中國(guó)鐵合金網(wǎng)訊:
??國(guó)際能源署(IEA)在最近公布的《能源技術(shù)展望》中為鋼鐵行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展設(shè)計(jì)了技術(shù)路線圖。報(bào)告中稱,鋼鐵對(duì)現(xiàn)代經(jīng)濟(jì)至關(guān)重要,預(yù)計(jì)未來幾十年全球鋼鐵需求將繼續(xù)增長(zhǎng)。但要想滿足下游需求,鋼鐵工業(yè)仍面臨巨大挑戰(zhàn)。這是因?yàn)殇撹F工業(yè)在保持競(jìng)爭(zhēng)力的同時(shí),還需要尋找一條可持續(xù)發(fā)展的道路。
鋼鐵與能源相互依賴
鋼鐵深深扎根于當(dāng)今社會(huì),房屋、學(xué)校、醫(yī)院、橋梁、汽車和火車的建造都需要鋼材。鋼鐵也是能源轉(zhuǎn)型不可或缺的材料,太陽能電池板、風(fēng)力渦輪機(jī)、大壩和電動(dòng)汽車都在不同程度上依賴于鋼鐵。自20世紀(jì)70年代以來,由于經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)、城市化、基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)等,全球鋼鐵需求已增長(zhǎng)逾三倍,并將繼續(xù)增長(zhǎng)。
在重工業(yè)中,鋼鐵工業(yè)在二氧化碳排放方面排名第一,在能源消耗方面排名第二。鋼鐵工業(yè)每年直接排放2.6Gt二氧化碳,占全球能源系統(tǒng)總排放量的7%,超過公路貨運(yùn)的排放量。鋼鐵工業(yè)目前是最大的煤炭消費(fèi)行業(yè),煤炭提供了約75%的能源需求。煤炭被用來產(chǎn)生熱量和制造焦炭,而焦炭在還原鐵礦石的化學(xué)反應(yīng)中發(fā)揮著重要作用。
需求增長(zhǎng)帶來碳減排挑戰(zhàn)
到2050年,預(yù)計(jì)全球鋼鐵需求將增長(zhǎng)逾三分之一。新冠肺炎疫情對(duì)全球供應(yīng)鏈產(chǎn)生了巨大沖擊,估計(jì)2020年全球粗鋼產(chǎn)量相比2019年將下降5%。中國(guó)逆勢(shì)而上,基于今年上半年強(qiáng)勁的產(chǎn)出水平,預(yù)計(jì)2020年鋼產(chǎn)量將會(huì)增加。在短期全球經(jīng)濟(jì)衰退之后,鋼鐵工業(yè)回到了國(guó)際能源署基線預(yù)測(cè)的強(qiáng)勁增長(zhǎng)軌道。盡管能源密集程度較低的二次生產(chǎn)所占的比例會(huì)更高,但如果不采取有針對(duì)性的措施,盡可能減少鋼鐵需求,如果不對(duì)目前的生產(chǎn)體系進(jìn)行大刀闊斧的改革,預(yù)計(jì)二氧化碳排放量將會(huì)繼續(xù)上升,那么在2050年之前,每年二氧化碳排放量將達(dá)到2.7Gt。
鋼材是目前使用的、回收程度最高的材料之一。全球約70%的鋼鐵原料來源于鐵礦石,其余則來自回收的廢鋼。利用廢鋼生產(chǎn)鋼材所需的能源大約是鐵礦石生產(chǎn)的八分之一,主要是以電力的形式,而不是利用焦炭對(duì)鐵礦石進(jìn)行還原。以廢鋼為原料的生產(chǎn)方式最大優(yōu)點(diǎn)就是回收率高(全球平均水平約80%-90%)。不過,廢鋼不能完全滿足鋼鐵工業(yè)的原料需求,因?yàn)楫?dāng)前粗鋼產(chǎn)量遠(yuǎn)高于廢鋼的產(chǎn)量。這意味著,為了達(dá)到氣候目標(biāo),不能僅僅依靠回收再利用來減少鋼鐵工業(yè)的二氧化碳排放量。
