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鋼鐵業(yè)科學減碳考驗行業(yè)智慧
在我國31個制造業(yè)門類中，鋼鐵業(yè)碳排放量較大，約占全國的15%，減排任務艱巨。作為國民經(jīng)濟的重要基礎性產(chǎn)業(yè)，鋼鐵業(yè)產(chǎn)量巨大，消費未達峰，能源結構也不占優(yōu)勢，令鋼鐵業(yè)減碳面臨巨大挑戰(zhàn)，如何科學減碳考驗行業(yè)智慧。與此同時，“雙碳”也將帶來鋼鐵行業(yè)的一次洗牌，具有綠色環(huán)保生產(chǎn)能力的鋼鐵企業(yè)將迎來更大的發(fā)展空間。
鋼企多線并進 攻堅降碳減排
□記者 陳云富 李榮 上海報道
作為典型的高耗能、高排放行業(yè)，鋼鐵業(yè)正邁出降碳減排實質(zhì)性步伐。從傳統(tǒng)工藝改造，到嘗試低碳冶金，再到設立碳中和基金，鋼鐵企業(yè)的降碳減排行動已在路上。
減碳時間緊任務重
鋼鐵是國民經(jīng)濟的重要基礎性產(chǎn)業(yè)，也是減碳壓力較大的行業(yè)之一?！拔覈撹F工業(yè)的碳排放量占全國的15%左右，是制造業(yè)31個門類中碳排放量較大的?！睂Υ?，冶金工業(yè)規(guī)劃研究院黨委書記李新創(chuàng)表示，過去幾年，鋼鐵行業(yè)實施了史上較大規(guī)模、最高標準的超低排放改造，如今又將面臨碳達峰、碳中和的新考驗。
鋼鐵行業(yè)之所以是碳排放大戶，在業(yè)界專家看來，與巨大的產(chǎn)量不無關系。世界鋼鐵協(xié)會統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示，全球鋼廠平均每生產(chǎn)1噸鋼會排放1.8噸二氧化碳，2020年我國粗鋼產(chǎn)量突破10億噸，占全球粗鋼產(chǎn)量的一半以上，減排的壓力可想而知。
而相比發(fā)達經(jīng)濟體的生產(chǎn)結構，我國的鋼鐵生產(chǎn)以高爐-轉(zhuǎn)爐長流程生產(chǎn)工藝為主，也導致碳排放強度明顯高于以短流程為主的鋼鐵生產(chǎn)，受制于能源結構的高碳化，鋼企幾乎每個生產(chǎn)環(huán)節(jié)都有一定的碳排放。
“簡單說鋼鐵的產(chǎn)量巨大，而且消費可能還沒達峰，能源結構也不占優(yōu)勢，是鋼鐵業(yè)減碳面臨的巨大挑戰(zhàn)?！睂Υ?，業(yè)界專家指出，盡管近年來鋼材市場景氣度改善，但隨著鐵礦石價格的再次走高，鋼鐵企業(yè)的盈利也受到影響，如何科學減碳考驗行業(yè)智慧。
對鋼鐵企業(yè)而言，實現(xiàn)“雙碳”目標可謂又一次的供給側結構性改革。鋼之家網(wǎng)站創(chuàng)始人吳文章認為，碳達峰、碳中和對鋼鐵行業(yè)必將帶來一次洗牌，完成超低排放的、具有綠色環(huán)保生產(chǎn)能力的鋼鐵企業(yè)會有更大的發(fā)展空間，而沒有超低排放、工業(yè)技術落后、產(chǎn)能落后的鋼鐵企業(yè)，不僅未來缺乏競爭力，還會被市場淘汰。
據(jù)了解，目前鋼鐵行業(yè)碳達峰實施方案以及碳中和技術路線圖的制定工作已基本完成，行業(yè)普遍預期到2025年實現(xiàn)碳達峰，到2030年，鋼鐵業(yè)碳排放量則較峰值降低30%?！皩︿撹F行業(yè)，碳達峰不容易，碳中和會更難。”對此，李新創(chuàng)也表示，未來鋼鐵行業(yè)還要依靠碳匯、碳捕捉等手段來實現(xiàn)碳中和。
