鋼鐵可能是現(xiàn)代社會(huì)的重要產(chǎn)品，但它也是二氧化碳排放的主要來源。那么，在實(shí)現(xiàn)凈零排放的道路上，綠色鋼鐵能發(fā)揮什么樣的作用呢？雖然目前它的價(jià)格是傳統(tǒng)產(chǎn)品的兩倍，但它帶來了許多好處——對重鋼產(chǎn)品來說，價(jià)格只會(huì)小幅上漲。

鋼鐵的可持續(xù)性困境

鋼鐵是現(xiàn)代社會(huì)的關(guān)鍵材料。它為我們提供了房屋、橋梁、運(yùn)輸、以及基本設(shè)備和產(chǎn)品。它不僅僅是舊工業(yè)革命的遺跡——鋼鐵在低碳經(jīng)濟(jì)中也至關(guān)重要。電動(dòng)汽車、電動(dòng)公共汽車和電動(dòng)火車等綠色交通工具需要大量的鋼材，風(fēng)力渦輪機(jī)和電解槽也是如此。但是，令人遺憾的是，目前鋼鐵生產(chǎn)也是全球溫室氣體排放的主要來源。

更環(huán)保的替代品仍然需要證明自己，而且在競爭激烈的市場上，它們往往因?yàn)閮r(jià)格過于昂貴得令人望而卻步。徹底改變生產(chǎn)流程需要數(shù)年時(shí)間，因此變革往往極其緩慢。

鋼鐵是現(xiàn)代社會(huì)不可或缺的一部分

2022年全球鋼鐵使用量行業(yè)百分比：

煉鋼是一個(gè)能源密集的過程，目前的技術(shù)主要基于煤炭。如今，它每年排放27億噸二氧化碳，占全球年排放量的7%。中國、韓國和日本的這一比例分別為15%、14%和12%，幾乎翻了一番。

彭博新能源財(cái)經(jīng)(BNEF)的數(shù)據(jù)顯示，隨著全球人口不斷增長和經(jīng)濟(jì)日益繁榮的共識(shí)，到2050年，鋼鐵需求預(yù)計(jì)將增長35%。雖然該行業(yè)在能源效率方面正在改善，但如果鋼鐵生產(chǎn)繼續(xù)以煤炭為主，排放量可能會(huì)進(jìn)一步增加。

這并不完全符合創(chuàng)造凈零經(jīng)濟(jì)的目標(biāo)。所以，我們來看看可能的技術(shù)解決方案的商業(yè)案例，以減少鋼鐵行業(yè)的碳排放。我們將評估目前所處的位置，以及企業(yè)目前為實(shí)現(xiàn)凈零排放目標(biāo)所面臨的各種壓力。隨著科學(xué)的進(jìn)步和適應(yīng)，我們還將研究哪些替代燃料可以證明是技術(shù)的領(lǐng)跑者。

減少煉鋼排放的主要策略有三種：

1、緩和對鋼鐵的需求

這是一項(xiàng)艱巨的任務(wù)，因?yàn)槿藗兤毡檎J(rèn)為，到2050年，鋼鐵的需求將不斷增長，鋁和混凝土等鋼鐵的替代品也是碳密集型的。用鋼鐵代替另一種排放大量碳的產(chǎn)品，在幫助氣候方面并不是進(jìn)步。

2、提高現(xiàn)有鋼鐵廠的能源效率

這對以煤為基礎(chǔ)的老鋼鐵廠尤其有幫助，因?yàn)槭褂酶咂肺坏牡V石或采用更有效的技術(shù)將煤注入熔爐，可以減少高達(dá)30%的排放量。材料效率也可以通過使用更多的回收鋼材來提高——但目前全球85%的廢舊鋼材被回收，回收率已經(jīng)很高了。大多數(shù)鋼鐵產(chǎn)品在回收之前還要使用幾十年。因此，沒有足夠的再生鋼來滿足不斷增長的需求，世界仍然需要大量的“原鋼”。

3、在煉鋼過程中應(yīng)用技術(shù)修復(fù)

