中國冶金報 中國鋼鐵新聞網
記者 楊悅 報道
特約通訊員 藍義高 攝影
“對比來看，雖然基于二氧化碳在線裂解的煉鐵過程閉環脫碳技術與生物質制氫等工藝的成本差不多，但是二氧化碳排放水平更低。”
“廢鋼主要用于電爐工藝流程，而電爐工藝流程會帶來高氮的問題。如何在這一過程中把氮的含量降下來？與之相關的基礎研究和關鍵技術有待鋼鐵行業突破。”
“基于二氧化碳在線裂解的煉鐵過程中的閉環脫碳技術是一項非常新的技術，有潛力克服鋼鐵行業推進低碳綠色轉型面臨的一系列挑戰。”
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10月份的上海，清冽的空氣里涌動著人潮擁擠的熱浪。第十二屆中國國際鋼鐵大會暨2023年全球低碳冶金創新論壇于10月15日在中國寶武鋼鐵會博中心舉辦，吸引了眾多行業專家、學者。在當日下午舉行的“全球低碳冶金技術進展”主題論壇上，北京科技大學教授、中國工程院院士毛新平，英國伯明翰大學教授、英國皇家工程學院院士丁玉龍，中國香港城市大學教授、加拿大工程學院院士徐春保，中南大學教授、中國工程院院士姜濤，圍繞鋼鐵綠色低碳轉型技術分別做主題報告，分享了各自在低碳冶金技術研究方面取得的進展，共探鋼鐵行業綠色發展新未來。
與會代表現場聆聽在“全球低碳冶金技術進展”主題論壇上的專家發言
我國鋼鐵原料綠色化面臨挑戰
新減碳技術研發需加速
“我國鋼鐵原料綠色化面臨挑戰。首先，我國目前鋼鐵生產原料以原生鐵礦為主，廢鋼占比很低。去年，中國鋼鐵行業總共消耗了14.3億噸鐵礦石，包括進口礦和自產礦，而廢鋼的消耗量僅為2.3億噸。其次，中國鋼鐵工業主要以長流程為主，主要有燒結礦和球團礦兩種爐料。相比燒結礦，球團礦是一種綠色化的清潔爐料。然而，我國使用燒結礦和球團礦的比例非常不平衡，在我們煉鐵目前使用的爐料中，燒結礦占比約為75%，球團礦占比不到20%。最后，我國使用的鐵礦石品位比國外低3個百分點~5個百分點，從2000年到現在，中國鋼鐵生產平均燒結礦鐵品位降了兩個百分點以上。我國鋼鐵工業在爐料綠色化加工技術方面還不夠成熟，存在爐料品種單一、燒結工藝廢氣排放量大、脫硫脫硝副產物量大和難利用等問題。在廢鋼資源利用方面，我國尚未形成完整的產業鏈和完善的技術體系，存在廢鋼回收利用率低、入爐廢鋼品質差等問題。”姜濤在做《“雙碳”背景下鋼鐵爐料綠色化問題的思考》主題報告時如是表示。
他認為，隨著中國鋼鐵產業進一步發展，廢鋼資源、氫能、電力等支撐條件逐步完善，能源轉型和工藝流程結構調整是必然趨勢。低碳發展在一定程度上會加快流程結構的調整，鋼鐵冶煉爐料的綠色化轉型勢在必行。在此背景下，我國鋼鐵工業目前圍繞提升鐵礦石原料品質、研發先進爐料制備加工技術、建立完整廢鋼加工利用技術體系等還需多做努力。
“再生鋼鐵原料的高質化利用問題值得行業關注。”毛新平在做《鋼鐵工業碳中和的思考》主題報告時指出，“再生鋼鐵原料就是俗稱的廢鋼。廢鋼一直都在用，為什么今天要把這個話題提出來？過去，我們習慣用廢鋼生產一般性產品，對于殘余元素含量等要求不高。針對多余部分殘余元素含量超標的情況，我們通常通過配料等方式稀釋后使用。今后，廢鋼將成為鋼鐵行業的主要原料之一，用量會越來越大。再生鋼鐵原料大量的殘余元素和產品的高質量化之間存在矛盾，一系列的科學問題和關鍵技術問題有待進一步解決。”