技術路徑日漸清晰
面對新挑戰(zhàn)，鋼鐵企業(yè)正密集推進行動。作為全球較大鋼企，中國寶武鋼鐵集團有限公司（下稱“中國寶武”）率先布局，在前期發(fā)布碳中和目標后，近期再次發(fā)布低碳冶金技術路線圖，并發(fā)起設立全球低碳冶金創(chuàng)新聯(lián)盟。
在專家看來，中國寶武的減碳路徑正日漸清晰，即形成鋼鐵流程極限能效減碳、重構高爐工藝技術減碳、氫冶金技術減碳、短流程近終形制造技術減碳、循環(huán)經(jīng)濟減碳和二氧化碳資源化利用技術減碳六條技術路線。
其中在鋼鐵流程極限能效減碳方面，將研究全流程理論極限和技術極限能耗模型，通過較佳可適商業(yè)技術（BACT）應用以及智慧制造、界面能效提升、余熱余能深度資源化等領域的集成創(chuàng)新，逼近極限能效。
在重構高爐工藝技術減碳上，則通過技術創(chuàng)新將高爐煤氣二氧化碳分離提質(zhì)、加熱返回高爐使用，實現(xiàn)高爐碳利用率極致化，結合富氫冶煉，構建富氫碳循環(huán)高爐技術體系，爭取實現(xiàn)較傳統(tǒng)高爐噸鐵碳排放強度下降30%左右。
而氫冶金技術減碳重點研究綠色制氫工藝技術、氫氣直接還原鐵礦石工藝技術以及集成應用綠氫-直接還原-電爐短流程冶煉技術，實現(xiàn)噸鋼碳排放強度相比高爐-轉(zhuǎn)爐流程大幅度的降碳。
在短流程減碳上，計劃通過構建短流程近終形制造技術平臺，開展電爐+近終形制造工藝技術路徑研究，實現(xiàn)鋼鐵加工工藝流程極低減碳。
另外，通過研發(fā)鋼鐵循環(huán)材料、含鐵含碳固廢、多源生物質(zhì)等資源在鋼鐵生產(chǎn)過程中的使用技術，減少化石能源消耗，實現(xiàn)循環(huán)經(jīng)濟減碳，并對鋼鐵流程二氧化碳低成本、大規(guī)模進行捕集和資源化利用，探索鋼鐵流程深度減碳技術。
為推進技術路線圖，中國寶武組建了低碳冶金創(chuàng)新中心，初步形成一中心多試驗基地格局，啟動包括氫冶金技術、富氫碳循環(huán)高爐技術等十大科研項目。此外，中國寶武還成立了專業(yè)從事清潔能源和可再生能源開發(fā)利用的寶武清潔能源有限公司，發(fā)起設立國內(nèi)市場規(guī)模較大碳中和主題基金。
“在各方努力下，鋼鐵行業(yè)實現(xiàn)‘雙碳’目標的技術路線圖相當豐富，相信在中國寶武的牽頭努力下，全球鋼鐵行業(yè)一定會在2050年實現(xiàn)承諾?！笔澜玟撹F協(xié)會總干事巴松表示。
綠氫冶金還有多遠
值得注意的是，在主要行動路線中，氫冶金試驗被寄予厚望?！坝捎趪鴥?nèi)鋼企的主流煉鋼技術和能源結構短期還難以改變，相比傳統(tǒng)技術改造路線，企業(yè)更期待在引入清潔原料方向取得突破，產(chǎn)生相對‘終極’的解決方案?！币患倚袠I(yè)咨詢機構研究部門負責人表示。
所謂氫冶金工藝，是用氫替代傳統(tǒng)煤焦作為還原劑來置換鐵礦石中的鐵元素，實現(xiàn)冶煉過程的完全零排放。此前，德國蒂森克虜伯鋼鐵公司在2019年率先在煉鋼工藝中引入這一技術，國內(nèi)鋼企除了中國寶武，河北鋼鐵集團宣化鋼鐵公司等也啟動了相關試驗項目。
在業(yè)界專家看來，氫冶金與傳統(tǒng)的高爐流程相比，以氫氣代替高爐冶煉使用的碳作為鋼鐵的還原劑，能減少冶煉過程中二氧化碳等排放，同時，氫能可能來自可再生能源或天然氣，還能進一步減少煤炭的使用，更會大幅降低碳排放。
