鋼鐵行業(yè)是實(shí)現(xiàn)碳中和的重要領(lǐng)域 觀察丨鋼鐵行業(yè)CCUS破局之路：邁向碳中和的關(guān)鍵變革

鋼鐵行業(yè)是實(shí)現(xiàn)碳中和的重要領(lǐng)域

 

鋼鐵是國(guó)民經(jīng)濟(jì)的重要支柱產(chǎn)業(yè)，全球范圍內(nèi)，鋼鐵行業(yè)的能源消耗占比達(dá)8%，碳排放量占全球碳排放總量的7%。在中國(guó)，鋼鐵行業(yè)碳排放量占我國(guó)碳排放總量的16%左右。從能源結(jié)構(gòu)來(lái)看，傳統(tǒng)鋼鐵生產(chǎn)高度依賴(lài)煤炭、焦炭等化石能源，燃燒過(guò)程釋放大量二氧化碳，是碳排放“大戶”。從流程結(jié)構(gòu)來(lái)看，我國(guó)鋼鐵生產(chǎn)一直以高爐—轉(zhuǎn)爐長(zhǎng)流程煉鋼為主，近年來(lái)長(zhǎng)流程煉鋼占比90%，遠(yuǎn)高于廢鋼—電爐短流程煉鋼。

 

為了落實(shí)“雙碳”目標(biāo)，近年來(lái)我國(guó)鋼鐵行業(yè)積極破局，中國(guó)鋼鐵工業(yè)協(xié)會(huì)在其發(fā)布的《中國(guó)鋼鐵工業(yè)“雙碳”愿景及技術(shù)路線圖》中提出了六大技術(shù)路徑，以支持鋼鐵行業(yè)實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰和碳中和的目標(biāo)。作為世界鋼鐵生產(chǎn)的中心，中國(guó)的鋼鐵產(chǎn)量連續(xù)多年位居全球首位，正在通過(guò)結(jié)構(gòu)重塑、能源革新，助力鋼鐵行業(yè)碳中和，引領(lǐng)世界鋼鐵綠色發(fā)展。

 

CCUS是鋼鐵行業(yè)實(shí)現(xiàn)碳中和的變革性技術(shù)

 

國(guó)際能源署（IEA）提出的碳中和路徑中，CCUS技術(shù)在鋼鐵行業(yè)的應(yīng)用被寄予厚望。通過(guò)捕集鋼鐵生產(chǎn)過(guò)程中的二氧化碳，并將其運(yùn)輸?shù)胶线m的地點(diǎn)進(jìn)行封存或利用，可以有效減少鋼鐵行業(yè)的碳排放。

 

IEA研究表明，在深度脫碳的情景下，到2050年，全球鋼鐵行業(yè)通過(guò)CCUS技術(shù)實(shí)現(xiàn)的二氧化碳減排量需占總減排量的8%。在這一過(guò)程中，涉及多個(gè)關(guān)鍵環(huán)節(jié)，在捕集技術(shù)方面，需要研發(fā)適用于鋼鐵行業(yè)復(fù)雜工況的新型吸附劑和吸收劑，提高捕集效率并降低成本；在運(yùn)輸環(huán)節(jié)，要建立完善的管道運(yùn)輸網(wǎng)絡(luò)或優(yōu)化運(yùn)輸載體，確保二氧化碳能夠經(jīng)濟(jì)、安全地運(yùn)輸?shù)侥康牡?；?duì)于封存或利用，需要尋找合適的地質(zhì)構(gòu)造進(jìn)行地下封存，或者開(kāi)發(fā)創(chuàng)新的利用技術(shù)，如將二氧化碳轉(zhuǎn)化為有價(jià)值的化學(xué)品或材料。

 

中國(guó)鋼鐵工業(yè)協(xié)會(huì)在推動(dòng)鋼鐵行業(yè)碳中和的進(jìn)程中，提出了包括CCUS在內(nèi)的八大前沿技術(shù)。這些技術(shù)涵蓋了從原材料替代、工藝流程優(yōu)化到能源效率提升等多個(gè)方面，旨在全面提升鋼鐵行業(yè)的綠色低碳水平。

 