“鋼鐵工業有很多方案可以推動實現低碳轉型，包括使用廢鋼、減少鋼鐵需求。實際上，這兩種方案在實施上均存在一定挑戰。首先，僅僅依靠使用廢鋼流程減少的碳排放量，遠遠不夠我們實現碳中和目標所需要減少的碳排放量。其次，全球人口數量不斷增長，隨之增長的是世界鋼鐵需求。因此，通過減產來減少二氧化碳的排放，可能適合現階段人口呈下降趨勢的國家，但并不適合所有國家。鋼鐵行業需要采用另一種方案推進低碳轉型，即研發應用先進的減碳新技術。”丁玉龍在做《基于二氧化碳在線裂解的煉鐵過程閉環脫碳》主題報告時，也同樣圍繞廢鋼利用問題發表了看法，并指出行業急需新的減碳技術。
他表示：“此次會議上有很多專家提到氫冶金、CCUS（碳捕獲、利用與封存）等技術。這些技術目前在經濟上可行性較低，且缺乏適當、公平的政策支撐。在此背景下，鋼鐵行業急需新的減碳技術。”
碳減排任務艱巨
不同新減碳技術各有所長
實現“雙碳”目標，是一場硬仗。據中國工程院發布的《中國碳達峰碳中和戰略及路徑》預測，我國二氧化碳排放將在2027年前后實現達峰，峰值控制在122億噸左右。這意味著我國要在短短三十幾年內“中和”掉122億噸的二氧化碳，碳減排任務異常艱巨。同時，這也意味著鋼鐵行業需要更高質量的新的減碳技術。圍繞這一熱點，眾院士聚焦的研究項目各有所長。
“基于二氧化碳在線裂解的煉鐵過程閉環脫碳技術是一種新的可用于高爐和直接還原鐵過程大量減少碳排放的技術。”丁玉龍介紹道，“這一技術利用雙鈣鈦礦BCNF對二氧化碳進行在線裂解，實現碳的閉路循環。該技術具備4個優勢：一是無關鍵材料、無毒、可循環使用，二是運行溫度適中，三是單次通過轉換率高于10% ，四是低成本和低能耗。”
“氫經濟非常重要。相關統計數據顯示，中國的氫氣產量占世界氫氣總產量的1/3，但大部分是來自高污染的煤炭氣化和蒸汽甲烷的重整，這些都不是綠氫。我們熟知的綠氫制取途徑有電解或者利用風能、太陽能。實際上，由生物質制取的氫氣可以稱為綠氫。雖然，采用太陽能、風能等制取綠氫仍將是未來主要的氫氣制取方式，但是生物質制取綠氫也將成為主要方式之一。”徐春保在做《生物質綠氫及其在冶金學中的應用》主題報告時表示。
生物質用于制氫有何優勢？徐春保介紹，一方面，生物質是一種來源豐富的無碳燃料，可以替代化石燃料；另一方面，生物質資源作為世界第四大資源，資源量僅次于煤炭、石油和天然氣，地球上每年的生物質資源總量約為5500億噸，相當于目前世界能源消耗總量的10倍～15倍。
“如何耦合生物質制氫和氫冶金？”徐春保表示，可以采用生物質制氫/富氫合成氣煉鐵。首先，采用上述技術可以實現制氫和鐵礦石還原一體化，能效非常高。其次，氫氣還原反應無需加入額外的催化劑，效率很高。相關研究表明，采用該技術可以讓鐵的還原率達到90%。
“鋼鐵原料綠色化的本質是提鐵降雜。為順利實現鋼鐵‘雙碳’目標，要全面提升國產礦和進口礦的品質，為鋼鐵綠色化生產提供原料保障。同時，我們還要進一步提高入爐爐料的綠色化程度，進一步創新爐料制備工藝技術，研發新的爐料品種，同時也要積極推動實現加工過程的低碳化、清潔化。”姜濤表示，“為了滿足上述要求，相關高校和科研院所還應從表界面科學、礦物學、氫還原動力學和反應工程學等多學科入手開展基礎研究，為我國爐料綠色化新技術的開發提供理論支撐。
論壇上，雖然各位院士圍繞低碳冶金技術分享了不同的新看法、新項目進展，但是他們在加強原始創新、推進底層和顛覆性減碳技術突破方面的態度不謀而合。“雙碳”路上，低碳冶金技術創新蹄疾步穩。在此基礎上，鋼鐵行業還需與學術界共同努力，從技術研發、市場推廣等多方面入手，加速先進碳減排技術的研發和應用。