例如，通過使用清潔電力電弧爐使部分過程帶電，或者通過捕獲和儲(chǔ)存?zhèn)鹘y(tǒng)煤基鋼鐵生產(chǎn)過程中排放的碳。這項(xiàng)技術(shù)被稱為碳捕獲和儲(chǔ)存(CCS)，它保留了目前以煤為基礎(chǔ)的過程，同時(shí)可以減少75-90%的排放量。用氫等合成燃料替代煤炭是另一項(xiàng)技術(shù)解決方案，可以大大減少碳排放。如果氫是以一種清潔的方式生產(chǎn)的(即來自太陽能電池板、風(fēng)力渦輪機(jī)、水力發(fā)電或核能等低碳能源的藍(lán)色氫或綠色氫)。雖然技術(shù)修復(fù)是向凈零經(jīng)濟(jì)轉(zhuǎn)型的重要推動(dòng)因素，但它們有反彈效應(yīng)和杰文斯悖論的風(fēng)險(xiǎn)：一旦氣候影響減少，鋼鐵需求可能會(huì)上升。

考慮到減少需求和提高能源效率的局限性——盡管存在杰文斯悖論——我們認(rèn)為，CCS和氫可能在鋼鐵行業(yè)向凈零排放經(jīng)濟(jì)過渡的道路上發(fā)揮關(guān)鍵作用。

氫與電氣化相結(jié)合是凈零經(jīng)濟(jì)中綠色煉鋼的最終形式。CCS是大幅降低全球許多現(xiàn)有燃煤鋼廠碳排放的關(guān)鍵途徑，尤其是那些可能在未來許多年里仍在運(yùn)營的年輕鋼鐵廠。

請注意，由于兩個(gè)原因，我們沒有探索以氣體為基礎(chǔ)的煉鋼。首先，天然氣通常被視為一種過渡燃料，而不是凈零經(jīng)濟(jì)的主要能源。這一作用通常歸因于氫等合成燃料。其次，出于實(shí)際原因，我們必須限制建模選項(xiàng)，因?yàn)樗鼈兿喈?dāng)復(fù)雜。因此，重點(diǎn)關(guān)注煤炭路線是有意義的，煤炭路線占全球鋼鐵產(chǎn)量的70%左右，同時(shí)研究綠色鋼鐵生產(chǎn)的最終形式。

然而，我們確實(shí)相信氣基煉鋼將作為一種中間技術(shù)，并可能成為氫基煉鋼的墊腳石。事實(shí)上，最新的以天然氣為基礎(chǔ)的鋼鐵廠通常是雙燃料工廠，一旦未來綠色氫氣充足，就可以很容易地從天然氣轉(zhuǎn)換為氫氣。專家認(rèn)為，這種情況可能會(huì)在2035年以后出現(xiàn)。

CCS和氫氣能提供一個(gè)神奇的解決方案嗎？

鋼是由鐵制成的，鐵是我們最熟悉的金屬之一。自古以來，人們就開始使用鐵器，歷史學(xué)家甚至將一段650年的歷史時(shí)期稱為鐵器時(shí)代(the Iron Age，可追溯到公元前1200-550年)。工業(yè)革命使鐵變成高質(zhì)量的鋼成為可能，并引發(fā)了我們現(xiàn)代社會(huì)的許多鋼鐵應(yīng)用。

煉鋼包括兩個(gè)步驟，首先是將氧化鐵(從地下開采)還原為純鐵，然后將其轉(zhuǎn)化為鋼。有數(shù)百種不同形式的鋼，但都是由鐵制成的。

將鐵礦石轉(zhuǎn)化為鐵和隨后的鋼的過程需要非常高的溫度，因此需要能源來產(chǎn)生熱量。在傳統(tǒng)工藝中，煤既被用作將鐵礦石還原為鐵的原料，又被用作產(chǎn)生熱量的能源。

將鐵礦石轉(zhuǎn)化為鐵的第一步是迄今為止能源和碳密集度最高的階段，在以煤為基礎(chǔ)的煉鋼過程中，其碳排放量約占80%。

煤基煉鋼和氫基煉鋼的三種鋼鐵生產(chǎn)技術(shù)是本文的中心：

碳捕集與封存的好處

碳排放可以被捕獲并儲(chǔ)存在地下(CCS)或用于其他經(jīng)濟(jì)領(lǐng)域(碳捕集利用與封存，CCUS)。使用這種技術(shù)，75%到90%的排放不會(huì)進(jìn)入大氣，因此不會(huì)導(dǎo)致全球變暖。