其中，CCUS技術(shù)作為核心技術(shù)之一，重點(diǎn)關(guān)注如何實(shí)現(xiàn)二氧化碳的低成本捕集與高效利用。在捕集方面，探索基于鋼鐵生產(chǎn)過(guò)程中不同工序的特點(diǎn)，開(kāi)發(fā)針對(duì)性的捕集工藝，如針對(duì)高爐煉鐵、轉(zhuǎn)爐煉鋼等環(huán)節(jié)的廢氣特點(diǎn)，設(shè)計(jì)高效的分離和捕集系統(tǒng)。在利用方面，鼓勵(lì)企業(yè)開(kāi)展二氧化碳在鋼鐵生產(chǎn)中的循環(huán)利用研究，如利用二氧化碳作為鐵礦石的還原劑，不僅可以減少二氧化碳排放，還能降低對(duì)傳統(tǒng)化石能源還原劑的依賴(lài)，實(shí)現(xiàn)資源的循環(huán)利用和工藝的綠色升級(jí)。

 

河鋼集團(tuán)堅(jiān)持做行業(yè)綠色低碳轉(zhuǎn)型的引領(lǐng)者、探索者與踐行者，將CCUS技術(shù)視為戰(zhàn)略儲(chǔ)備技術(shù)，積極推動(dòng)其從戰(zhàn)略前沿向產(chǎn)業(yè)化方向的轉(zhuǎn)變。通過(guò)持續(xù)的研發(fā)投入，在捕集技術(shù)領(lǐng)域，研發(fā)了適合自身生產(chǎn)工藝的高效捕集系統(tǒng)，提高了二氧化碳的捕集純度和效率；在利用領(lǐng)域，積極開(kāi)展二氧化碳在鋼鐵生產(chǎn)輔助環(huán)節(jié)以及跨行業(yè)利用的試點(diǎn)項(xiàng)目，如將二氧化碳用于鋼渣處理、與建材企業(yè)合作生產(chǎn)新型建筑材料、利用微生物固碳產(chǎn)蛋白等，逐步擺脫對(duì)化石能源的束縛，為鋼鐵行業(yè)的綠色轉(zhuǎn)型提供實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。

 

鋼鐵行業(yè)CCUS技術(shù)面臨的困境與挑戰(zhàn)

 

（一）鋼鐵行業(yè)自身特點(diǎn)：工序多、濃度低

 

鋼鐵生產(chǎn)過(guò)程工序復(fù)雜，包括燒結(jié)、煉鐵、煉鋼、軋鋼等多個(gè)環(huán)節(jié)，每個(gè)環(huán)節(jié)都會(huì)產(chǎn)生二氧化碳排放。而且這些排放源的二氧化碳濃度差異較大，且總體濃度在4%～28%，相對(duì)較低，這給二氧化碳的捕集帶來(lái)了巨大挑戰(zhàn)。與一些高濃度二氧化碳排放源相比，鋼鐵行業(yè)需要處理更大的氣體體積才能捕集到相同量的二氧化碳。低濃度二氧化碳的捕集，不僅需要更復(fù)雜的技術(shù)工藝，還會(huì)增加設(shè)備投資和運(yùn)行成本，導(dǎo)致捕集系統(tǒng)的能耗和設(shè)備占地面積大幅增加。

 

（二）捕不起、用不上，技術(shù)成熟度低、成本高

 

目前，鋼鐵行業(yè)CCUS技術(shù)面臨著 “捕不起、用不上” 的困境，現(xiàn)有的二氧化碳捕集技術(shù)大多依賴(lài)于化學(xué)吸收、吸附或膜分離等方法，化學(xué)吸收法需要大量的吸收劑，且吸收劑的再生過(guò)程能耗較高；膜分離法雖然具有操作簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)，但目前的膜材料對(duì)二氧化碳的選擇性和通量還不能滿足大規(guī)模工業(yè)應(yīng)用的需求。此外，技術(shù)成熟度和成本經(jīng)濟(jì)性尚待提高。二氧化碳后續(xù)的利用途徑相對(duì)有限，缺乏大規(guī)模、高附加值的利用技術(shù)，導(dǎo)致企業(yè)在經(jīng)濟(jì)上難以承受CCUS項(xiàng)目的成本，進(jìn)一步制約了技術(shù)的推廣應(yīng)用。

 

（三）大規(guī)模源匯不匹配

 

