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突破

绿色钢铁的3项创新

红色的热铁

炼钢是一个化石燃料密集型的过程,但有一些方法可以脱碳。

RMI突破性技术主管托马斯•科赫•布兰克(Thomas Koch Blank)表示,绿色钢铁行业正处于S曲线的起点。生产了近20亿吨钢铁每年,其中一半是原始原料负责生产钢材占全球碳排放总量的7%至9%.所以,很容易理解为什么大量投资涌入创造可持续钢铁技术。

根据布兰克的说法,与流入的资源数量相比,绿钢的产量增长缓慢。

不过,最近出现了一波新的发展。由比尔·盖茨(Bill gates)支持的波士顿金属公司(Boston Metal)提出,该公司致力于创造一种无二氧化碳的炼钢工艺5000万美元1月份的财政拨款。在瑞典,39.9亿美元将帮助建造一座新的商用氢钢工厂。瑞典矿商LKAB正在进行投资460亿美元到2045年实现净零碳排放。但布兰克表示,要让全球传统钢铁制造商完全脱碳,还有很长的路要走。

“在我看来,当中国钢铁行业开始行动时,你就已经走出了边缘,”他表示。“他们还没有进行任何具体或真正的投资。”

谁在朝着更环保的钢铁经济发展?这里有三家公司和方法,希望能让我们到达S曲线的拐点。

1.神户高炉效率的提高

日本神户制钢所(Kobe steel)最近开发了一种在天然气高炉中炼钢的新技术,这种技术使用较少的焦炭,焦炭是一种用于钢铁生产的高碳原料。神户表示,通过以精确的比例向高炉中添加热块铁(去除氧气的铁矿石)作为燃料来源,该公司完善了一种方法,以保持二氧化碳减排过程的效率,并减少使用焦炭作为燃料。

神户制钢的执行官Masahiro Motoyuki说:“这是对进入高炉的物质分布的优化。”

据神户介绍,这个过程减少了约20%的与生产相关的二氧化碳排放。虽然这不是钢铁行业碳排放问题的最终解决方案,但神户将其定位为一种过渡性技术,在发展更剧烈的变化的同时帮助减少排放。但布兰克认为,如果钢铁行业想要在2050年实现净零排放,那么这是一项高风险且昂贵的投资,可能在几年内就会过时。

他说:“如果你需要在30年内逐步实现零排放,那么减少20%的排放量就相当于30年的20%,所以你还有6年的时间。”“这项技术只适用6年。他们需要尽快安装更有效的技术;否则,他们就不在轨道上了。但他们实际上在减少碳足迹,这比大多数钢铁行业的碳足迹要少得多。”

神户似乎知道它有一个时间表问题,正在投资其他生产技术,如与高效高炉并行的氢气生产技术。它的美国子公司Midrex Technologies正在研究天然气鼓风炉,一旦有足够的氢气可供商业钢铁使用,也可以使用氢气进行完全无碳的过程。

2.EIT InnoEnergy的氢钢工厂

据一些专家说,氢为完全无二氧化碳炼钢提供了一种可能性。在传统的鼓风炉中,煤被用来将铁矿石中的氧气剥离出来,产生钢铁和二氧化碳。根据燃料电池和氢能源协会,在这个过程中使用氢代替煤,副产品是水(H2O)而不是二氧化碳。

总部位于荷兰的EIT InnoEnergy是由欧盟资助的可持续创新加速器,该公司与投资者Vargas Holdings和斯堪尼亚这家瑞典卡车制造商正努力将这一梦想变成商业现实。这些合作伙伴正在开发一个完全规模化的商用氢钢工厂H2绿色钢铁。据合作伙伴称,到2024年,该工厂将生产500万吨绿色钢铁,使其成为世界上最大的绿色钢铁工厂。

EIT InnoEnergy的比荷卢能源CE0 Ruiter表示,在合资企业开始建造氢钢工厂之前,就已经有了一个合资伙伴和一个钢铁买家,这让该公司能够避开此前阻碍氢钢工厂发展的障碍。

他表示:“要想让这一点发挥作用,(钢铁制造商)必须改变他们的心态。”“从价值链的角度思考。所以这与氢或钢的价格无关。而是最终产品的价格,比如汽车。最终产品的价格会上涨吗?终端用户愿意支付多少钱?”

InnoEnergy表示,使用可持续生产的钢材只会让一辆汽车的价格上涨约36美元,这对消费者来说是微不足道的。它鼓励这些利益相关者联合起来,创造出一种价格低廉的绿色钢铁,而不是汽车公司等钢铁买家寻求最低的钢铁价格,也不是钢铁制造商竞相以尽可能低的价格获得钢铁,以赢得市场。

我们需要三倍于目前安装的太阳能和风能来为绿色能源钢铁行业提供能源。

据布兰克说,氢钢生产的最大障碍是需要大量的可再生能源来保持生产过程不含碳。

他说:“如果你想让目前的主要钢铁生产实现电气化,你将需要1太瓦的电解槽,这是很大的量。”

基本上,瑞典计划中的三家绿色钢铁厂将需要目前50%的电力供应。据布兰克称,在全球范围内,我们将需要接近1太瓦的电解器,由3太瓦的可再生能源供电。三台terrawatt大约是目前安装的太阳能和风能的三倍。

布兰克还指出,由于未来30年世界人口增长,电力需求预计将出现爆炸式增长,这是另一个需要克服的挑战。

H2绿色钢铁工厂将建在瑞典的Norrbotten地区,该地区拥有大量可靠的水力和风力发电。布兰克说,如果氢基钢铁生产要从瑞典扩大到中国和美国等其他大型钢铁制造国家,就需要在可再生能源方面进行大量投资。

3.波士顿金属的熔融氧化物电解

一项最初由麻省理工学院(MIT)发明的新技术——熔融氧化物电解,旨在利用电力将氧气从铁矿石中分离出来,并产生氧气作为副产品,而不是二氧化碳。Boston Metal的任务是将这一技术带到钢铁行业的商业水平。

在接下来的两到三年内,该公司希望取得实验室的成功,并将其推向市场。它的重点是欧洲、加拿大和澳大利亚等地区,这些地区容易获得可再生能源,因为就像氢钢一样,电解过程需要获得大量清洁能源,以确保整个过程无碳排放。

波士顿金属公司业务发展副总裁Adam Rauwerdink认为,电解比氢气有一个显著的优势——它是一种以更少的步骤直接去除铁矿石的方法。

他表示:“如果你打算用氢来生产钢铁,你最终会专注于(使用)绿色氢。”“即用电电解水来产生氢。这就涉及到电解。你只是增加了额外的步骤因为这样你就得到了氢,用它来制造海绵铁然后把它重新熔化成我们正在生产的类似产品。我们认为我们正在简化这个过程。”

每家公司和技术公司都瞄准了每年为建筑、工厂、汽车、飞机和其他基础设施项目生产的10亿吨原钢。布兰克说,没有一种解决方案可以统治所有这些问题。要使这个碳含量极高的重工业脱碳,需要很多创新和途径。

布兰克说:“我认为市场上所有这些公司都有发展空间。”“整个行业的转型将需要10亿吨。你只需要大量技术和大量新资产。”

更正:本文之前的版本称,绿色钢铁行业需要全球50%的电力。瑞典目前计划的绿色钢铁设施需要50%的电力。

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