如果要實(shí)現(xiàn)能源和氣候目標(biāo),就不能忽視現(xiàn)有的基礎(chǔ)設(shè)施。全球粗鋼產(chǎn)能在過去20年中翻了一倍多,四分之三的增長(zhǎng)都發(fā)生在中國(guó),目前約85%的總產(chǎn)能位于新興經(jīng)濟(jì)體。這種快速增長(zhǎng)導(dǎo)致全球高爐平均壽命約為13年,不到一般正常高爐壽命的三分之一。在目前的條件下,如果一直運(yùn)行到其退役,這些鋼鐵企業(yè)可能會(huì)產(chǎn)生約650億噸二氧化碳的累計(jì)排放量。這將耗盡鋼鐵工業(yè)在過渡時(shí)期的大部分二氧化碳排放預(yù)算,無法為未來幾十年新增產(chǎn)能留下回旋余地。
提高材料利用效率
為了實(shí)現(xiàn)全球能源和氣候目標(biāo),到2050年,鋼鐵工業(yè)排放量必須至少減少50%,此后將繼續(xù)追求零排放。由國(guó)際能源署發(fā)布的《可持續(xù)發(fā)展方案》,為能源系統(tǒng)到2070年力爭(zhēng)實(shí)現(xiàn)凈零排放提出了一條雄心勃勃的路徑。盡管更有效地利用原材料有助于降低與基線預(yù)測(cè)相應(yīng)的總體需求水平,但相對(duì)于當(dāng)今1.4噸二氧化碳的噸鋼排放水平,到2050年之前,鋼鐵生產(chǎn)直接二氧化碳平均排放強(qiáng)度必須下降60%,方能降至0.6噸二氧化碳的噸鋼排放水平。
相對(duì)于基線預(yù)測(cè),在供應(yīng)鏈上推行一系列提高材料使用效率的措施,將使2050年全球鋼材需求減少約五分之一,節(jié)約的鋼材需求主要是由延長(zhǎng)建筑壽命等帶來的!犊沙掷m(xù)發(fā)展方案》認(rèn)為,材料效率戰(zhàn)略占到二氧化碳累計(jì)減排量的40%。
改善現(xiàn)有設(shè)備的能源效率
最先進(jìn)的高爐的能源強(qiáng)度已經(jīng)接近實(shí)際的最低能源要求。對(duì)于效率低下的設(shè)備,目前的能源績(jī)效與最佳做法之間的差距可能要大得多,但由于能源在生產(chǎn)成本中占很大比例,業(yè)內(nèi)鼓勵(lì)更換效率最高裝備。根據(jù)《可持續(xù)發(fā)展方案》,改善運(yùn)行效率,包括加強(qiáng)過程控制和預(yù)測(cè)性維修策略,以及采用最佳可行性技術(shù),可減少約20%的二氧化碳累計(jì)排放量。
創(chuàng)新性技術(shù)的研發(fā)和應(yīng)用
煉鋼新工藝至關(guān)重要。氫氣,碳捕獲、利用與儲(chǔ)存(CCUS),生物能源和直接電氣化都是實(shí)現(xiàn)煉鋼大幅減排的有效途徑,目前正在探索多種全新的工藝。能源價(jià)格、技術(shù)成本、原材料供應(yīng)情況和區(qū)域政策前景在《可持續(xù)發(fā)展方案》中都是影響技術(shù)組合的因素。一些國(guó)家獲得低成本的可再生能源電力(每兆瓦時(shí)20-30美元),為氫基直接還原鐵(DRI)的工藝路線提供了競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì),到2050年,這種工藝路線將接近全球粗鋼產(chǎn)量的15%。在當(dāng)?shù)卣攮h(huán)境有利、廉價(jià)化石燃料豐富的地區(qū),創(chuàng)新的熔融還原、天然氣基DRI以及各種創(chuàng)新高爐概念,都會(huì)配備CCUS設(shè)施!犊沙掷m(xù)發(fā)展方案》認(rèn)為,氫氣和CCUS合計(jì)約占累計(jì)減排量的四分之一。