鋼鐵行業(yè)作為二氧化碳的排放源，其分布具有一定的區(qū)域性，而適合二氧化碳封存或利用的地點(diǎn)并不一定與排放源在地理位置上相匹配。例如，一些鋼鐵企業(yè)位于內(nèi)陸地區(qū)，距離合適的地下封存場(chǎng)地或二氧化碳利用企業(yè)較遠(yuǎn)，這就增加了二氧化碳運(yùn)輸?shù)某杀竞惋L(fēng)險(xiǎn)。長(zhǎng)距離運(yùn)輸需要建設(shè)專(zhuān)門(mén)的管道或采用其他運(yùn)輸方式，而管道建設(shè)投資巨大，且涉及復(fù)雜的土地征用、環(huán)境評(píng)估等問(wèn)題；采用其他運(yùn)輸方式（如罐車(chē)運(yùn)輸）則成本高昂且運(yùn)輸量有限。此外，不同地區(qū)的源匯容量也存在差異，可能導(dǎo)致部分地區(qū)的二氧化碳排放無(wú)法找到合適的去處，而一些潛在的封存或利用地點(diǎn)又缺乏足夠的二氧化碳供應(yīng)，影響了CCUS項(xiàng)目的整體效益。

 

（四）資產(chǎn)價(jià)值未體現(xiàn)

 

盡管CCUS項(xiàng)目在減少碳排放方面具有重要意義，但目前其資產(chǎn)價(jià)值在市場(chǎng)評(píng)估中尚未得到充分體現(xiàn)。企業(yè)在投資CCUS項(xiàng)目時(shí)，往往面臨著資金的壓力，而CCUS項(xiàng)目帶來(lái)的碳減排效益卻難以轉(zhuǎn)化為實(shí)際的經(jīng)濟(jì)回報(bào)。在傳統(tǒng)的財(cái)務(wù)核算體系下，CCUS項(xiàng)目的設(shè)備投資、運(yùn)行成本等被視為企業(yè)的支出，而二氧化碳減排所帶來(lái)的環(huán)境效益和潛在的經(jīng)濟(jì)價(jià)值卻沒(méi)有得到合理的估值和認(rèn)可。這些因素導(dǎo)致企業(yè)在決策過(guò)程中缺乏足夠的動(dòng)力去投資CCUS項(xiàng)目，也影響了金融機(jī)構(gòu)對(duì)CCUS項(xiàng)目的融資支持。此外，由于缺乏完善的碳市場(chǎng)定價(jià)機(jī)制和相關(guān)政策支持，CCUS項(xiàng)目的碳減排資產(chǎn)難以在市場(chǎng)上進(jìn)行有效的交易和流通，進(jìn)一步限制了其資產(chǎn)價(jià)值的實(shí)現(xiàn)。

 

多維度協(xié)同破局開(kāi)啟綠色新篇

 

針對(duì)當(dāng)前鋼鐵行業(yè)CCUS技術(shù)面臨的困境與挑戰(zhàn)，結(jié)合我國(guó)鋼鐵行業(yè)多年來(lái)在CCUS領(lǐng)域的探索，鋼鐵行業(yè)CCUS的破局之路可以從以下幾個(gè)方面進(jìn)行推進(jìn)。

 

（一）布局“6C”全流程、全鏈條研發(fā)

 

為了突破CCUS技術(shù)在鋼鐵行業(yè)的瓶頸，構(gòu)建“6C”全流程、全鏈條研發(fā)體系至關(guān)重要。這一體系是以“碳捕集—碳利用—碳封存—碳核證—碳監(jiān)測(cè)—碳資產(chǎn)”的六位一體發(fā)展為指導(dǎo)，秉持開(kāi)放、合作的理念，積極開(kāi)展先進(jìn)技術(shù)研發(fā)與示范，加快產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用推廣、加強(qiáng)支撐能力建設(shè)，為通過(guò)CCUS實(shí)現(xiàn)減排提供系統(tǒng)支撐。

 

一方面，全力打造覆蓋全流程多場(chǎng)景的碳捕集解決方案，開(kāi)展適用于鋼鐵排放特點(diǎn)的捕集技術(shù)研發(fā)，以大規(guī)模高效減排為目標(biāo)，開(kāi)發(fā)突破性低能耗低成本技術(shù)路線；另一方面，拓展具有鋼鐵行業(yè)特色的碳利用技術(shù)，開(kāi)展與鋼鐵生產(chǎn)流程深度耦合的特色CO?利用技術(shù)研發(fā)，探索不同產(chǎn)品利用途徑；構(gòu)建CCUS減排量核算方法學(xué)體系，建立支撐技術(shù)研發(fā)與減排量核證的碳監(jiān)測(cè)體系，發(fā)揮CCUS減排量在碳中和過(guò)程中的重要作用，落實(shí)CCUS項(xiàng)目減排量的貢獻(xiàn)，為CCUS行業(yè)發(fā)展與碳中和目標(biāo)提供有力支持。

 

 

河鋼集團(tuán)多路徑CCUS技術(shù)研發(fā)與實(shí)踐

 

