The technological change of traditional metallurgical processes centred on reducing carbon emissions has become a new trend in the development of steel industry. Replacing coal with hydrogen, changing the structure of energy consumption, and realising "low-carbon" or even "zero-carbon" industrialisation is an important technological direction to completely solve the problem of carbon emissions in steel industry. How can the iron and steel industry, with high energy consumption and carbon emissions, walk out of a new road of high-quality green development? Overseas enterprises' experiences are worth learning from. In this article, we focus on international low-carbon metallurgical advanced technologies .

　　xunzhaogangtiexingyeeryanghuatanjianpaizuiyoulujing，jinkuaiwanchenggangtiexingyelvseditanzhuanxing

，shidangxiaquanqiugangtiexingyekejigongzuozheyitongnulidezhongyaolingyuyuzhongdianfangxiang。

　　本文聚焦國外低碳冶金前沿技術進展，包括氫冶金
、氫能的來源與儲運、負碳技術和減少化石能源依賴的前沿技術，以及低碳冶金新工藝


，並提出生產“綠鋼”的工藝路徑建議。

　　目前，氫還原主要有兩種方式，一種是通過高爐風口噴吹氫

，減少煤粉及高爐中焦炭的用量；另一種是在氫基直接還原豎爐中，用氫氣還原生產直接還原鐵（DRI）。氫替代碳作為鐵還原劑，在還原過程中，生成了水，避免或減少了二氧化碳的排放。

　　據不完全統計，國外已公開的鋼鐵企業采用氫能進行低碳冶金的項目包括兩類：高爐富氫冶煉和氫基直接還原。其中，高爐富氫冶煉包括日本COURSE50項目
、德國蒂森克虜伯氫基煉鐵項目、德國迪林根和薩爾鋼鐵公司富氫煉鐵技術開發項目等，氫基直接還原包括瑞典HYBRIT項目、瑞典博登100%氫直接還原項目、德國薩爾茨吉特SALCOS項目
、奧鋼聯H2FUTURE項目、阿聯酋鋼鐵和建材公司低碳煉鐵項目、法國GravitHy公司氫氣直接還原鐵項目
、德國蒂森克虜伯氫氣豎爐直接還原（DR）+熔煉（SAF）等。高爐富氫冶煉類項目主要通過焦爐煤氣製氫和天然氣製氫。氫基直接還原類項目前期采用灰氫
，未來預計逐步過渡到采用藍氫、綠氫。

　　根gen據ju現xian有you的de氫qing製zhi取qu技ji術shu路lu線xian
，通tong過guo可ke再zai生sheng能neng源yuan進jin行xing電dian解jie水shui製zhi氫qing是shi獲huo得de綠lv氫qing較jiao為wei常chang見jian的de方fang式shi。國guo外wai用yong於yu電dian解jie水shui製zhi氫qing的de可ke再zai生sheng能neng源yuan主zhu要yao為wei太tai陽yang能neng、海上風能和水力，即通過可再生能源發電，得到“綠電”
，用“綠電”進行電解水製氫，便可以得到綠氫。在低碳冶金工藝中，已被成功應用的電解水製氫技術路線為質子交換膜電解（PEM）和堿性水電解（AE），其中質子交換膜電解水技術已經在奧鋼聯H2FUTURE中成功應用；堿性水電解製氫是當前大規模
、產業化製氫的主要技術路線。目前，該技術在蒂森克虜伯公司內部廣泛應用。蒂森克虜伯應用的堿性水電解技術具有3個方麵的特點：一是采用零間隙技術
，電極與隔膜幾乎做到零距離，減小了溶液電阻
；二是單元槽之間互相獨立，有利於後期拆裝檢修；三是電解效率可達到80%以上。

　　目(mu)前(qian)，氫(qing)儲(chu)能(neng)各(ge)個(ge)環(huan)節(jie)發(fa)展(zhan)仍(reng)有(you)諸(zhu)多(duo)問(wen)題(ti)需(xu)要(yao)解(jie)決(jue)，比(bi)如(ru)用(yong)於(yu)低(di)碳(tan)冶(ye)金(jin)的(de)氫(qing)能(neng)原(yuan)料(liao)的(de)輸(shu)送(song)問(wen)題(ti)。當(dang)前(qian)
，通(tong)過(guo)采(cai)用(yong)綠(lv)氨(an)作(zuo)為(wei)氫(qing)運(yun)輸(shu)載(zai)體(ti)，被(bei)證(zheng)明(ming)是(shi)一(yi)種(zhong)較(jiao)為(wei)經(jing)濟(ji)、合理、anquandefangshi，bufenhaishangfenglifadianxiangmutongguoyouxianzhibeilvan
，chucunyunshudaogangtieqiyehouzaizhibeilvqing，yongyugaolufuqingpenchuihuoqingjihaiyuanshulu。duiyugangtiexiangmueryan
，lianxushengchanyiweizhepipeideqingqichannengyeshilianxude。liru
，disenkelubodeqingjizhijiehaiyuanxiangmuzuikaishicaiyongdeshichuqingguanche
，houzhuanweicaiyongyunqingguandaoshusongdefangshi。