碳捕獲和儲(chǔ)存是對抗全球變暖的一項(xiàng)相對經(jīng)濟(jì)有效的技術(shù)。管道末端的二氧化碳濃度通常非常高，這使得捕獲它們變得相當(dāng)容易和便宜。在鋼鐵生產(chǎn)中，每噸碳的CCS成本在60歐元至100歐元之間。這比電動(dòng)汽車、家庭裝修和氫基解決方案等技術(shù)要便宜得多，后者每減少一噸碳要花費(fèi)數(shù)百歐元。

即便如此，由于CCS不是強(qiáng)制性的，而且全球范圍內(nèi)的碳定價(jià)往往不夠，因此在煉鋼領(lǐng)域尚未得到大量應(yīng)用。歐洲每噸二氧化碳約85歐元的碳價(jià)開始產(chǎn)生影響，但鋼鐵生產(chǎn)商仍然享有大量的免費(fèi)配額，碳價(jià)格最近有所上漲，而對CCS的投資需要數(shù)年時(shí)間才能實(shí)現(xiàn)回報(bào)。

變革性氫路線

氫提供了完全重新設(shè)計(jì)煉鋼過程的可能性。氫的神奇之處在于它可以使整個(gè)過程幾乎不含碳！

通過氫與鐵礦石直接反應(yīng)，產(chǎn)生鐵和水，而不是鐵和二氧化碳。這個(gè)過程被稱為直接還原鐵(DRI)，已經(jīng)被用于天然氣而不是氫氣。DRI煉鋼的另一個(gè)好處是，主反應(yīng)在較低的溫度下進(jìn)行，因此需要較少的能量。

鐵礦石的還原是在一個(gè)相對較低的溫度(約1000℃)的豎爐中進(jìn)行的。還原后的鐵在電爐中進(jìn)一步加工成液態(tài)熱金屬。與其他行業(yè)一樣，電氣化是鋼鐵行業(yè)綠色發(fā)展的重要戰(zhàn)略，通過電力生產(chǎn)綠色氫和電氣化高爐來實(shí)現(xiàn)。

DRI技術(shù)具有許多優(yōu)點(diǎn)，可以顯著減少二氧化碳的排放。廢鋼或回收鋼也可以用于該過程，從而增強(qiáng)了循環(huán)性。采用DRI技術(shù)的生產(chǎn)也提供了更大的靈活性，因?yàn)檫^程更容易啟動(dòng)和停止。DRI技術(shù)可以生產(chǎn)出高質(zhì)量的鋼鐵，因此它也為專注于高端鋼鐵市場的鋼廠提供了一條綠色途徑。能源工廠也可以用氫來代替煤。煤燃燒時(shí)形成二氧化碳，而氫與氧反應(yīng)時(shí)變成水。最后，由于鐵礦石可以在較低的溫度下還原(大約1000°C而不是1500°C)，這個(gè)過程仍然需要大量的能量，但比其他情況下要少。

下圖顯示了不同煉鋼技術(shù)生產(chǎn)一公斤鋼的碳排放量：

鋼鐵生產(chǎn)的二氧化碳排放量在不同的生產(chǎn)技術(shù)之間差異很大。不同鋼鐵生產(chǎn)技術(shù)的指示性排放量以每公斤鋼鐵排放的公斤二氧化碳為單位。

生產(chǎn)一公斤鋼鐵的指示性排放。我們只關(guān)注第一類和第二類排放，因此不包括其他公司或消費(fèi)者使用鋼鐵時(shí)產(chǎn)生的第三類排放。CCS的捕集率被假定為煤基煉鋼的80%和生產(chǎn)藍(lán)氫的85%。我們將瑞典的電網(wǎng)排放量與完全基于可再生能源的電網(wǎng)(10公斤二氧化碳/MWh)相似，荷蘭的電網(wǎng)排放量與基于天然氣的電網(wǎng)(325公斤二氧化碳/MWh)相似，波蘭的電網(wǎng)排放量與基于煤炭的電網(wǎng)(735公斤二氧化碳/MWh)相似。我們展示了每公斤鋼材的排放量，以便不同生產(chǎn)技術(shù)和燃料類型的數(shù)據(jù)具有可比性。請注意，我們沒有研究以天然氣為基礎(chǔ)的煉鋼，因?yàn)樘烊粴馔ǔ１灰暈橐环N過渡燃料，而不是凈零經(jīng)濟(jì)的主要能源。這一作用歸功于完全綠色的氫(來自太陽能、風(fēng)能、水力或核能的氫)。

