簡析2021年日本鋼鐵工業(yè)低碳發(fā)展現(xiàn)狀

 

2021年期間，日本三家鋼鐵聯(lián)合企業(yè)根據(jù)JISF的《日本政府關(guān)于2050年碳中和的日本鋼鐵工業(yè)基本政策》，分別宣布了到2050年實現(xiàn)碳中和的愿景目標，三家企業(yè)都將這一目標定位為管理的重中之重。日本制鐵建立了“環(huán)境品牌標志”，代表公司優(yōu)先開展的“零碳鋼”活動，并通過這一環(huán)境品牌標志在日本和海外積極宣傳其環(huán)境管理措施，特別是在零碳鋼方面的努力。為了促進碳中和，JFE鋼鐵公司加強了內(nèi)部管理結(jié)構(gòu)，成立了新的專業(yè)部門。相應舉措包括成立“碳循環(huán)發(fā)展部”，以促進碳循環(huán)高爐和CCU甲醇(2482, -51.00, -2.01%)合成的基本技術(shù)開發(fā)；成立“綠色原料部”，以開發(fā)適合于直接還原法的原料，并確保有助于減少CO2排放的外部鐵源。JFE鋼鐵公司還成立了一個“碳中和推進委員會”，負責統(tǒng)一討論和決策，快速、高效地落實與碳中和有關(guān)的組織和項目的重大問題，如鋼鐵新工藝開發(fā)、綠色原材料采購、中長期目標制定等，進一步加快實現(xiàn)碳中和的步伐。

 

神戶制鋼將工程業(yè)務的天然氣基直接還原煉鐵技術(shù)與鋼鐵業(yè)務的高爐操作技術(shù)相結(jié)合，證明該綜合技術(shù)可以大幅降低高爐工藝中的CO?排放。2020年10月，該公司在其加古川廠使用大型高爐（4844m3）進行了為期約1個月的驗證試驗。在驗證試驗中，將天然氣基直接還原煉鐵工藝獲得的大量熱壓塊鐵（HBI）送入高爐，證實了決定高爐CO2排放量的還原劑比可由518kg/t鐵穩(wěn)定降低至415kg/t鐵（相當于比常規(guī)工藝減少約20%的CO2排放）。神戶制鋼還實現(xiàn)了世界上最低的焦比（239kg/t鐵），為利用現(xiàn)有技術(shù)以低成本降低CO2排放的解決方案提供了前景。

 

由神戶制鋼的全資子公司美國Midrex技術(shù)公司和許可方PaulWurthS.A組成的財團，收到了一個使用天然氣生產(chǎn)HBI裝置的訂單，所需天然氣來自俄羅斯MikhailovskyHBI有限責任公司。該裝置將由Mikhailovsky在俄羅斯庫爾斯克地區(qū)的Zheleznogorsk重新建造，并將擁有全球最大的HBI產(chǎn)能（208萬噸/年）。該裝置能夠降低能源消耗和環(huán)境負荷，其設計還設想在未來完全過渡到以氫作為還原劑。該項目計劃于2024年上半年投入運營。該財團還在阿爾及利亞建成了一個年產(chǎn)能為250萬噸的裝置，該裝置于2016年由阿爾及利亞卡塔爾鋼鐵公司的貝拉拉鋼鐵廠訂購，并已開始向該公司提供直接還原鐵（DRI）作為電弧爐入爐料。使用新工廠生產(chǎn)的DRI，該鋼鐵廠計劃通過在電弧爐中熔化DRI，然后進行連鑄和連軋，生產(chǎn)大約200萬噸/年的鋼筋和線材。由于該設備具有的特點，該工藝展現(xiàn)出良好的節(jié)能效果和較高的生產(chǎn)率，由于DRI裝置與電弧爐相連，使得DRI在從DRI裝置排出時的溫度與運輸?shù)诫娀t時的溫度相同。

 

日本碳捕集與再利用（CCR）研究小組“船舶碳回收工作組”（WG）成員——日本制鐵、JFE鋼鐵、日本船級社（ClassNK）和其他成員證實，甲烷化技術(shù)產(chǎn)生的碳回收甲烷可被認定為零排放船舶燃料。在日本沿海鋼鐵廠，幾乎所有的原材料進口以及向日本和海外市場運輸?shù)匿撹F產(chǎn)品都是通過船舶運輸?shù)?，通過分離和捕集鋼鐵廠排放的CO2，并使用這些CO2合成的甲烷作為船舶燃料，可以減少整個鋼鐵供應鏈中的CO2排放。

 