 

（二）構(gòu)建多場(chǎng)景研發(fā)和應(yīng)用體系

 

構(gòu)建多場(chǎng)景研發(fā)和應(yīng)用體系是推動(dòng)鋼鐵行業(yè)CCUS技術(shù)落地的有效途徑?？砂凑?ldquo;鋼廠適配、技術(shù)突破、規(guī)模利用”三步走的戰(zhàn)略推進(jìn)，對(duì)試點(diǎn)推行鼓勵(lì)措施，產(chǎn)業(yè)化項(xiàng)目進(jìn)行推廣。

 

在鋼廠適配階段，針對(duì)不同鋼鐵企業(yè)的生產(chǎn)規(guī)模、工藝特點(diǎn)和地理位置等因素，開(kāi)展個(gè)性化的CCUS技術(shù)方案設(shè)計(jì)和試點(diǎn)項(xiàng)目。鼓勵(lì)鋼鐵企業(yè)與科研機(jī)構(gòu)合作，對(duì)現(xiàn)有生產(chǎn)設(shè)施進(jìn)行小范圍的改造和優(yōu)化，測(cè)試不同CCUS技術(shù)在實(shí)際生產(chǎn)環(huán)境中的可行性和適應(yīng)性。

 

在技術(shù)突破階段，基于試點(diǎn)項(xiàng)目的經(jīng)驗(yàn)反饋，加大對(duì)關(guān)鍵技術(shù)難題的研發(fā)投入，重點(diǎn)攻克二氧化碳捕集效率低、成本高以及利用途徑有限等問(wèn)題。設(shè)立專(zhuān)項(xiàng)科研基金，吸引國(guó)內(nèi)外優(yōu)秀科研團(tuán)隊(duì)參與鋼鐵行業(yè)CCUS技術(shù)研發(fā)，推動(dòng)產(chǎn)學(xué)研用深度融合。

 

在規(guī)模利用階段，當(dāng)技術(shù)成熟度達(dá)到一定水平且成本可接受時(shí)，在鋼鐵行業(yè)進(jìn)行全面推廣。政府可以通過(guò)制定相關(guān)政策法規(guī)，如設(shè)定鋼鐵行業(yè)的碳排放強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)、提供CCUS項(xiàng)目補(bǔ)貼或稅收優(yōu)惠等，引導(dǎo)企業(yè)大規(guī)模投資和建設(shè)CCUS項(xiàng)目。同時(shí)，建立行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范，制定鋼鐵行業(yè)CCUS項(xiàng)目的設(shè)計(jì)、建設(shè)和運(yùn)行指南，建立CCUS項(xiàng)目的環(huán)境影響評(píng)估和監(jiān)測(cè)體系，確保CCUS項(xiàng)目安全高效的運(yùn)行。

 

（三）打造產(chǎn)學(xué)研用技術(shù)平臺(tái)

 

打造產(chǎn)學(xué)研用技術(shù)平臺(tái)并建立有效的協(xié)同機(jī)制是促進(jìn)鋼鐵行業(yè)CCUS技術(shù)創(chuàng)新與應(yīng)用的重要支撐。科研機(jī)構(gòu)在基礎(chǔ)研究和前沿技術(shù)研發(fā)方面具有優(yōu)勢(shì)，能夠開(kāi)展二氧化碳捕集材料、封存地質(zhì)力學(xué)等方面的深入研究。鋼鐵企業(yè)作為技術(shù)的應(yīng)用主體，能夠提供實(shí)際的生產(chǎn)場(chǎng)景和數(shù)據(jù)，推動(dòng)技術(shù)的工程化和產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用。以騰訊等為代表的企業(yè)擁有強(qiáng)大的大數(shù)據(jù)、人工智能和云計(jì)算技術(shù)，可以推動(dòng)CCUS項(xiàng)目研發(fā)與示范，提供數(shù)字化解決方案。建材等相關(guān)行業(yè)則可以為二氧化碳的利用提供廣闊的市場(chǎng)空間。

 

同時(shí)，組織開(kāi)展CCUS技術(shù)產(chǎn)學(xué)研用聯(lián)合攻關(guān)項(xiàng)目，建立CCUS技術(shù)創(chuàng)新聯(lián)盟或產(chǎn)業(yè)園區(qū)，為各方提供合作的平臺(tái)和空間，促進(jìn)技術(shù)、人才和資金的集聚，加速鋼鐵行業(yè)CCUS技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用。

 

（四）金融賦能解鎖CCUS發(fā)展?jié)摿?/div>