　　“零碳”技術，是指在排放二氧化碳的煙囪和設備上應用CCS（碳捕集和封存）或CCUS（碳捕集、應用和封存）技術，實現“零碳排放”。在此基礎上
，海外鋼企開展了一係列關於負碳技術的研究
，其中生物質能碳捕集與封存（bioenergy with carbon capture and storage, BECCS）技(ji)術(shu)是(shi)一(yi)項(xiang)結(jie)合(he)碳(tan)捕(bu)集(ji)和(he)封(feng)存(cun)以(yi)實(shi)現(xian)二(er)氧(yang)化(hua)碳(tan)負(fu)排(pai)放(fang)的(de)技(ji)術(shu)。從(cong)碳(tan)潛(qian)力(li)和(he)碳(tan)成(cheng)本(ben)兩(liang)個(ge)方(fang)麵(mian)來(lai)看(kan)，生(sheng)物(wu)質(zhi)能(neng)碳(tan)捕(bu)集(ji)與(yu)封(feng)存(cun)技(ji)術(shu)是(shi)未(wei)來(lai)有(you)望(wang)將(jiang)全(quan)球(qiu)溫(wen)室(shi)效(xiao)應(ying)穩(wen)定(ding)在(zai)低(di)水(shui)平(ping)的(de)關(guan)鍵(jian)技(ji)術(shu)。生(sheng)物(wu)質(zhi)能(neng)碳(tan)捕(bu)集(ji)與(yu)封(feng)存(cun)技(ji)術(shu)是(shi)指(zhi)捕(bu)集(ji)和(he)封(feng)存(cun)生(sheng)物(wu)質(zhi)燃(ran)燒(shao)或(huo)轉(zhuan)化(hua)過(guo)程(cheng)中(zhong)產(chan)生(sheng)的(de)二(er)氧(yang)化(hua)碳(tan)，從(cong)而(er)將(jiang)捕(bu)集(ji)的(de)二(er)氧(yang)化(hua)碳(tan)與(yu)大(da)氣(qi)長(chang)期(qi)隔(ge)離(li)。生(sheng)物(wu)質(zhi)本(ben)身(shen)通(tong)常(chang)被(bei)認(ren)為(wei)是(shi)“零碳排放”de
，jishengwuzhiranshaohuozhuanhuachanshengdeeryanghuatanyuqizaishengchangguochengzhongxishoudeeryanghuatandeliangxiangdang
，yinciqifengcundeeryanghuatanzaikouchuxiangguanguochengzhongdeewaipaifangzhizhihou

，jiuchengweile“負排放的二氧化碳”。國際能源署（IEA）發布的《世界能源技術展望2020——CCUS特別報告》預測，2030年後，生物質能碳捕集與封存技術將開始大規模應用；2050年、2070年，生物質能碳捕集與封存技術將分別抵消全球能源係統7%、30%的碳排放，對應約10億噸、27億噸的二氧化碳排放量；到2070年，全球1/4的生物質能利用項目將采用生物質能碳捕集與封存技術。

　　目mu前qian，生sheng物wu質zhi能neng碳tan捕bu集ji與yu封feng存cun技ji術shu在zai全quan球qiu範fan圍wei內nei尚shang處chu於yu研yan發fa和he示shi範fan階jie段duan，不bu具ju備bei大da規gui模mo商shang業ye化hua運yun行xing的de條tiao件jian。國guo外wai生sheng物wu質zhi能neng碳tan捕bu集ji與yu封feng存cun項xiang目mu分fen布bu在zai美mei國guo
、歐洲
、日本和加拿大等國家和地區
，應用於生物質乙醇工廠、生物質發電、lajifenshaofadiandenglingyu。jubuwanquantongji，meiguoyilinuoyizhougongyetanbujixiangmushimuqianquanqiuguimozuidadeshengwuzhinengtanbujiyufengcunxiangmu。gaixiangmucongyumishengchanyichundeguochengzhongbujigaochundudeeryanghuatan，yongyuxianshuicengdizhifengcun，bujiguimodadao100萬噸/年。其他的二氧化碳封存方式還有離岸封存
、地質封存等。