在“NEDO可行性研究計劃/未知領(lǐng)域挑戰(zhàn)2050”中，日本制鐵、大阪城市大學和日本東北大學開發(fā)了世界上第一個“綠色”催化工藝，在不使用脫水劑的情況下，從常壓CO2和二醇直接合成脂肪族聚碳酸酯二醇。為了使從高爐和其他來源排放的常壓CO2作為原料發(fā)生反應，該小組開發(fā)了一種固體催化劑系統(tǒng)，使從CO2合成聚合物成為可能，而不需要使用脫水劑，必須進行回收和再利用。研究小組發(fā)現(xiàn)，如果在常壓下吹入CO2，利用化學產(chǎn)物或二醇與水的沸點差蒸發(fā)除去水分，則不需要使用脫水劑，而且在研究的金屬氧化物中，鈰氧化物（CeO2）催化劑的活性最高。

 

日本制鐵還參與了“中部地區(qū)氫利用研究小組”，研究供應鏈的建設，以實現(xiàn)穩(wěn)定、經(jīng)濟高效地供應大量氫，從而實現(xiàn)“零碳鋼”生產(chǎn)，以及為此目的所需基礎設施的建設和維護。在迄今為止的活動中，該集團已對日本中部地區(qū)各工業(yè)部門對氫氣的潛在需求進行了試驗計算，驗證了從海外來源接收氫氣到日本用戶的供應鏈，并驗證了氫氣的可轉(zhuǎn)換成本。最近，該研究結(jié)果符合“中部地區(qū)到2030年可能大規(guī)模使用氫氣的研究結(jié)果和未來舉措”。未來將通過該小組與其他行業(yè)合作提出政策建議。

 

JFE鋼鐵公司與必和必拓簽署了一份關(guān)于在鋼鐵制造過程中實現(xiàn)低碳舉措的諒解備忘錄（MOU）。兩家公司將利用澳大利亞煤炭進行聯(lián)合研究，包括高爐工藝原材料加工技術(shù)和直接還原鐵生產(chǎn)的研究，以促進開發(fā)減少CO2排放的有效技術(shù)。通過這項聯(lián)合研究，兩家公司的目標是建立一項創(chuàng)新技術(shù)，該技術(shù)將在鋼鐵行業(yè)的整個供應鏈中實現(xiàn)CO2大幅減排。

 

日本制鐵與日本CCS株式會社、日本工程推進協(xié)會、伊藤忠商事株式會社共同提交了NEDO公開招標項目“CCUS技術(shù)研發(fā)與示范/苫小牧市大規(guī)模CCUS示范/CO2運輸示范試驗”并中標。該示范項目涉及研究和開發(fā)長距離、大容量、低成本的CO2運輸技術(shù)，規(guī)模為100萬噸/年，從CO2供應區(qū)運輸?shù)绞褂煤蛢Υ娴攸c，目的是通過示范試驗和相關(guān)研究建立液化CO2船舶運輸技術(shù)。具體而言，日本制鐵和伊藤忠將以CCUS為目的開展海上運輸可行性研究，并將研究包括鋼鐵廠在內(nèi)的各種大型排放源的CO2運輸商業(yè)模式，以實現(xiàn)CO2捕集和運輸。

 

日本制鐵與日本制鐵化學材料股份有限公司、JRCM共同申請了“NEDO可行性研究計劃/新能源與環(huán)境技術(shù)可行性研究計劃/追求藍碳（海洋生態(tài)系統(tǒng)碳儲存）的供應鏈建設技術(shù)開發(fā)”項目并入選。該項目旨在利用沿海鋼鐵廠生產(chǎn)碳中和的海洋生物燃料（海藻），并構(gòu)建“本地生產(chǎn)、本地消費”的新型供應鏈，在煉鋼過程中使用海洋生物燃料。該項目將研究利用海洋生物質(zhì)作為碳源（木炭和碳材料）用于鋼鐵生產(chǎn)過程。在海洋生物燃料生產(chǎn)方面，該小組將研究利用鋼鐵廠產(chǎn)生的鐵渣和鋼渣在海藻床層培養(yǎng)的技術(shù)來積極培育海藻。這項關(guān)于海洋生物作為碳中和材料的研究是世界上第一個此類研究，該項目的目的是通過開發(fā)上述基本技術(shù)并進行可行性研究，包括總體經(jīng)濟性和CO2減排效果，創(chuàng)造一條通往示范階段的道路。

 

