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歐洲各大鋼企低碳冶金重點項目進展淺析

?????? 來源: 中國鋼鐵新聞網 中國冶金報社 ???????發布時間:2021-06-11


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劉獻東

碳中和推動歐盟政府先后出臺了多項政策助推鋼鐵工業的低碳能源轉型,歐洲各大鋼鐵企業也紛紛提出了各自的碳減排目標。安賽樂米塔爾(下稱安米)計劃到2050年實現碳中和;瑞典鋼鐵公司(SSAB)計劃到2045年實現無化石能源煉鋼;蒂森克虜伯(下稱蒂森)承諾到2030年將二氧化碳排放量比當前水平減少30%,并將綠色鋼鐵產量增加至300萬噸;英國鋼鐵公司則計劃到2040年率先實現二氧化碳的凈零排放。

那么,歐洲各大鋼鐵企業低碳冶金重點項目進展如何?

目前,歐洲各大鋼鐵企業已經陸續制訂了各自的低碳冶金項目突破時間表:

SSAB的無化石燃料HYBRIT中試工廠于2020年8月31日投運,并且計劃于2025年投產第一個HYBRIT示范工廠。除此之外,SSAB計劃于2030年~2040年完成對于全部工廠高爐的改造,到2045年完全實現無化石燃料煉鋼。

奧鋼聯的H2FUTURE綠氫中試工廠于2019年11月份投運。此外,奧鋼聯與三菱重工合作的HYFOR氫基粉礦還原中試機組于2020年底投運。

安米于2020年12月份完成了綠色鋼材的首次銷售,并計劃于2022年實現綠色鋼材銷售量突破60萬噸。3月18日,安米宣布推出XCarb計劃。該計劃旨在將安米目前所有低碳冶金和綠色創新項目整合為一個整體計劃,以便更加有效率地實現碳中和。安米在“智能碳使用”技術路徑方面的主要項目包括:2017年~2021年開展的Carbon2Value項目,旨在開發低碳技術,將鋼鐵生產過程中產生的二氧化碳等廢氣轉化并應用于新的價值鏈;計劃于2022年投運Torero示范工廠(將廢木材轉化為生物煤)、Steelanol示范工廠(用高爐中廢氣制造生物乙醇)。此外,2月份安米西班牙希洪鋼廠(Gijon)成功完成了高爐富氫焦爐煤氣試驗。安米在“碳直接避免”技術路徑方面的主要項目有:正處于設計和融資階段的氫基直接還原技術示范工廠;將于2022年結題的SIDERWIN項目,該項目的“直接電解鐵礦石”中試線也將于明年投產。安米將組合采用“清潔電力”“循環碳”和“碳捕捉與儲存(CCS)”3種形式以更快地實現碳中和。

塔塔公司于2018年開始對HIsarna項目(直接利用煤粉和粉礦的熔融還原技術)展開工業試驗,并于今年計劃在印度建立第2個年產能為40萬噸~70萬噸的試驗工廠。HIsarna工藝取消了燒結和煉焦等高排放工序。有研究認為,如果該項目所采用的工藝與碳捕獲、利用與封存技術集成,則可以將二氧化碳排放量減少80%~90%,或將成為可以和綠色氫基直接還原技術相提并論的另一條主流技術路徑。除此之外,塔塔公司的Athos項目(排放氣體加工成化工原料)計劃到2027年將二氧化碳排放量減少100萬噸;2030年,將在荷蘭建設年產能100萬噸~150萬噸的工業級示范生產線。

蒂森于2019年11月11日完成了杜伊斯堡9號高爐的注入氫氣試驗,計劃于2025年投運第一座應用綠色氫基直接還原工藝的工廠,年產能可達40萬噸,同時計劃于2030年將該工廠產能增加至300萬噸/年。

瑞典礦業集團(LKAB)計劃到2045年實現二氧化碳排放量清零,并且計劃從鐵礦石供應商轉型為應用綠色氫基直接還原工藝的海綿鐵供應商。

瑞典H2GS公司于3月份宣布,將在瑞典北部建造大型無化石能源煉鋼廠。該項目同時計劃建設一座千兆規模的綠色制氫廠,計劃于2024年投產,到2030年年產能將達到500萬噸優質鋼。該項目第一階段的總融資額約為25億歐元,通過股權和綠色項目融資相結合的方式籌集。