在不深入研究這兩條路線的所有技術(shù)細(xì)節(jié)和復(fù)雜性的情況下，有兩個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)值得注意：

首先，CCS提供了一種從根本上降低傳統(tǒng)煤炭煉鋼方式碳排放的方法。我們的指示性計(jì)算表明減排80%——考慮到一公斤鋼的碳含量從1.87公斤二氧化碳減少到0.38公斤，這是一個(gè)令人印象深刻的結(jié)果。

其次，氫提供了一種從根本上改變生產(chǎn)過程的方法，使其幾乎不排放任何二氧化碳。如果使用“完全綠色”的氫，鋼的碳含量幾乎為零——我們指的是由完全由零碳技術(shù)供電的電解槽產(chǎn)生的氫，如太陽能電池板、風(fēng)力渦輪機(jī)、水電站、核電站(或這些技術(shù)的組合)。

綠色氫的定義意味著電解槽運(yùn)行的電力只來自可再生能源(太陽能和風(fēng)能)。然而，在實(shí)踐中，情況并非如此，因?yàn)樘柲芎惋L(fēng)能并非總是可用，而且許多國家的電網(wǎng)仍然主要以化石燃料為基礎(chǔ)。目前，綠色氫中的“綠色”意味著氫氣是由可再生電力和電解槽制成的，而灰色氫和藍(lán)色氫大部分是由蒸汽甲烷重整器中的天然氣制成的。

如果電解槽由主要由燃?xì)獍l(fā)電廠供電的電網(wǎng)供電，那么鋼的碳含量將減少30%，從每公斤鋼1.87公斤二氧化碳減少到1.28公斤。這是一個(gè)顯著的進(jìn)步，但與使用CCS的傳統(tǒng)煤炭生產(chǎn)方法相比，這仍然是一個(gè)糟糕的進(jìn)步，后者可以減少80%的碳排放。連接到電網(wǎng)的電解槽將隨著整個(gè)電力系統(tǒng)的脫碳而脫碳。

最后，如果電解槽由以燃煤電廠為主的電網(wǎng)供電，鋼的含碳量將增加50%以上。所以，我們必須小心電解槽里的氫。電解槽和綠色氫從定義上講可能不是綠色的！能源起著至關(guān)重要的作用，在能源轉(zhuǎn)型的早期階段，使用傳統(tǒng)的化石能源對氣候造成損害是非常現(xiàn)實(shí)的。

不過，氫并不一定要用電解槽制造。事實(shí)上，目前世界上95%以上的氫是用天然氣生產(chǎn)的，大部分沒有CCS(灰氫)。為了減少灰氫的碳排放，需要藍(lán)氫，這將CCS過程從鋼鐵行業(yè)轉(zhuǎn)移到氫氣行業(yè)。用藍(lán)氫制成的鋼的碳含量與使用CCS的傳統(tǒng)煤基鋼非常相似(每公斤煤基鋼的二氧化碳含量為0.38千克，而每公斤藍(lán)氫鋼的二氧化碳含量為0.22千克)。藍(lán)氫對環(huán)境的污染略低于采用CCS技術(shù)的煤基鋼鐵，因?yàn)樯a(chǎn)藍(lán)氫所需的氣體排放的碳比煤少。

最后但并非最不重要的一點(diǎn)是，與傳統(tǒng)的以煤為基礎(chǔ)的煉鋼相比，用灰氫煉鋼的碳足跡要低得多。因此，鋼鐵制造商不必等到他們的電力系統(tǒng)完全依靠太陽能電池板、風(fēng)力渦輪機(jī)或核電站運(yùn)行。只要電解槽不是由燃煤電廠供電，在該行業(yè)氫轉(zhuǎn)型的早期階段，也不應(yīng)該太過擔(dān)心氫源。

煉鋼中氫氣的使用必須是藍(lán)色或綠色的，以大幅減少碳排放

SMR代表蒸汽甲烷重整；蒸汽(水)與天然氣反應(yīng)產(chǎn)生氫的化學(xué)過程。

氫基鋼的好處不僅僅是碳排放

我們的計(jì)算主要關(guān)注鋼鐵生產(chǎn)對碳的影響，因?yàn)槎趸际侨蜃兣母驹颉Ｈ欢瑲浠撋a(chǎn)還帶來了重要的額外好處。高度關(guān)注物質(zhì)(SVHCs)，包括鉛或多環(huán)芳烴(PACs)、氮氧化物(NOX)、二氧化硫(SO2)、顆粒物(PM10)和氣味也會(huì)減少，噪音可能會(huì)減少。這將改善生活環(huán)境，并大大減少對環(huán)境和當(dāng)?shù)厣鐓^(qū)的負(fù)面影響。