新技術(shù)必須以極快的速度部署,新的基礎(chǔ)設(shè)施也必須啟動(dòng)。盡管中國(guó)等新興經(jīng)濟(jì)體開始向電爐生產(chǎn)轉(zhuǎn)變,同時(shí)廢鋼供應(yīng)量也在增加,也可能會(huì)平穩(wěn)過渡到大批量的電爐生產(chǎn),但伴隨這一轉(zhuǎn)變,還需要迅速推出目前尚處于早期開發(fā)階段的技術(shù)。《可持續(xù)發(fā)展方案》認(rèn)為,在市場(chǎng)推出新技術(shù)后,全球范圍內(nèi)需要每月部署一個(gè)氫基DRI工廠。到2050年之前,電力需求將增加720太瓦時(shí),相當(dāng)于現(xiàn)在電力消耗總量的60%。在2050年之前,同時(shí)部署裝備了CCUS的工廠需要在全球范圍內(nèi)捕獲大約0.4Gt二氧化碳,相當(dāng)于從2030年起每2-3周部署一個(gè)大型CCUS設(shè)施(每年捕獲100萬噸二氧化碳)。
沒有凈零排放煉鋼技術(shù)的創(chuàng)新,就不可能實(shí)現(xiàn)大幅減排!犊沙掷m(xù)發(fā)展方案》預(yù)測(cè),到2050年累計(jì)減排量的30%來自當(dāng)今處于示范或原型階段的煉鋼技術(shù)!犊沙掷m(xù)發(fā)展方案》認(rèn)為,如果不繼續(xù)努力通過創(chuàng)新促進(jìn)這些技術(shù)的發(fā)展,就不可能快速部署CCUS和低碳?xì)錃庠O(shè)施。部分快速創(chuàng)新案例探討了將能源系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)凈零排放的日期提前到2050年的技術(shù)含義。在快速創(chuàng)新案例中,到2050年,每年的減排量中近四分之三來自當(dāng)前還未商業(yè)化的技術(shù),相當(dāng)于可持續(xù)發(fā)展愿景的約40%。
政府推動(dòng)加速轉(zhuǎn)型
鋼鐵工業(yè)的可持續(xù)轉(zhuǎn)型不會(huì)自行實(shí)現(xiàn),需要政府發(fā)揮核心作用,出臺(tái)多種政策組合來推動(dòng)。包括設(shè)定二氧化碳減排的長(zhǎng)期和不間斷目標(biāo)、管理現(xiàn)有資產(chǎn)和短期投資、創(chuàng)建實(shí)現(xiàn)凈零排放的鋼鐵市場(chǎng)、支持凈零排放煉鋼技術(shù)的示范工廠、提升材料效率、提高國(guó)際合作和確保公平的全球競(jìng)爭(zhēng)、開發(fā)凈零排放技術(shù)基礎(chǔ)設(shè)施、追蹤進(jìn)展和改進(jìn)數(shù)據(jù)采集方式。
技術(shù)路線圖的期限延長(zhǎng)到2050年,但是政府和決策者應(yīng)該了解,2030年是加快轉(zhuǎn)型的關(guān)鍵窗口,需要從現(xiàn)在開始在三個(gè)優(yōu)先領(lǐng)域制定具體和可衡量的目標(biāo)。一是技術(shù)性能和材料效率。在部署創(chuàng)新技術(shù)和促進(jìn)基礎(chǔ)設(shè)施發(fā)展方面,為減輕負(fù)擔(dān),必須立即抓住機(jī)會(huì),通過現(xiàn)有的最佳技術(shù)和措施,更有效地利用能源和材料。二是現(xiàn)有資產(chǎn)和新的基礎(chǔ)設(shè)施。必須出臺(tái)一項(xiàng)計(jì)劃,處理現(xiàn)有資產(chǎn),規(guī)定只需一個(gè)投資周期,就能降低二氧化碳排放強(qiáng)度。同時(shí),建立全新的氫氣和二氧化碳運(yùn)輸及儲(chǔ)存基礎(chǔ)設(shè)施,為部署創(chuàng)新性技術(shù)鋪平道路。三是積極開展研發(fā)和中試。未來十年創(chuàng)新性凈零排放技術(shù)的中試和示范項(xiàng)目必須與2030年后的目標(biāo)一致。在這方面,新冠肺炎疫情導(dǎo)致了經(jīng)濟(jì)危機(jī),由此帶來挑戰(zhàn),也帶來機(jī)遇,這些關(guān)鍵的技術(shù)創(chuàng)新是實(shí)現(xiàn)碳中和的先決條件。
來源:《世界金屬導(dǎo)報(bào)》??
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