編者的話
為實現(xiàn)《鋼鐵綠色協(xié)議》中到2050年溫室氣體排放量較1990年減少80%~95%的承諾，歐洲鋼鐵工業(yè)聯(lián)盟（Eurofer，簡稱歐鋼聯(lián)）確定了2條主要的技術(shù)路線，即“智能碳使用”和“碳直接避免”技術(shù)路線。
為幫助廣大鋼企了解歐洲鋼鐵工業(yè)低碳發(fā)展路徑，《觀海聽潮》特推出歐鋼聯(lián)碳減排技術(shù)路線系列報道，跟蹤歐洲鋼鐵工業(yè)相關(guān)技術(shù)項目進展。本期聚焦剛剛于8月31日投產(chǎn)的全球首個無化石燃料海綿鐵中試線——HYBRIT項目。
劉獻東
8月31日，全球第一個無化石燃料海綿鐵中試線——HYBRIT（突破性氫能煉鐵技術(shù)）項目在瑞典呂勒奧（Lule?）舉行了啟動儀式。瑞典首相Stefan L?fven（斯特凡·勒文）出席了儀式。儀式全程在網(wǎng)上進行了直播。
HYBRIT項目由SSAB（瑞典鋼鐵）、LKAB（瑞典礦業(yè)集團，歐洲最大鐵礦石生產(chǎn)商）和Vattenfall（瑞典大瀑布電力公司，歐洲最大電力生產(chǎn)商之一）3家行業(yè)巨頭合資創(chuàng)建的HYBRIT發(fā)展有限公司負責推進。合作的科研機構(gòu)包括瑞典皇家理工學院、呂勒奧理工大學、瑞典國家研究院、瑞典鋼鐵研究所Swerim等。SSAB、LKAB和Vattenfall計劃打造世界上第一個“無化石燃料鋼鐵制造”價值鏈，目標是：到2026年，通過HYBRIT技術(shù)，在世界上率先實現(xiàn)無化石燃料冶煉技術(shù)；到2045年，完全按無化石燃料工藝路線制造鋼鐵。
HYBRIT項目中試線3個主要單元
無化石燃料海綿鐵中試線主要包括3個單元：
一是位于呂勒奧的直接還原鐵、制氫單元。
該單元負責生產(chǎn)氫氣，采用氫氣DRI（直接還原鐵）制備技術(shù)和電弧爐工藝，用電和氫代替煤炭，每年需要15太瓦時的電力，相當于瑞典年發(fā)電量的1/10。該單元運行的主要能源將來自Vattenfall的非基于化石燃料的電力。
二是位于瑞典馬爾姆貝格特（Malmberget）和呂勒奧的無化石燃料球團單元。
該單元將通過用可再生的生物燃料替代化石燃料，以實現(xiàn)基于無化石燃料工藝的鐵礦石球團礦制造技術(shù)，相關(guān)試驗在呂勒奧的一個實驗燃燒爐和馬爾姆貝格特的一個工廠中進行。目前，LKAB正在馬爾姆貝格特的一個球團廠中，圍繞“用生物燃料代替化石燃料”進行全面試驗。在試驗期內(nèi)，馬爾姆貝格特球團廠化石燃料燃燒產(chǎn)生的二氧化碳排放量將減少40%，相當于每年實現(xiàn)約6萬噸的碳減排，試驗期將持續(xù)至2021年。
三是位于呂勒奧的儲氫單元（計劃于2021年建設）。
HYBRIT項目計劃建造一個儲氫研究設施，試驗工廠在SSAB位于呂勒奧的工業(yè)區(qū)。目前該項目方正在調(diào)查在SSAB工業(yè)區(qū)附近的LKAB Svart?berget老鐵礦石儲存區(qū)建造一個位于地下25米~35米的小型臨時儲存區(qū)的可能性。該儲氫設施將是未來支撐和維持能源系統(tǒng)穩(wěn)定的重要組成部分。
預計HYBRIT項目中試階段的總費用在20億瑞典克朗左右。瑞典能源署已承諾出資5.99億瑞典克朗，剩余部分將由SSAB、LKAB和Vattenfall三方等額出資。
HYBRIT項目未來規(guī)劃
按照規(guī)劃，未來HYBRIT項目將分以下步驟推進。
HYBRIT工業(yè)級示范工廠與HYBRIT項目中試線同步建設。
HYBRIT工業(yè)級示范工廠的啟動比原計劃提前了3年，計劃于2023年開工建設，于2025年投產(chǎn)。該示范工廠年產(chǎn)能為100萬噸。
與此同時，SSAB將對Oxel?sund高爐進行改造，計劃于2026年實現(xiàn)商業(yè)化的鐵礦石基、無化石的冶煉工藝路線。SSAB最早將于2025年前將二氧化碳排放量減少25%。