因此，很明顯，CCS和氫都可以在鋼鐵行業(yè)的綠色發(fā)展中發(fā)揮作用，并在實(shí)現(xiàn)凈零排放的道路上取得進(jìn)展。氫的好處甚至超過了減少碳排放。必要的條件是，所需的氫是在碳排放很少的情況下產(chǎn)生的，是藍(lán)色或“真正的綠色”的氫。一個(gè)顯而易見的問題仍然存在：為什么它還沒有發(fā)生？

答案很簡單：氫基煉鋼技術(shù)仍處于起步階段。瑞典鋼鐵制造商SSAB是2018年第一家生產(chǎn)氫基鋼的公司。今天，全世界只有少數(shù)幾個(gè)小型試點(diǎn)項(xiàng)目。

即使技術(shù)成熟，氫氣的生產(chǎn)也是非常耗能的，因此氫基鋼的價(jià)格大約是煤基鋼的兩倍。

來自“綠色”氫的鋼鐵無法與煤基鋼鐵競爭

不同鋼鐵生產(chǎn)技術(shù)的指示性無補(bǔ)貼和稅前鋼鐵成本，單位為每公斤歐元：

成本是基于歐洲的情況計(jì)算的，并基于以下假設(shè)。氫氣成本是根據(jù)45歐元/MWh的天然氣價(jià)格、110歐元/MWh的天然氣電網(wǎng)(基準(zhǔn))、99歐元/MWh的煤炭電網(wǎng)(-10%)和88歐元/MWh的可再生能源電網(wǎng)(-20%)價(jià)格來計(jì)算的。電價(jià)差異是基于2015-2023年上述國家的實(shí)際電價(jià)。電解槽效率為70%，容量系數(shù)為95%。這使得綠色氫的價(jià)格分別約為6.00歐元/公斤、5.50歐元/公斤和5.00歐元/公斤。我們使用了85歐元/噸的二氧化碳價(jià)格，并假設(shè)所有的二氧化碳都是征稅的(沒有免費(fèi)的配額)。天然氣和碳價(jià)格導(dǎo)致灰色氫成本為2.40歐元/千克，藍(lán)色氫成本為2.55歐元/千克。煤炭和石油價(jià)格分別為100美元/噸和75美元/桶，匯率為1美元=0.93歐元，鐵礦石顆粒價(jià)格為110歐元/噸。請注意，這代表了截至2023年6月初西北歐能源市場的現(xiàn)貨和未來價(jià)格(2023年)。我們已經(jīng)在高爐中應(yīng)用了85%的藍(lán)氫和80%的煤基鋼的CCS捕集率。折現(xiàn)率設(shè)定為8%，運(yùn)營費(fèi)用(OPEX)通脹為3%。請注意，我們沒有研究以天然氣為基礎(chǔ)的煉鋼，因?yàn)樘烊粴馔ǔ１灰暈橐环N過渡燃料，而不是凈零經(jīng)濟(jì)的主要能源。這一作用歸功于完全綠色的氫(來自太陽能、風(fēng)能、水力或核能的氫)。

改用綠色鋼鐵對產(chǎn)品價(jià)格影響不大

“從傳統(tǒng)鋼鐵轉(zhuǎn)向綠色鋼鐵的成本增加了一倍，但對重鋼產(chǎn)品的最終定價(jià)幾乎沒有任何影響。”

鋼鐵是一種非常便宜的產(chǎn)品。使用基于煤的技術(shù)，它每公斤的成本僅為50歐分——比一公斤土豆或一升牛奶還便宜。

關(guān)于鋼鐵的另一個(gè)令人驚訝的事實(shí)是，它在最終產(chǎn)品價(jià)格中的作用微乎其微。以汽車和海上風(fēng)力發(fā)電機(jī)為例。兩者都含有大量的鋼材——每輛汽車大約需要1噸鋼材，一臺(tái)風(fēng)力發(fā)電機(jī)需要1000噸鋼材。從傳統(tǒng)鋼鐵轉(zhuǎn)向綠色鋼鐵的成本增加了一倍，但這對重鋼產(chǎn)品的最終定價(jià)幾乎沒有任何影響。根據(jù)銷售價(jià)格的不同，它僅將汽車價(jià)格提高了1%至2%。根據(jù)風(fēng)電場的位置(淺水或深水)，風(fēng)力發(fā)電機(jī)投資所需的資本增加2%至6%。

