鋼鐵行業(yè)是實現(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)是實現(xiàn)碳中和的重要領(lǐng)域

 

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

 

為了落實“雙碳”目標，近年來我國鋼鐵行業(yè)積極破局，中國鋼鐵工業(yè)協(xié)會在其發(fā)布的《中國鋼鐵工業(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)實現(xiàn)碳達峰和碳中和的目標。作為世界鋼鐵生產(chǎn)的中心，中國的鋼鐵產(chǎn)量連續(xù)多年位居全球首位，正在通過結(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)實現(xiàn)碳中和的變革性技術(shù)

 

國際能源署（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。通過捕集鋼鐵生產(chǎn)過程中的二氧化碳，并將其運輸?shù)胶线m的地點進行封存或利用，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CCUS技術(shù)實現(xiàn)的二氧化碳減排量需占總減排量的8%。在這一過程中，涉及多個關(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；在運輸環(huán)節(jié)，要建立完善的管道運輸網(wǎng)絡(luò)或優(yōu)化運輸載體，確保二氧化碳能夠經(jīng)濟、安全地運輸?shù)侥康牡?；對于封存或利用，需要尋找合適的地質(zhì)構(gòu)造進行地下封存，或者開發(fā)創(chuàng)新的利用技術(shù)，如將二氧化碳轉(zhuǎn)化為有價值的化學品或材料。

 

中國鋼鐵工業(yè)協(xié)會在推動鋼鐵行業(yè)碳中和的進程中，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，重點關(guān)注如何實現(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)過程中不同工序的特點，開發(fā)針對性的捕集工藝，如針對高爐煉鐵、轉(zhuǎn)爐煉鋼等環(huán)節(jié)的廢氣特點，設(shè)計高效的分離和捕集系統(tǒng)。在利用方面，鼓勵企業(yè)開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，還能降低對傳統(tǒng)化石能源還原劑的依賴，實現(xiàn)資源的循環(huán)利用和工藝的綠色升級。

 

河鋼集團堅持做行業(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)略儲備技術(shù)，積極推動其從戰(zhàn)略前沿向產(chǎn)業(yè)化方向的轉(zhuǎn)變。通過持續(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)利用的試點項目，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，逐步擺脫對化石能源的束縛，為鋼鐵行業(yè)的綠色轉(zhuǎn)型提供實踐經(jīng)驗。

 

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：工序多、濃度低

 

鋼鐵生產(chǎn)過程工序復(fù)雜，包括燒結(jié)、煉鐵、煉鋼、軋鋼等多個環(huán)節(jié)，每個環(huán)節(jié)都會產(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%，相對較低，這給二氧化碳的捕集帶來了巨大挑戰(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，還會增加設(shè)備投資和運行成本，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)大多依賴于化學吸收、吸附或膜分離等方法，化學吸收法需要大量的吸收劑，且吸收劑的再生過程能耗較高；膜分離法雖然具有操作簡單等優(yōu)點，但目前的膜材料對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)濟性尚待提高。二氧化碳后續(xù)的利用途徑相對有限，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)濟上難以承受CCUS項目的成本，進一步制約了技術(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地或二氧化碳利用企業(yè)較遠，這就增加了二氧化碳運輸?shù)某杀竞惋L險。長距離運輸需要建設(shè)專門的管道或采用其他運輸方式，而管道建設(shè)投資巨大，且涉及復(fù)雜的土地征用、環(huán)境評估等問題；采用其他運輸方式（如罐車運輸）則成本高昂且運輸量有限。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)的二氧化碳排放無法找到合適的去處，而一些潛在的封存或利用地點又缺乏足夠的二氧化碳供應(yīng)，影響了CCUS項目的整體效益。

 

（四）資產(chǎn)價值未體現(xiàn)

 

盡管CCUS項目在減少碳排放方面具有重要意義，但目前其資產(chǎn)價值在市場評估中尚未得到充分體現(xiàn)。企業(yè)在投資CCUS項目時，往往面臨著資金的壓力，而CCUS項目帶來的碳減排效益卻難以轉(zhuǎn)化為實際的經(jīng)濟回報。在傳統(tǒng)的財務(wù)核算體系下，CCUS項目的設(shè)備投資、運行成本等被視為企業(yè)的支出，而二氧化碳減排所帶來的環(huán)境效益和潛在的經(jīng)濟價值卻沒有得到合理的估值和認可。這些因素導(dǎo)致企業(yè)在決策過程中缺乏足夠的動力去投資CCUS項目，也影響了金融機構(gòu)對CCUS項目的融資支持。此外，由于缺乏完善的碳市場定價機制和相關(guān)政策支持，CCUS項目的碳減排資產(chǎn)難以在市場上進行有效的交易和流通，進一步限制了其資產(chǎn)價值的實現(xiàn)。