HYBRIT工業(yè)級示范工廠建成后，SSAB將對傳統(tǒng)工藝路線進行徹底改造。SSAB計劃于2030年~2040年將其全部的傳統(tǒng)高爐換成電弧爐。同時，SSAB開始逐步淘汰軋鋼廠和熱處理廠的化石燃料工藝，到2045年完全實現(xiàn)無化石燃料的鋼鐵制造。
HYBRIT項目發(fā)展歷程
?2016年，SSAB，LKAB和Vattenfall聯(lián)手創(chuàng)建了HYBRIT項目。目標是使用非基于化石燃料的電力和氫氣替代傳統(tǒng)化石燃料，實現(xiàn)無化石燃料的鋼鐵冶煉。
?2016年~2017年為可行性研究階段。研究的結(jié)論是，考慮到當今的電價、煤炭價格和二氧化碳排放成本，采用無化石燃料技術(shù)煉出的鋼材的價格將比傳統(tǒng)鋼材高20%~30%。不過，隨著無化石基能源電價的下降，以及歐盟碳排放交易系統(tǒng)（ETS）推動的二氧化碳排放成本上升，無化石基鋼材將具備成本競爭力。
?2018年夏季，HYBRIT項目進入中試階段，開始在呂勒奧的SSAB工廠建設全球第一個無化石燃料鋼鐵生產(chǎn)中試線。
?2019年夏季，HYBRIT項目開始在瑞典馬爾姆貝格特的LKAB工廠建造基于無化石燃料的球團機組。另外，該項目還計劃在HYBRIT中試線附近建造一個氫氣存儲中試線，預計將在2022年~2024年間投入運行。
?2020年8月5日，HYBRIT項目在球團工藝中使用無化石燃料的試驗取得成功。
?2020年8月31日，全球第一個無化石燃料海綿鐵中試線投運。
鏈接
歐鋼聯(lián)“碳直接避免”技術(shù)路線實施路徑和主要項目
目前基于鐵礦石的冶煉技術(shù)已經(jīng)處于熱力學極限，電力冶煉工藝還不能完全依靠可再生能源。這就是“碳直接避免”技術(shù)路線誕生的根本原因。“碳直接避免”首先要避免碳氧化物的生成。
歐鋼聯(lián)于8月3日發(fā)布了“碳直接避免”技術(shù)路線的實施路徑和主要項目。
實施路徑有2個：一是氫基冶金技術(shù)，即在鋼鐵生產(chǎn)過程中用氫來代替碳作還原劑，而且要采用可再生能源制造的“綠色氫”；二是采用電力進行冶金，其用電更注重可再生能源。
主要項目包括：HYBRIT、H2Steel、tkH2Steel、GrInHY（綠色工業(yè)制氫）、SALCOS（薩爾茨吉特低碳煉鋼）HydrogenHamburg和SIDERWIN。進一步的項目聚焦廢鋼循環(huán)利用和直接還原鐵工藝，包括循環(huán)經(jīng)濟解決方案、工藝整合以及通過氫和電的使用直接避免碳排放。
其中，HYBRIT項目主要采用氫氣替代煤炭作為還原劑進行鋼鐵冶煉，副產(chǎn)物是水，而非二氧化碳。
H2Steel項目旨在研發(fā)氫基冶金技術(shù)，包括SUSTEEL和H2FUTURE兩個子項目。
GrInHY項目旨在研發(fā)可逆高溫電解綠色工業(yè)制氫技術(shù)，采用可逆式固體氧化物電解工藝生產(chǎn)氫氣和氧氣，并將多余的氫氣儲存起來。
SALCOS項目集風力發(fā)電制造綠色氫、氫基冶煉等技術(shù)于一體，旨在把以高爐為基礎(chǔ)的碳密集型煉鋼工藝逐步轉(zhuǎn)變?yōu)橹苯舆€原煉鐵—電弧爐工藝路線，同時實現(xiàn)富余氫氣的利用。
SIDERWIN項目由安賽樂米塔爾負責，旨在研發(fā)一種直接電解鐵礦石技術(shù)（據(jù)公開發(fā)布的信息判斷，屬于堿溶液低溫電解類技術(shù)）。
此外，目前歐洲正在運行的“碳直接避免”相關(guān)技術(shù)項目還包括奧鋼聯(lián)的HYFOR氫基粉礦還原技術(shù)、Tenova（意大利特諾恩集團）的HYL/ENERGIRON-ZR直接還原鐵技術(shù)。
《中國冶金報》（2020年09月04日 02版二版）