“氫能作為目前最具潛力的二次清潔能源，在我國的能源轉(zhuǎn)型中將占據(jù)重要地位?！崩钚聞?chuàng)也表示，氫能源的利用，既是方向也是未來，但包括氫能源的運輸和儲存在內(nèi)，技術層面上還有很多問題有待解決。
比如氫氣尤其是清潔的氫氣如何實現(xiàn)大規(guī)模生產(chǎn)。業(yè)內(nèi)人士介紹，現(xiàn)有制氫技術大多依賴化石能源，一方面無法避免碳排放，另一方面產(chǎn)能規(guī)模有限，而盡管可再生能源制氫技術正逐步成熟，但目前產(chǎn)能還有限，同時不少機構探索的太陽能光解水制氫、生物質(zhì)制氫等技術也還有待突破。
由于生產(chǎn)氫成本較高，氫冶金的成本也還較高?！翱傮w上，國內(nèi)部分氫能冶金技術已建成示范工程并投產(chǎn)，取得一定的創(chuàng)新突破，但示范工程尚處于工業(yè)性試驗階段。”冶金工業(yè)信息標準研究院的報告也指出，氫冶金還存在基礎設施不完善、相關標準空白、成本較高、安全用氫等問題，同時現(xiàn)階段所用氫氣多數(shù)仍為“灰氫”，距離真正實現(xiàn)“綠氫冶金”還較遠。
鞍鋼：減碳路徑高質(zhì)量發(fā)展
應用，力爭2035年碳排放總量較峰值降低30%；持續(xù)發(fā)展低碳冶金技術，力爭成為我國鋼鐵行業(yè)首批實現(xiàn)碳中和的大型鋼鐵企業(yè)。
8月鞍鋼、本鋼兩大鋼企重組，進一步推動鞍鋼集團在“雙碳”目標下的轉(zhuǎn)型升級步伐。“初步計劃比鋼鐵行業(yè)提前一年，在2024年左右完成碳達峰目標?！卑颁摷瘓F黨委書記、董事長譚成旭介紹，目前鞍鋼的噸鋼排放量與全國行業(yè)平均值相當，而本鋼則高于平均值，重組后鞍鋼將推動節(jié)能減排技術向本鋼復制推廣，并合力研發(fā)新技術，向綠色冶金工廠轉(zhuǎn)型。
壓力與機遇并存
數(shù)據(jù)顯示，2020年鋼鐵行業(yè)煤炭消費量占全國煤炭消費總量的20%，是除電力行業(yè)之外煤耗較大行業(yè)?！半p碳”目標背景下，我國鋼鐵行業(yè)將面臨“能耗雙控”和“碳雙控”的雙重約束，壓力與機遇并存。
一方面，我國鋼鐵行業(yè)工藝結構不合理、能源結構單一，且產(chǎn)業(yè)集中度低、綠色發(fā)展水平不平衡，綠色低碳轉(zhuǎn)型任重道遠。據(jù)了解，2020年我國前十位鋼鐵企業(yè)行業(yè)集中度僅為39.2%，高比例球團礦冶煉等節(jié)能降碳工藝技術僅少數(shù)企業(yè)能夠掌握，一些中小鋼鐵企業(yè)缺乏節(jié)能降碳意識和能力。
另一方面，行業(yè)和地方碳達峰及減碳行動規(guī)劃尚未完全出臺，鋼鐵行業(yè)節(jié)能降碳相關標準缺失，減碳工作缺乏頂層設計指導；高端碳管理人才、創(chuàng)新性節(jié)能降碳技術以及配套資金支持的缺乏，使得行業(yè)節(jié)能降碳空間有限。據(jù)測算，以年產(chǎn)量400萬噸的鋼鐵企業(yè)為例，若要達到降碳30%的目的，需要投資約35億元，而目前我國缺乏相應的配套資金支持政策。
我的鋼鐵網(wǎng)資訊總監(jiān)徐向春表示，當中國鋼鐵業(yè)進入市場需求接近飽和、產(chǎn)能規(guī)模接近峰值、“雙碳”壓力不斷加大的新階段，兼并整合將是大勢所趨，也是解決行業(yè)問題的關鍵之舉。
