我们谈论的术语“低碳钢”指的是什么?

Andrew Purvis, 安全、环境与技术部部长,世界钢铁协会

2021年4月12日

温达兴, 公共交流与事务部部长,世界钢铁协会

2021年4月12日

 

 

在许多方面,工业史是我们社会的反映。工业革命以来,钢铁生产一直以煤炭作为能源。但是现在,这种情况正在改变。

像其他行业一样,钢铁行业也在转型,钢铁行业的产品和服务所要面对的是一个大幅降低二氧化碳和其它温室气体排放的未来。  

关于这种转型,相关用语尚未明确,因此不同利益方使用的表述方式存在很大差异。

这些表述方式往往可以互换,但有时,其所指向的东西却截然不同。 关于“绿色钢材”,我们该如何看待这一表达日益多样化的使用呢?对一部分人而言,“绿色钢材”只是一个营销术语,既没有定义,也没有范围。还有另一个极端,一部分人认为,“绿色钢材”是一个需要认证的术语,这个术语需要覆盖可持续发展的全部范畴。

然而,问题还不仅仅是“绿色钢材”。我所指的“绿色钢材”,是不是你所指的“洁净钢”或“零碳钢”?“净零碳钢”、“零碳钢”以及“低碳钢”之间的分界线究竟在哪里?

为了使我们讨论的这些话题概念更加清晰,世界钢铁协会正在对一些术语的含义进行规范。

我们的行业以及我们的会员单位正在努力开发和启动一个全新的钢铁产品系列,与过去相比,该系列产品产生的碳负荷将低得多。采用科学技术和实践经验生产的低碳排放钢,相比传统方式污染物的排放显著降低。

2021年,虽然大部分钢材都使用化石燃料作还原剂进行生产,

  • 巴西绿色钢铁公司正在使用百分百木炭,生产低碳排放钢铁产品。
  • 安赛乐米塔尔公司正在比利时根特兴建一处大型设施,将钢厂的废气转化为乙醇,转化后的乙醇用途广泛,可用于生产合成燃料等。2018年,中国首钢集团也开始运营一处类似的商业性设施,第一年就生产出3000万升可用于销售的乙醇。
  • 位于阿联酋的酋长国钢铁公司,每年从炼铁工厂产生的二氧化碳富集煤气中捕获80万吨二氧化碳,然后将其注入成熟的油田进行永久封存。
  • 耶弗拉兹集团设在美国科罗拉多州的洛基山钢铁公司正在从煤炭转向太阳能。它将成为该国规模最大的就地配套的太阳能发电厂,专门为单一客户服务。
  • 河钢集团,作为中国一家领先的钢铁企业,正在兴建一座120万吨/年产能的氢冶金直接还原铁示范项目。该项目将使用绿氢和蓝氢技术,为钢铁生产工艺探索一条零碳排放路线。 
  • 纽柯钢铁公司在美国密苏里州兴建的小型钢铁厂,是美国首个以风能作为能源的钢铁厂。该厂是纽柯钢铁公司与当地公用事业公司的合作项目,在双方达成电力采购协议后,将为钢铁厂供应电力。
  • 塔塔钢铁公司正在通过HIsarna项目,开发新式熔融冶炼技术。HIsarna技术可在不使用炼焦炉或烧结设施的情况下生产铁,并且产生的二氧化碳富集煤气完美地适合CCS技术。
  • 蒂森克虏伯公司日本制铁两家公司已经启动一系列高炉氢利用的测试,目的是大幅降低钢铁生产过程中排放的二氧化碳。
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采用上述新技术生产的钢材都可以视为低碳排放的钢材,尽管随着法规、社会期望以及科技的巨变,今天的“低碳”可能与2050年的“低碳”含义有所不同。如何称呼这些采用新一代技术生产出来的钢材,业内和相关机构存在不同的表达方式,下面一一列举。世界钢铁协会倾向于使用“低碳钢”(low-carbon steel),如同“低碳电”一样,我们认为该术语更加方便直观理解,并且含义清晰。

除此之外,在行业和利益相关方内部,还存在许多其他的表述方式,用于表达采用新一代生产技术生产的钢铁产品。

世界钢铁协会倾向于使用“低碳钢”(low-carbon steel),如同“低碳电”一样,我们认为该术语更加方便直观理解,并且含义清晰。

许多团体也在使用和阐述“绿色钢”,通常在营销环保意识更强的新款产品时使用。它主要指采用突破性技术生产的钢材、利用废钢生产的钢材、再利用和再制造的钢材,以及通过购买碳排放指标或碳汇生产的传统钢材。鉴于“绿色钢”自身含义的不确定性和多样性,世界钢铁协会将不采用“绿色钢”这种表述方式。 

要实现真正的“零碳”,钢铁生产过程中将不能排放任何二氧化碳。这是一个门槛极高的标准,难以想象在2021年会有某一生产技术能够达到这一标准。

许多技术虽然正在朝着这个方向发展,但“零碳”过于绝对,如果不使用碳汇来抵消残余的碳排放,那么很有可能无法实现。在供应链中,由于使用含碳电极,或者关联工艺中使用天然气,可能会产生残余的碳排放。

最后,钢最终还需要含有部分碳,这也是钢材与纯铁的区别。虽然这种核心的合金化碳可以取自非化石能源,然而碳的存在足以表明所谓“零碳钢”这一术语的不恰当性。

不过,如果钢材生产时排放到大气中的温室气体与利用碳汇设施从大气中收集的排放物能够取得平衡,那么这种钢材就可以被称作零碳钢或“碳中和钢”。

为实现真正意义的碳中和,“净零碳钢的”生产可能需要在其他部门进行抵偿。如果生产企业认为自己实现了碳中和,那么就要保证自己生产边界的透明、统计方法系的透明以及所采用的抵偿办法的高质量和高可信度,这一点至关重要。.

