎn)低碳排放鋼材。目前正在開發(fā)的突破性技術(shù)包括:氫還原技術(shù)、CCS應(yīng)用技術(shù)、鐵礦石電解技術(shù)、碳捕獲、利用和存儲成套技術(shù)(CCUS)以及其他新的冶煉還原工藝等。
  “五顏六色”的氫    
  氫是一種關(guān)鍵的媒介物質(zhì),可以顯著降低鋼鐵行業(yè)的溫室氣體排放,世界鋼鐵協(xié)會許多會員企業(yè)都在探索該技術(shù)方案。根據(jù)氫的減碳能力,氫往往被賦予某種顏色。
  當世界鋼鐵協(xié)會提及低碳氫時,我們具體指:
  綠氫:使用可再生電力,通過電解水產(chǎn)生。
  藍氫:綜合使用蒸汽甲烷重整工藝和CCS技術(shù),利用天然氣制成。
  另外,還有使用其他低碳電力(例如核電)電解生產(chǎn)的氫,或者使用CCS技術(shù)生產(chǎn)的氫。我們認為這些也屬于低碳氫。
  化石氫指的是利用化石燃料卻不使用減碳工藝生產(chǎn)的氫,主要有:
  灰氫:使用蒸汽甲烷重整工藝,利用天然氣生產(chǎn)的氫;由于該工藝不使用CCS技術(shù),因此一同產(chǎn)生的二氧化碳會被排入大氣。
  棕氫或黑氫:使用煤炭氣化技術(shù)生產(chǎn)的氫,這種顏色的氫產(chǎn)生的溫室氣體顯著高于其他顏色的氫。
  “能效升級”項目    
  “能效升級”項目是世界鋼鐵協(xié)會制定的一個四步走效率評估流程。該項目旨在提高目前的鋼鐵生產(chǎn)效率,幫助會員企業(yè)達到世界優(yōu)秀績效廠區(qū)的水平?!澳苄墶表椖渴且粋€過渡性計劃,并不能為鋼鐵行業(yè)提供應(yīng)對氣候變化挑戰(zhàn)的解決方案。
  1. 關(guān)于生物質(zhì)能的負責任購買,存在許多認證方案,例如林業(yè)管理委員會認證(the Forestry Stewardship Council, FSC)。

來源:世界鋼鐵協(xié)會

編輯:張雨恬

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