鞍鋼集團明確表示，將通過推進兼并重組淘汰落后產(chǎn)能，優(yōu)化產(chǎn)業(yè)布局及工藝流程，加快研發(fā)應用低碳冶金技術和前沿碳捕獲、利用與封存技術，布局新能源產(chǎn)業(yè)，提高氫能、太陽能、風能等綠色能源應用比例，以此實現(xiàn)碳達峰、碳中和。
業(yè)內(nèi)人士也指出，未來鋼鐵行業(yè)應加大龍頭企業(yè)對行業(yè)節(jié)能降碳、綠色轉(zhuǎn)型的引領和推進作用，由龍頭企業(yè)牽頭，籌備全球低碳冶金創(chuàng)新聯(lián)盟，搭建綠色低碳冶金開放共享合作平臺。同時應以國家宏觀政策為引導，以技術為支撐、以管理為手段、以考核為監(jiān)督、以投入為保障，加大財政金融支持力度，科學指導鋼鐵企業(yè)實施節(jié)能降碳技術改造，完善鋼鐵行業(yè)節(jié)能降碳監(jiān)管體系，推動“雙碳”目標實現(xiàn)。
□記者 李宇佳 白涌泉 沈陽報道
在我國31個制造業(yè)門類中，鋼鐵業(yè)碳排放量較大，減排任務艱巨。面對“雙碳”目標，被稱為“共和國鋼鐵工業(yè)長子”的鞍鋼集團多舉措推進節(jié)能減排降碳，探索“雙碳”目標下的高質(zhì)量發(fā)展模式。
節(jié)能減排顯實效
連日來，鞍鋼集團朝陽鋼鐵有限公司（下稱“朝陽鋼鐵”）的廠區(qū)內(nèi)熱火朝天。在廠區(qū)一角，一個長480米、寬148米、高49米，占地面積相當于10個足球場大小的儲煤棚化封閉項目正在建設之中。據(jù)了解，這是遼寧省目前在建面積較大的儲煤棚化封閉項目之一，預計明年4月末竣工，建成后將大幅減少儲煤的風耗和揚塵污染，改善廠區(qū)環(huán)境。
朝陽鋼鐵是鞍鋼集團的三級子公司,近年來該公司聚焦“雙碳”目標，大幅降低能源消耗，升級改造環(huán)保設備，向環(huán)?？冃級企業(yè)發(fā)起沖擊。據(jù)朝陽鋼鐵總經(jīng)理田勇介紹，目前該公司一方面大幅壓低無組織排放，在運輸儲存等環(huán)節(jié)盡力實現(xiàn)清潔運輸，另一方面縮短煉鋼流程，降低噸鋼綜合能耗，減少二氧化碳排放。
“通過短流程煉鋼，可將綜合能耗壓減在噸鋼120公斤標煤左右，比長流程煉鋼的二氧化碳排放減少一半以上。”田勇說。
與此同時，朝陽鋼鐵逐步加強企業(yè)內(nèi)部控制，從上到下嚴控能耗總量?！拔覀儫掍搹S的每個車間、每個小組、每個班組都下達降耗目標任務，并與員工績效直接掛鉤，比如噸鋼消耗多少鐵水和廢鋼，就決定了這個爐長50%的考核指標?！背栦撹F煉鋼廠廠長助理寧生龍說。
通過多方改革，朝陽鋼鐵效益大幅提升。目前，朝陽鋼鐵共有員工1984名，年產(chǎn)能達250萬噸；今年1月至9月實現(xiàn)利潤14億元，已超過2018年全年利潤總額。
朝陽鋼鐵的節(jié)能管控僅是鞍鋼集團推進節(jié)能減排的一個縮影。為創(chuàng)新構建與現(xiàn)代化企業(yè)相適應的節(jié)能減排管理規(guī)章制度體系，鞍鋼集團修訂了《鞍鋼集團有限公司節(jié)能管理辦法》，進一步明確了各子企業(yè)作為法人主體的節(jié)能減排責任，分解落實到各廠礦區(qū)等生產(chǎn)單元，并納入鞍鋼集團子企業(yè)提質(zhì)增效專項評價考核體系。同時通過重點工序、環(huán)節(jié)、用能設備的節(jié)能減排工藝應用與改造，全面發(fā)揮設備功能，提升用能效率。2013年至2020年，鞍鋼集團累計開展節(jié)能項目373項，投資額36億余元。