從傳統(tǒng)的煤基鋼鐵轉(zhuǎn)向氫基鋼鐵的指示性價(jià)格影響被認(rèn)為是其成本的兩倍：

對于一輛普通汽車來說，綠色鋼鐵帶來的價(jià)格上漲僅為幾百歐元。考慮到消費(fèi)者在展廳里的選項(xiàng)列表上花了數(shù)千美元，這似乎沒什么大不了的。如果“綠色鋼”是一種選擇，那么它的成本將遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于合金輪轂等附加功能的選擇。越來越多的消費(fèi)者表示愿意花更多的錢購買綠色產(chǎn)品。一輛汽車和海上風(fēng)力發(fā)電機(jī)的成本增加遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于對綠色溢價(jià)的估計(jì)。

按照這種觀點(diǎn)，鋼鐵行業(yè)與交通運(yùn)輸行業(yè)非常不同。鋼鐵通常只占最終產(chǎn)品總成本的一小部分。航空的機(jī)票或海運(yùn)的運(yùn)費(fèi)對燃料成本更為敏感。以航空為例。用氫基合成燃料替代傳統(tǒng)航空燃料將使阿姆斯特丹至倫敦的雙向機(jī)票成本提高150%，阿姆斯特丹至紐約的票價(jià)提高400%，阿姆斯特丹至悉尼的票價(jià)提高450%。

考慮到這一點(diǎn)，看到大眾汽車(Volkswagen)等公司與薩爾茨吉特(Salzgitter AG)等大型鋼鐵制造商合作采購綠色鋼鐵也就不足為奇了。大眾汽車計(jì)劃從2025年底開始在未來的重要項(xiàng)目中使用低二氧化碳的鋼材，例如將從2026年起在沃爾夫斯堡生產(chǎn)的Trinity1 e-model。

鋼鐵巨頭投資綠色鋼鐵，但變革可能是由競爭對手推動(dòng)的

鋼鐵行業(yè)的這種轉(zhuǎn)型不僅僅是一種理論練習(xí)，世界上最大的鋼鐵制造商現(xiàn)在正走上一條實(shí)現(xiàn)凈零排放的道路。據(jù)彭博新能源財(cái)經(jīng)(BNEF)報(bào)道，超過6.15億噸(占全球產(chǎn)量的18%)的鋼鐵處于凈零排放目標(biāo)之下，其中大多數(shù)鋼鐵的目標(biāo)是到2050年實(shí)現(xiàn)碳中和。

BNEF對公司的分析在短期內(nèi)顯示出共識(shí)。幾乎所有鋼鐵制造商都同意，重點(diǎn)應(yīng)放在提高回收率和提高傳統(tǒng)煤基工藝的能源效率上，同時(shí)試點(diǎn)CCS和氫等深度脫碳技術(shù)。

對未來的展望沒有達(dá)成共識(shí)，各家公司的長期技術(shù)選擇各不相同。世界上最大的兩家鋼鐵公司——中國的寶武(Baowu)和盧森堡的安賽樂米塔爾(ArcelorMittal)——正在測試CCS和氫燃料的路線。

德國的蒂森克虜伯(ThyssenKrupp)、韓國的浦項(xiàng)制鐵(Posco)和荷蘭的塔塔鋼鐵(TataSteel IJmuiden)計(jì)劃將它們的生產(chǎn)線全部轉(zhuǎn)換為氫基生產(chǎn)。他們正在開發(fā)新的設(shè)備，以適應(yīng)氫基煉鋼中較低品位的鐵礦石。SSAB(瑞典)在氫基煉鋼方面走在前列，但計(jì)劃主要依靠更純凈的鐵，如回收鋼。

新日鐵(Nippon Steel)和JFE(都來自日本)的目標(biāo)是通過將CCS應(yīng)用于現(xiàn)有的煤基高爐來減少排放，但最近也開始研究氫。雖然美國鋼鐵公司與同行相比有些落后，但在美國加大對氫和CCS的政策支持的背景下，它可能會(huì)推出CCS和氫的試點(diǎn)項(xiàng)目。