　　此(ci)外(wai)，直(zhi)接(jie)空(kong)氣(qi)碳(tan)捕(bu)獲(huo)與(yu)封(feng)存(cun)是(shi)為(wei)數(shu)不(bu)多(duo)的(de)能(neng)從(cong)大(da)氣(qi)中(zhong)去(qu)除(chu)二(er)氧(yang)化(hua)碳(tan)的(de)技(ji)術(shu)。直(zhi)接(jie)空(kong)氣(qi)碳(tan)捕(bu)獲(huo)與(yu)封(feng)存(cun)技(ji)術(shu)利(li)用(yong)電(dian)力(li)，通(tong)過(guo)風(feng)扇(shan)和(he)過(guo)濾(lv)器(qi)從(cong)大(da)氣(qi)中(zhong)去(qu)除(chu)二(er)氧(yang)化(hua)碳(tan)。直(zhi)接(jie)空(kong)氣(qi)碳(tan)捕(bu)獲(huo)與(yu)封(feng)存(cun)技(ji)術(shu)的(de)溶(rong)液(ye)係(xi)統(tong)使(shi)空(kong)氣(qi)通(tong)過(guo)化(hua)學(xue)溶(rong)液(ye)，去(qu)除(chu)其(qi)中(zhong)的(de)二(er)氧(yang)化(hua)碳(tan)並(bing)將(jiang)剩(sheng)餘(yu)的(de)空(kong)氣(qi)返(fan)還(hai)到(dao)大(da)氣(qi)中(zhong)，被(bei)捕(bu)獲(huo)的(de)二(er)氧(yang)化(hua)碳(tan)可(ke)以(yi)在(zai)高(gao)壓(ya)狀(zhuang)態(tai)下(xia)被(bei)壓(ya)縮(suo)，並(bing)通(tong)過(guo)管(guan)道(dao)泵(beng)輸(shu)送(song)至(zhi)深(shen)層(ceng)地(di)質(zhi)層(ceng)。據(ju)不(bu)完(wan)全(quan)統(tong)計(ji)
，目(mu)前(qian)全(quan)球(qiu)有(you)15家直接空氣碳捕獲與封存工廠

，每個工廠可捕獲約9000噸/年的二氧化碳。目前，美國得克薩斯州的二疊紀盆地（Permian盆地）正在開展一個大型的直接空氣碳捕獲與封存項目建設
，預計到2025年投入運營，屆時將達到每年捕獲100萬噸二氧化碳的目標。

　　目mu前qian，通tong過guo技ji術shu手shou段duan的de負fu碳tan技ji術shu大da規gui模mo應ying用yong仍reng麵mian臨lin諸zhu多duo挑tiao戰zhan，其qi中zhong生sheng物wu質zhi能neng碳tan捕bu集ji與yu封feng存cun需xu要yao大da規gui模mo生sheng產chan生sheng物wu能neng源yuan
，給gei土tu地di和he水shui資zi源yuan帶dai來lai壓ya力li。從cong全quan生sheng命ming周zhou期qi來lai看kan，負fu碳tan技ji術shu的de應ying用yong前qian景jing還hai需xu相xiang關guan部bu門men做zuo出chu進jin一yi步bu的de細xi致zhi評ping估gu。

　　據殼牌石油公司編撰的《BP世界能源統計年鑒》，2022年，全球一次能源需求同比增長了1.1%，其中可再生能源（不含水能）在一次能源消費結構中的占比為7.5%，化石能源在一次能源消費結構中的占比為82%。可以預計，在一段時間內，全球很難擺脫對於化石能源的依賴，研發顛覆性的新能源技術和規模化應用場景仍需要持續高額投入人力、物力和財力。