向綠色冶金轉(zhuǎn)型
在“雙碳”政策背景下，鋼鐵行業(yè)面臨巨大的低碳轉(zhuǎn)型壓力，鋼企加速布局低能耗產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級已成為重要發(fā)展戰(zhàn)略。早在2016年，鞍鋼集團就建立了碳核算體系，重點排放子企業(yè)每年根據(jù)要求編制溫室氣體排放報告、碳排放監(jiān)測規(guī)劃等，如實報告碳排放數(shù)據(jù)信息，并配合管理部門開展第三方/四方碳核查工作。
在今年5月27日于上海召開的世界鋼鐵大會上，鞍鋼集團發(fā)布《鞍鋼集團碳達峰碳中和宣言》，承諾在2021年底發(fā)布低碳冶金路線圖；2025年前實現(xiàn)碳排放總量達峰；2030年實現(xiàn)前沿低碳冶金技術產(chǎn)業(yè)化突破，深度降碳工藝大規(guī)模推廣
河鋼：低碳理念貫串綠色工廠
□記者 劉桃熊 石家莊報道
作為特大型鋼鐵集團，河鋼集團近年來堅持“綠色”引領戰(zhàn)略，累計實施重點節(jié)能減排項目500多個，投資219億元。目前，河鋼集團正以“三大革新”為引領，向“雙碳”目標穩(wěn)步邁進。
一年前，河鋼唐鋼新區(qū)和河鋼石鋼新區(qū)相繼在唐山市樂亭縣和石家莊市井陘礦區(qū)正式投產(chǎn)。從渤海之濱到太行山麓，兩座新生的綠色鋼鐵工廠成為河鋼集團踐行低碳理念最好的注腳。
在河鋼唐鋼新區(qū)，巨龍般的管廊凌空飛架，將廠區(qū)和碼頭連接起來?！斑@既是生產(chǎn)運輸?shù)拇髣用}，也是一道環(huán)保屏障。”河鋼唐鋼新區(qū)能源環(huán)保部部長龐得奇告訴記者，海上運來的物料全部通過皮帶通廊直接入倉，從源頭上解決了汽車運輸煙塵排放等污染問題。
河鋼唐鋼新區(qū)充分考慮煉鐵、煉鋼、軋鋼各個環(huán)節(jié)的短流程優(yōu)勢，在設計上追求物質(zhì)流、能量流和排放流最小化，有效縮短過程時間和空間，將生產(chǎn)過程中的碳排放量降到較低。目前，唐鋼新區(qū)運用130多項國內(nèi)外先進環(huán)保生產(chǎn)技術、工藝裝置，實現(xiàn)了全流程超低排放。
廢鋼-電爐煉鋼-軋鋼……在河鋼石鋼新區(qū)，鋼鐵行業(yè)最綠色環(huán)保的流程布局——短流程煉鋼分外亮眼。相較長流程，短流程主要以廢鋼為原料，以電和天然氣為主要能源，省去了焦化、燒結、高爐等高排放生產(chǎn)環(huán)節(jié)。
據(jù)介紹，在新形勢下，隨著工業(yè)化進程的推進，廢鋼資源逐步積聚，以發(fā)展電爐短流程煉鋼為核心的工藝結構創(chuàng)新勢在必行。河鋼石鋼新區(qū)著力打造國內(nèi)鋼鐵長流程轉(zhuǎn)短流程典范，相比老廠區(qū)，實現(xiàn)噸鋼綜合能耗降低62%，噸鋼水耗降低46%，顆粒物、二氧化硫、氮氧化物等主要污染物排放減少75%。
今年3月，河鋼集團發(fā)布了碳達峰、碳中和總體目標：2022年實現(xiàn)碳達峰，2025年實現(xiàn)碳排放量較峰值降低10%以上，2030年實現(xiàn)碳排放量較峰值降低30%以上，2050年實現(xiàn)碳中和。