但真正的變化可能不會(huì)來自那些資產(chǎn)負(fù)債表上擁有數(shù)十億美元煤基鋼鐵資產(chǎn)的鋼鐵巨頭。積極的一面是，這為他們提供了開發(fā)CCS和氫氣的資金。從更消極的角度來看，它可能會(huì)限制真正的變化，因?yàn)橐坏浼夹g(shù)接管，現(xiàn)有資產(chǎn)可能會(huì)陷入困境。

顛覆性變革可能由特斯拉式的新進(jìn)入者推動(dòng)。阿曼的Vulcan Green Steel是鋼鐵行業(yè)的一家新公司，計(jì)劃從零開始建造一座氫基鋼鐵廠。Blastr在挪威和芬蘭也在做類似的事情。法國的GravitHy專注于綠色鐵的生產(chǎn)。Van Merksteijn計(jì)劃在荷蘭的Eemshaven建造一個(gè)綠色鋼鐵工廠，生產(chǎn)一種專門的鋼鐵產(chǎn)品(線材)。位于瑞典北部的H2 Green Steel工廠是目前歐洲最先進(jìn)的綠色鋼鐵項(xiàng)目。

最后，烏克蘭可能成為推動(dòng)該行業(yè)變革的國家。隨著戰(zhàn)爭的持續(xù)，政治家和金融家的焦點(diǎn)是短期融資問題。但慢慢地，他們也開始考慮長期的重建工作。世界銀行估計(jì)，烏克蘭的重建將耗資4000多億美元。烏克蘭正在尋求高達(dá)400億美元的資金，為綠色馬歇爾計(jì)劃的第一部分提供資金，以重建其經(jīng)濟(jì)。重點(diǎn)將放在鋼鐵工業(yè)，目標(biāo)是建設(shè)5000萬噸綠色鋼鐵工業(yè)。

綠色鋼鐵轉(zhuǎn)型可能引發(fā)供應(yīng)鏈變革

隨著企業(yè)開始推動(dòng)變革，它們可能也會(huì)改變鋼鐵行業(yè)的商業(yè)模式。目前，大多數(shù)鋼鐵廠負(fù)責(zé)整個(gè)煉鋼過程。鐵礦石幾乎在每一個(gè)生產(chǎn)地點(diǎn)都被加工成鋼鐵。

將鐵礦石轉(zhuǎn)化為鐵的第一步是迄今為止能源和碳密集度最高的一步，約占煤炭煉鋼排放量的80%。未來，這一過程可能會(huì)從能源和氫成本高的地區(qū)轉(zhuǎn)移到成本較低的地區(qū)。例如，澳大利亞、中東和美國可能在氫氣生產(chǎn)方面具有競爭優(yōu)勢。鐵的生產(chǎn)可能集中在這些地區(qū)，然后以熱壓塊鐵(HBI)的形式運(yùn)往成本較高的地區(qū)，如歐洲。或者，它可能會(huì)在歐洲范圍內(nèi)轉(zhuǎn)移到綠色能源電價(jià)較低的地區(qū)，如挪威和瑞典北部，這些地區(qū)有充足的可用空間和大量的水電供應(yīng)，可以作為綠色鋼鐵生產(chǎn)的基本負(fù)荷。在這方面，最先進(jìn)的綠色鋼鐵廠計(jì)劃出現(xiàn)在瑞典博登市也就不足為奇了。

HBI是直接還原鐵的一種緊湊形式(用氫代替煤直接把鐵礦石變成鐵)。它們是為了長途運(yùn)輸而制造的，這樣它們就可以很容易地熔化并變成鋼。第二步可以在電弧爐中完成，電弧爐使煉鋼過程進(jìn)一步電氣化和綠色化——前提是熔爐使用低碳能源，如太陽能電池板、風(fēng)力渦輪機(jī)、水電站或核電站。

雖然煉鋼在很大程度上是一項(xiàng)綜合業(yè)務(wù)，但供應(yīng)鏈可能會(huì)向更多純鐵的全球生產(chǎn)中心和專注于將鐵轉(zhuǎn)化為不同質(zhì)量鋼的最后一步的當(dāng)?shù)毓S發(fā)展。

進(jìn)展緩慢，但未來有更多機(jī)會(huì)