歐洲鋼企低碳技術與關聯行業的耦合

低碳技術與綠色氫制備行業的耦合。

根據歐洲氫能組織(Hydrogen Europe)研究,氫氣產業的投資集中在3個方面:氫氣生產制備領域、氫氣運輸基礎設施和存儲設施的建設領域、氫氣的應用領域。

目前,歐洲氫氣制備市場年產規模約為1150萬噸,且絕大部分為灰氫(基于傳統能源)。歐盟委員會計劃到2024年將電解槽產能擴大到6吉瓦,可生產100萬噸綠氫;到2030年達到40吉瓦,可生產1000萬噸綠氫。歐洲氫能聯盟計劃到2030年完成氫產業鏈的技術布局,整合綠氫和藍氫的整個產業鏈,包括制造、使用、運輸和分配等環節?;覛淠壳暗某杀緝r格為1.5歐元/千克,藍氫的成本價格為2歐元/千克,綠氫的成本價格目前最高為5.5歐元/千克。歐洲鋼鐵行業內普遍預計,綠氫大約到2030年能夠具備和藍氫相當的成本競爭力。

在綠氫制備技術方面,目前已經成熟的技術有3項:質子交換膜技術、堿性水電解技術、固體氧化物電解技術。

蒂森的第一個綠氫項目目前已經獲得了工程合同,即為加拿大魁北克水電公司建設一座88兆瓦、年產1.11萬噸綠氫的電解水廠。該電解水廠的調試工作計劃于2023年下半年進行。除此之外,蒂森還與STEAG能源公司合作,在蒂森的杜伊斯堡STEAG工廠建立電解水廠,該廠所制造的綠氫將被應用于蒂森自己的氫冶金工藝。

德國鋼鐵制造商薩爾茨吉特鋼廠(Salzgitter)現已安裝了世界上最大的高溫電解槽。該設施的額定輸出為720開爾文,每小時可生產200標準立方米的氫氣。WindH2項目是Salzgitter研發低二氧化碳煉鋼技術SALCOS®項目的基石,由可再生能源生產的氫氣替代冶煉鐵礦石所需的碳。Salzgitter計劃于2050年完成企業的低碳能源轉型,同時將二氧化碳排放量減少約95%。

除此之外,Salzgitter、蒂森等7家公司組成聯盟,并計劃于2024年建立氫經濟產業鏈,該產業鏈將覆蓋從綠氫制造、運輸、儲存到工業應用等各個環節。該項目計劃在2024年~2030年分步驟推進,目前正在通過歐洲共同利益的重點項目計劃(IPCEI)尋求公共資金援助。

在藍氫制備技術方面,蒂森與挪威能源公司Equinor和天然氣輸送系統運營商OGE合作開展了H2morrow聯合項目研究。該項目旨在利用天然氣生產藍氫,并在海上永久性地儲存二氧化碳。據悉,整個項目的價值鏈預計最早可以于2027年建立。

低碳技術和綠色能源行業的耦合。

綠色能源是制造綠氫的基礎。因此,歐洲鋼鐵企業在涉足制氫領域的同時,也逐漸涉足綠色能源領域,包括陸上風能、海上風能、太陽能等。

目前,Salzgitter正在建設與氫氣電解對接的風力發電設施,總裝機容量為30兆瓦,包括7臺風力發電機,其中的3臺將建在Salzgitter的Flachstahl工廠,另外4臺將建在該公司的其他工廠。

低碳技術和化工行業的耦合。

碳捕捉與利用過程可將煉鋼產生的一氧化碳或二氧化碳等廢氣用作化學工業的原料,制造燃料、肥料和其他有價值的產品。

“INITIATE”為歐洲鋼鐵行業與化學工業合作的創新型工業轉型項目,將開發新型的協同循環技術,將鋼鐵行業的殘留富碳氣體轉化為高純度尿素。目前,歐盟政府已撥款2100萬歐元以援助和鼓勵鋼鐵行業和化工行業之間建立工業共生關系。該項目于2020年11月份正式啟動,預計將持續4年~5年的時間。

 

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