河鋼集團低碳綠色發(fā)展行動計劃路線圖包括：推動裝備大型化、智能化和綠色化升級，實現(xiàn)全流程碳減排；應用降低高爐燃料比、提高球團礦比例、大比例“廢鋼+直還鐵”煉鋼、節(jié)能型煉鋼技術、燒結煙氣選擇性循環(huán)技術、高爐渣余熱回收、高爐噴吹氫氣等技術，推進能源利用高效化；發(fā)展熱泵、太陽能、風電、生物質(zhì)能等新能源，加大綠色電力的消耗占比；開發(fā)高性能、輕量化、長壽命、近終型、可循環(huán)綠色低碳產(chǎn)品；加快固廢減量和循環(huán)利用，發(fā)展電力重卡及氫燃料重卡物流體系；打造全球氫能還原與利用技術研發(fā)中心。
為保障目標的順利實現(xiàn)，河鋼集團建立健全了體制機制并制定了保障措施。從健全自主創(chuàng)新支撐體系、完善碳排放管理標準體系、健全碳金融交易制度、擴大跨行業(yè)交流合作、健全完善激勵機制、健全低碳綠色發(fā)展組織領導體系、組建低碳綠色發(fā)展專業(yè)研究機構、強化碳減排配套政策支持、加強人才隊伍建設、加強低碳宣傳及全員碳減排意識等十個方面入手，推動碳減排工作扎實推進。
在行動計劃中，河鋼集團繪制了以“三大革新”來引領實現(xiàn)“雙碳”目標的改革脈絡?！爱斍?，關于鋼鐵行業(yè)未來發(fā)展路徑的研究有很多，但鋼鐵行業(yè)要真正實現(xiàn)碳達峰、碳中和，必須通過能源結構創(chuàng)新、工藝結構創(chuàng)新和材料技術創(chuàng)新來實現(xiàn)?！焙愉摷瘓F黨委書記、董事長于勇認為。
石鋼新區(qū)、唐鋼新區(qū)就充分體現(xiàn)了河鋼集團在工藝結構上的創(chuàng)新。而在鋼鐵材料技術創(chuàng)新方面，河鋼集團將健全產(chǎn)品全生命周期技術研發(fā)、評價和服務體系，建設以產(chǎn)品為核心的上下游生態(tài)圈。通過開發(fā)具有高性能、輕量化、長壽命、近終型、可循環(huán)等綠色低碳產(chǎn)品，開展產(chǎn)品生態(tài)設計和低碳生產(chǎn)，為下游用戶提供綠色低碳鋼鐵產(chǎn)品和碳足跡核算鋼鐵材料數(shù)據(jù)，從產(chǎn)業(yè)鏈共贏降低碳排放。
“能源結構創(chuàng)新，就是要通過推進風能、太陽能、氫能和生物質(zhì)能等可再生能源在鋼鐵生產(chǎn)各工序的有效利用，逐步擺脫鋼鐵生產(chǎn)對化石能源的絕對依賴，從源頭上解決鋼鐵冶煉過程中碳排放高的問題?！庇谟陆榻B，其中氫能被譽為21世紀最具發(fā)展?jié)摿Φ那鍧嵞茉矗瑲淠芤睙捈夹g應用將是鋼鐵行業(yè)實現(xiàn)能源結構革命的有效途徑。
據(jù)介紹，河鋼集團已在河北張家口地區(qū)率先啟動年產(chǎn)120萬噸煉鋼原料的富氫直接還原工程。該項目從分布式綠色能源利用、低成本制氫、氫氣直接還原、二氧化碳脫除等全流程和全過程進行創(chuàng)新研發(fā)，探索世界鋼鐵工業(yè)發(fā)展低碳甚至零碳經(jīng)濟的較佳途徑。
為加快實現(xiàn)能源綠色低碳發(fā)展，河鋼集團還將進一步加大可再生能源的開發(fā)利用，減少化石能源消耗、調(diào)整優(yōu)化能源結構，發(fā)展太陽能、風電、生物質(zhì)能、干熱巖等新能源，持續(xù)加大綠色電力的消耗占比。
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