 

多維度協(xié)同破局開啟綠色新篇

 

針對當前鋼鐵行業(yè)CCUS技術(shù)面臨的困境與挑戰(zhàn)，結(jié)合我國鋼鐵行業(yè)多年來在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方面進行推進。

 

（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—碳資產(chǎn)”的六位一體發(fā)展為指導(dǎo)，秉持開放、合作的理念，積極開展先進技術(shù)研發(fā)與示范，加快產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用推廣、加強支撐能力建設(shè)，為通過CCUS實現(xiàn)減排提供系統(tǒng)支撐。

 

一方面，全力打造覆蓋全流程多場景的碳捕集解決方案，開展適用于鋼鐵排放特點的捕集技術(shù)研發(fā)，以大規(guī)模高效減排為目標，開發(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減排量核算方法學體系，建立支撐技術(shù)研發(fā)與減排量核證的碳監(jiān)測體系，發(fā)揮CCUS減排量在碳中和過程中的重要作用，落實CCUS項目減排量的貢獻，為CCUS行業(yè)發(fā)展與碳中和目標提供有力支持。

 

 

河鋼集團多路徑CCUS技術(shù)研發(fā)與實踐

 

 

（二）構(gòu)建多場景研發(fā)和應(yīng)用體系

 

構(gòu)建多場景研發(fā)和應(yīng)用體系是推動鋼鐵行業(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，對試點推行鼓勵措施，產(chǎn)業(yè)化項目進行推廣。

 

在鋼廠適配階段，針對不同鋼鐵企業(yè)的生產(chǎn)規(guī)模、工藝特點和地理位置等因素，開展個性化的CCUS技術(shù)方案設(shè)計和試點項目。鼓勵鋼鐵企業(yè)與科研機構(gòu)合作，對現(xiàn)有生產(chǎn)設(shè)施進行小范圍的改造和優(yōu)化，測試不同CCUS技術(shù)在實際生產(chǎn)環(huán)境中的可行性和適應(yīng)性。

 

在技術(shù)突破階段，基于試點項目的經(jīng)驗反饋，加大對關(guān)鍵技術(shù)難題的研發(fā)投入，重點攻克二氧化碳捕集效率低、成本高以及利用途徑有限等問題。設(shè)立專項科研基金，吸引國內(nèi)外優(yōu)秀科研團隊參與鋼鐵行業(yè)CCUS技術(shù)研發(fā)，推動產(chǎn)學研用深度融合。

 

在規(guī)模利用階段，當技術(shù)成熟度達到一定水平且成本可接受時，在鋼鐵行業(yè)進行全面推廣。政府可以通過制定相關(guān)政策法規(guī)，如設(shè)定鋼鐵行業(yè)的碳排放強度標準、提供CCUS項目補貼或稅收優(yōu)惠等，引導(dǎo)企業(yè)大規(guī)模投資和建設(shè)CCUS項目。同時，建立行業(yè)標準和規(guī)范，制定鋼鐵行業(yè)CCUS項目的設(shè)計、建設(shè)和運行指南，建立CCUS項目的環(huán)境影響評估和監(jiān)測體系，確保CCUS項目安全高效的運行。

 

（三）打造產(chǎn)學研用技術(shù)平臺

 

打造產(chǎn)學研用技術(shù)平臺并建立有效的協(xié)同機制是促進鋼鐵行業(yè)CCUS技術(shù)創(chuàng)新與應(yīng)用的重要支撐。科研機構(gòu)在基礎(chǔ)研究和前沿技術(shù)研發(fā)方面具有優(yōu)勢，能夠開展二氧化碳捕集材料、封存地質(zhì)力學等方面的深入研究。鋼鐵企業(yè)作為技術(shù)的應(yīng)用主體，能夠提供實際的生產(chǎn)場景和數(shù)據(jù)，推動技術(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)擁有強大的大數(shù)據(jù)、人工智能和云計算技術(shù)，可以推動CCUS項目研發(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空間。

 

同時，組織開展CCUS技術(shù)產(chǎn)學研用聯(lián)合攻關(guān)項目，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和空間，促進技術(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>