　　當(dang)前(qian)減(jian)少(shao)化(hua)石(shi)能(neng)源(yuan)的(de)主(zhu)要(yao)途(tu)徑(jing)是(shi)提(ti)高(gao)可(ke)再(zai)生(sheng)能(neng)源(yuan)在(zai)能(neng)源(yuan)消(xiao)費(fei)總(zong)量(liang)中(zhong)的(de)占(zhan)比(bi)，這(zhe)意(yi)味(wei)著(zhe)可(ke)再(zai)生(sheng)能(neng)源(yuan)在(zai)每(mei)年(nian)增(zeng)加(jia)的(de)能(neng)源(yuan)消(xiao)費(fei)總(zong)量(liang)中(zhong)占(zhan)比(bi)需(xu)不(bu)斷(duan)提(ti)高(gao)。目(mu)前(qian)，全(quan)球(qiu)鋼(gang)企(qi)公(gong)開(kai)的(de)有(you)突(tu)破(po)性(xing)進(jin)展(zhan)的(de)可(ke)再(zai)生(sheng)能(neng)源(yuan)示(shi)範(fan)項(xiang)目(mu)很(hen)少(shao)。具(ju)體(ti)來(lai)看(kan)，美(mei)國(guo)Heliogen公司是一家清潔能源公司，其正在積極開展人工智能聚光太陽能項目
，即利用陽光來製造和替代燃料。該公司專有的定日鏡（heliostat）布局和控製係統

，即使用先進的計算機軟件高度精確地通過大量鏡子陣列，將陽光反射到單一目標（焦點）上，在焦點處產生超過1000攝氏度的溫度，並將這些熱量轉化後用於生產綠氫。這一係統的目的是盡可能24小時不間斷地供應可再生能源，用集中的陽光代替化石燃料，極大地減少鋼鐵等生產活動產生的溫室氣體排放。Heliogen公司的目標是使焦點處的溫度達到1500攝氏度，再將獲取的熱量用於水電解生產綠氫。當前
，該公司已開展了5兆瓦級別的商業規模示範設施建設，並配套建設了綠氫生產裝置。

　　不(bu)管(guan)是(shi)大(da)容(rong)積(ji)高(gao)爐(lu)工(gong)藝(yi)，還(hai)是(shi)高(gao)品(pin)質(zhi)直(zhi)接(jie)還(hai)原(yuan)鐵(tie)工(gong)藝(yi)，都(dou)要(yao)以(yi)高(gao)品(pin)位(wei)鐵(tie)礦(kuang)石(shi)作(zuo)為(wei)原(yuan)料(liao)保(bao)障(zhang)
，前(qian)者(zhe)是(shi)執(zhi)行(xing)精(jing)料(liao)方(fang)針(zhen)，保(bao)證(zheng)爐(lu)況(kuang)順(shun)行(xing)穩(wen)定(ding)，後(hou)者(zhe)則(ze)是(shi)要(yao)提(ti)高(gao)直(zhi)接(jie)還(hai)原(yuan)鐵(tie)的(de)金(jin)屬(shu)化(hua)率(lv)。降(jiang)低(di)對(dui)於(yu)高(gao)品(pin)質(zhi)鐵(tie)礦(kuang)石(shi)的(de)依(yi)賴(lai)程(cheng)度(du)，提(ti)升(sheng)對(dui)於(yu)低(di)品(pin)位(wei)或(huo)相(xiang)對(dui)劣(lie)質(zhi)的(de)鐵(tie)礦(kuang)石(shi)使(shi)用(yong)量(liang)
，一(yi)直(zhi)是(shi)鋼(gang)鐵(tie)企(qi)業(ye)降(jiang)本(ben)增(zeng)效(xiao)的(de)重(zhong)要(yao)手(shou)段(duan)之(zhi)一(yi)。當(dang)前(qian)
，多(duo)家(jia)海(hai)外(wai)鋼(gang)企(qi)正(zheng)聚(ju)焦(jiao)這(zhe)一(yi)領(ling)域(yu)開(kai)展(zhan)研(yan)究(jiu)。

　　美mei國guo波bo士shi頓dun金jin屬shu公gong司si正zheng在zai開kai發fa的de熔rong融rong氧yang化hua物wu電dian解jie工gong藝yi，通tong過guo使shi用yong可ke再zai生sheng能neng源yuan生sheng產chan的de電dian力li，在zai電dian解jie槽cao中zhong將jiang低di品pin位wei鐵tie礦kuang石shi直zhi接jie還hai原yuan為wei熔rong融rong鋼gang水shui，實shi現xian一yi步bu法fa煉lian鋼gang。該gai工gong藝yi不bu僅jin可ke以yi省sheng去qu傳chuan統tong的de鐵tie前qian係xi統tong和he轉zhuan爐lu煉lian鋼gang係xi統tong，而er且qie可ke以yi實shi現xian減jian碳tan、不使用循環水、避免有害物質排放等。該公司今年在巴西投資建廠，計劃到2026年實現商業化運營。如果該工藝順利應用，將幫助美國波士頓金屬公司生產出有成本競爭力的“綠鋼”。