少数几家钢铁企业已在开始推广“零化石燃料钢”。所谓“零化石燃料钢”,指钢材生产过程中,既没有使用任何化石燃料(例如煤炭或天然气),也没有使用任何化石燃料的衍生能源。

所有“零化石燃料钢”都是低碳钢材,但不是所有低碳钢材都可以被称为“零化石燃料钢”。例如,对于采用碳捕获和碳存储技术(CCS)生产的低碳钢材,它可能仍在使用天然气或煤炭,但没有排放二氧化碳。如果采用生物质能,则要确保生物质能是负责任的采购[1]

 “洁净钢是钢铁行业使用的一个术语,指含有较低水平杂质、氧化物、掺杂物的钢材,或者含有较低或超低水平金属溶解碳的钢材。这个词已经普遍使用,世界钢铁协会曾在2004年《洁净钢生产工艺技术》中使用,并且含义特定。因此,在气候变化背景下,世界钢铁协会没有使用“洁净钢”一词。

 “零碳钢也是一个难以处理的词,无论如何,不含碳的钢就是铁,为达到特定批次对钢材属性的要求,钢材的碳含量要精确控制。氢还原铁需要添加碳,这样才能通过精炼工艺,把铁变成钢。

在气候变化对话中,往往谈到社会的脱碳需求。世界钢铁协会一般不会使用“脱碳”一词表示钢铁生产,因为只有钢材生产过程中的排放物需要消除温室气体/二氧化碳,而不是钢材生产工艺本身需要消除温室气体/二氧化碳。

许多有前途的突破性技术还要使用碳作为化学还原剂,但要防止有害的温室气体被排入大气。所以,虽然我们行业的排放物将最终脱碳,但炼铁工艺本身可能不会脱碳。

有别于传统的高炉、直接还原铁或电炉技术,突破性技术以完全不同的方式生产低碳排放钢材。目前正在开发的突破性技术包括:氢还原技术、CCS应用技术、铁矿石电解技术、碳捕获、利用和存储成套技术(CCUS)以及其他新的冶炼还原工艺等。

是一种关键的媒介物质,可以显著降低钢铁行业的温室气体排放,世界钢铁协会许多会员企业都在探索该技术方案。根据氢的减碳能力,氢往往被赋予某种颜色。

当世界钢铁协会提及低碳氢时,我们具体指:

  • 绿氢:使用可再生电力,通过电解水产生。
  • 蓝氢:综合使用蒸汽甲烷转化技术和CCS技术,利用天然气制成。
  • 另外,还有使用其他低碳电力(例如,核电),利用电解作用生产的,或者使用CCS技术生产的氢。我们也把这一工艺作为低碳工艺考虑。

化石氢:利用无衰减化石燃料生产的氢,主要有:

  • 灰氢:使用蒸汽甲烷转化工艺,利用天然气生产的氢;由于该工艺不使用CCS技术,因此二氧化碳被排入大气。
  • 棕氢或黑氢:使用煤炭气化技术生产的氢,这种颜色的氢产生的温室气体显著高于其他颜色的氢。

 “能效升级”项目是世界钢铁协会制定的一个4步骤效率评估流程。该项目旨在提高目前的钢铁生产效率,帮助会员企业达到世界优秀绩效厂区的水平。“能效升级”项目是一个过渡性计划,并不能为钢铁行业提供应对气候变化挑战的解决方案。

[1] 关于生物质能的负责任购买,存在许多认证方案,例如,林业管理委员会认证:主页 | 林业管理委员会(fsc.org) 

  • 1

    This is particularly important, as a definition of green steel/ low carbon steel will be needed in the near future, if as expected, legislation will be required to drive change and associated value.

    avatarAndrew Dunsmore2021年4月12日 下午3:43:59Reply

  • 2

    Renewable carbon from biomass is a zero emissions carbon with added chemical and has social and environmental benefits. It must be considered as the carburizer of choice for the almost zero emissions steels!

    avatarRonaldo sampaio2021年4月12日 下午9:08:25Reply

  • 3

    Green hydrogen is suitable to address the low carbon steel and climate change low emission of co2 gases. We have to think of the application of low carbon steel and zero carbon emission technology.

    avatarGouranga Rout2021年4月13日 上午4:58:42Reply

  • 4

    Quite excited about developments in this aspect of Steel Making inasmuch as we are trying to modernize our Blast Furnace and also install an Electric Arc Furnace.

    avatarGodwin A. Adeogba2021年4月23日 下午6:09:10Reply