鋼鐵行業(yè)被廣泛認(rèn)為是一個(gè)保守的行業(yè)，其特點(diǎn)是大型老牌企業(yè)依賴煤炭技術(shù)。進(jìn)入壁壘很高，因此變化十分緩慢。

現(xiàn)在的技術(shù)為綠色工業(yè)提供了重要的機(jī)會(huì)，要么將CCS應(yīng)用于當(dāng)前的煤基技術(shù)，要么重新設(shè)計(jì)用氫代替煤將鐵礦石轉(zhuǎn)化為鐵的過程。這聽起來很激進(jìn)，但實(shí)際上是一種進(jìn)化而不是革命。直接還原鐵技術(shù)已在氣基煉鋼中得到應(yīng)用。綠色和藍(lán)色的氫一旦充足就會(huì)占據(jù)主導(dǎo)地位。電氣化可以取代基本的氧氣爐來進(jìn)一步綠化這兩條路線。

“我們認(rèn)為，要實(shí)現(xiàn)鋼鐵行業(yè)凈零排放的目標(biāo)，CCS和氫都需要。”

原則上，有兩條可用的路線通常會(huì)引發(fā)一場關(guān)于哪條路線將占主導(dǎo)地位的激烈辯論。我們不認(rèn)為這是非黑即白的，我們認(rèn)為兩條路對于實(shí)現(xiàn)鋼鐵行業(yè)凈零排放的目標(biāo)都至關(guān)重要。發(fā)達(dá)國家可能更愿意更快地投資氫能源，而印度和中國等發(fā)展中國家和重煤國家可能會(huì)選擇更多地依賴CCS技術(shù)。氣候變化同時(shí)受益于兩者，討論的重點(diǎn)應(yīng)放在變化的速度上，而不是技術(shù)之間的較量。最后，這樣的爭論不應(yīng)該分散我們對緩和鋼鐵需求的注意力，因?yàn)閷夂蜃钣欣氖菑奈幢簧a(chǎn)出來的鋼鐵。

基本的經(jīng)濟(jì)學(xué)表明，綠色鋼鐵更貴——盡管幸運(yùn)的是，這種加價(jià)似乎對許多鋼鐵制品的消費(fèi)價(jià)格影響相對較小。

不幸的是，這種價(jià)格差距并不容易縮小。我們的計(jì)算表明，在其他條件相同的情況下，氫基鋼的價(jià)格與煤基鋼的價(jià)格相當(dāng)，如果：

1、碳價(jià)格成倍增加，從85歐元每噸二氧化碳提高到340歐元每噸，這不太可能發(fā)生，高于許多預(yù)測，普遍的預(yù)測值是：到2030年，EU-ETS碳價(jià)格每噸大約150歐元。

2、煤炭價(jià)格上漲10倍，從100美元每噸暴漲至1000美元每噸，這是不可能發(fā)生的。在世界上有著巨大的煤炭儲(chǔ)量。

3、綠色氫的價(jià)格從今天的每公斤約6歐元降低到每公斤約1.5歐元，根據(jù)彭博新能源財(cái)經(jīng)的預(yù)測，實(shí)際上這可能在2035年和2040年之間實(shí)現(xiàn)。中國巴西、非洲、中東和澳大利亞等低成本地區(qū)可能會(huì)比歐洲等高成本地區(qū)(2040年左右)更早(2035年左右)實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)。

綜合這些因素，政策制定者可以啟動(dòng)定價(jià)機(jī)制，以提高碳或煤炭的價(jià)格，從而壓制煤基鋼鐵對環(huán)境的影響，并使綠色鋼鐵更具競爭力。

降低綠色氫的成本可能是政策制定者制定降低(國內(nèi))生產(chǎn)電解槽成本的研發(fā)(R&D)政策的關(guān)鍵原因。它還可能鼓勵(lì)旨在降低運(yùn)營成本的政策，例如，通過增加電網(wǎng)中可再生能源的份額，這可能會(huì)降低電價(jià)。

最后，鋼鐵生產(chǎn)商可能會(huì)因監(jiān)管而被迫生產(chǎn)綠色鋼鐵，而綠色鋼鐵的用戶可能愿意支付溢價(jià)。

如果這些因素結(jié)合在一起，鋼鐵行業(yè)可能很快就會(huì)開始踩下碳排放的剎車踏板。