　　韓國浦項製鐵基於流化床反應器的HyREXgongyiyiqingqiweihaiyuanji，jiangtiekuangfenzhijiehaiyuanweihaimiantie，ranhouyongdianronglujiangqironghuaweirongrongjinshu，houduanpeizhidianluyongyushengchangangshui。gaigongyichuqishiyongfeijiaomeizuoweihaiyuanji
，zaigongyibuduangaijindeguochengzhong，puxiangzhitiejihuazhubucaiyonglvqingtidaifeijiaomeizuoweihaiyuanji。gaigongyiyekeyizhijieshiyongfenmozhuangdipinweihantiekuangwuzuoweiyuanliao，jianshaoqiyeduiyugaopinweitiekuangshideyilai。

　　安賽樂米塔爾主導的Siderwin項(xiang)目(mu)利(li)用(yong)水(shui)基(ji)電(dian)解(jie)質(zhi)，研(yan)究(jiu)在(zai)電(dian)解(jie)槽(cao)中(zhong)完(wan)成(cheng)低(di)溫(wen)鐵(tie)礦(kuang)石(shi)電(dian)解(jie)生(sheng)產(chan)金(jin)屬(shu)鐵(tie)的(de)過(guo)程(cheng)。該(gai)工(gong)藝(yi)首(shou)先(xian)將(jiang)鐵(tie)礦(kuang)石(shi)引(yin)入(ru)到(dao)電(dian)解(jie)槽(cao)，在(zai)電(dian)流(liu)流(liu)過(guo)電(dian)極(ji)時(shi)，赤(chi)鐵(tie)礦(kuang)被(bei)吸(xi)引(yin)到(dao)陰(yin)極(ji)，逐(zhu)步(bu)還(hai)原(yuan)為(wei)磁(ci)鐵(tie)礦(kuang)、氧化亞鐵、鐵離子、熔融態金屬鐵。不過，該項目自2020年由“歐洲地平線計劃”資助進行工業電池建設後
，暫時沒有其他新的進展。

　　綜合來看，國外鋼鐵企業聚焦低碳冶金前沿技術的方方麵麵
，以可再生能源供應、綠lv氫qing製zhi備bei和he電dian解jie冶ye煉lian技ji術shu等deng為wei主zhu。可ke以yi看kan到dao，當dang前qian
，低di碳tan冶ye金jin沒mei有you通tong用yong的de法fa則ze，也ye沒mei有you唯wei一yi的de解jie決jue方fang案an。跨kua學xue科ke的de共gong同tong研yan究jiu

，跨kua產chan業ye間jian的de協xie同tong耦ou合he，多duo種zhong技ji術shu的de組zu合he應ying用yong，在zai合he適shi的de地di區qu實shi施shi適shi宜yi低di碳tan冶ye金jin項xiang目mu的de示shi範fan部bu署shu和he商shang業ye化hua運yun營ying
，將jiang是shi合he理li的de發fa展zhan路lu徑jing。通tong過guo前qian文wen分fen析xi可ke以yi看kan出chu
，當dang前qian較jiao為wei合he理li的de低di碳tan技ji術shu路lu線xian為wei：利用可再生能源製備有競爭力的綠氫+大規模經濟安全可靠的綠氫儲運+氫基直接還原裝置/流化床反應器+電爐；可再生能源生產綠電+熔融氧化物電解，進而實現一步法煉鋼。上述兩條路徑最終生產出的鋼均為“綠鋼”。

　　實現一種低碳冶金技術的突破，就有望大比例、大da範fan圍wei地di改gai變bian傳chuan統tong長chang流liu程cheng鋼gang鐵tie生sheng產chan工gong藝yi，減jian少shao鋼gang鐵tie產chan品pin的de二er氧yang化hua碳tan排pai放fang。在zai多duo種zhong低di碳tan冶ye金jin技ji術shu共gong同tong突tu破po的de基ji礎chu上shang
，根gen據ju所suo在zai地di區qu實shi際ji情qing況kuang進jin行xing混hun合he部bu署shu
，鋼gang鐵tie行xing業ye的de脫tuo碳tan進jin程cheng有you望wang提ti速su。（蘇步新）