JFE鋼鐵公司申請了NEDO委托項目“碳循環(huán)與下一代火電技術(shù)開發(fā)/CO2減排與利用技術(shù)開發(fā)”（項目期限：2021-2024財年）并通過了以下兩個項目：①在“利用CO2合成甲醇優(yōu)化體系的開發(fā)”（與地球創(chuàng)新技術(shù)研究院（RITE）合作）中，旨在推進變壓吸附（PSA）法低成本分離CO2技術(shù)和水膜反應器技術(shù)的開發(fā)，使CO2高效合成甲醇，并構(gòu)建包括水預處理設備和甲醇合成反應產(chǎn)生的水的循環(huán)利用在內(nèi)的最優(yōu)總系統(tǒng)。由于某鋼鐵廠高爐煤氣具有CO2濃度較高、CO和H2為次要成分的顯著特點，因此其目標是最大限度地利用這些特點來實現(xiàn)低成本、高效率的甲醇合成。②在“快速、大量碳化鋼渣來固定CO2的創(chuàng)新技術(shù)研究與開發(fā)”（與愛姬大學合作）中，JFE鋼鐵公司將開發(fā)一種創(chuàng)新技術(shù)，將燃煤工業(yè)排放的CO2吹入高溫煉鋼渣中，使大量CO2在煉鋼副產(chǎn)品鋼渣的氧化鈣成分中短時間內(nèi)固定碳化。同時，通過回收CO2固定后的氣體熱量來提高能源效率，使整個過程中CO2的固定量和CO2的減少量最大化。碳化鋼渣用作路基材料，是一種需求量較大的應用。

 

在同一個NEDO項目中，神戶制鋼與神鋼生態(tài)解決方案有限公司共同申請了“利用煉鋼渣開發(fā)CO2固定工藝”項目并入選。幾乎100%的鋼渣被有效地用于土木工程和建筑材料產(chǎn)品中，其中大量產(chǎn)品被日本《綠色采購法》（官方名稱：《國家和其他實體采購環(huán)保產(chǎn)品和服務促進法》）指定為公共工程項目的“指定采購項目”，作為減輕環(huán)境負荷的產(chǎn)品。由于鋼渣中的Ca和其他堿性成分與CO2易發(fā)生反應，因此鋼渣作為一種有用的固碳材料也引起了人們的關(guān)注。但是，提高鐵渣中CO2固定后的化學產(chǎn)物碳酸鹽的利用價值，對提高鐵渣中CO2固定技術(shù)的經(jīng)濟性具有重要意義。由于鋼渣中除堿性成分外還含有雜質(zhì)，提高碳酸鹽的純度是提高其利用價值的一個挑戰(zhàn)。在各類鋼渣中，煉鋼渣中堿性成分的含量特別高。因此，神戶制鋼正在推動以煉鋼渣為重點的CO2固定技術(shù)的開發(fā)，旨在進一步減少環(huán)境負荷。

 

JFE鋼鐵公司與廣島大學在廣島大學建立了“聯(lián)合研究課程（第二階段）”，旨在實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展目標（SDGs）和社會貢獻。JFE鋼鐵公司和廣島大學原本在2011年簽署了一份全面協(xié)議，共同致力于研究利用鋼鐵生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的鋼鐵渣作為改善海洋環(huán)境的材料。2018年啟動“聯(lián)合研究課程（第一階段）”，研究范圍新擴大到土地上使用的肥料領(lǐng)域。JFE鋼鐵公司和廣島大學在這兩個領(lǐng)域推動了鋼鐵渣材料的開發(fā)和有效性驗證。兩家機構(gòu)旨在通過這些努力，加快鐵渣、鋼渣這一可循環(huán)資源的有效利用技術(shù)的實際應用。

 

日本制鐵作為代表企業(yè)，將在日本2025年世界博覽會協(xié)會和大阪商工會主辦的示范試驗中，進行鋼管樁的使用和超弱地基的改善試驗。地基改良是以鋼渣為原料，通過調(diào)整配方，調(diào)整粒徑，制備鈣礬改進劑，以提高混合軟質(zhì)疏浚土強度的一種技術(shù)。為有效利用含堿性成分的煉鋼渣，將煉鋼渣作為海洋環(huán)境修復材料。

 

在中國烏海寶杰新能源材料有限公司生產(chǎn)鋰電池負極材料的工廠開始運營。該公司是由中國寶武鋼鐵集團有限公司下屬的寶武炭材料科技有限公司與JFE化工株式會社共同出資組建的合資企業(yè)。中國現(xiàn)在已經(jīng)成為世界上最大的電動汽車市場，未來電動汽車和其他形式的電動汽車（xEVs）也有望增加。針對鋰離子電池負極材料的需求，該公司以中國電動汽車和固定式蓄電池產(chǎn)品為核心，從2022年下半年開始全面銷售負極材料（產(chǎn)能10000噸/年）。通過此次合資，JFE化工將通過該合資公司獲得新的鋰離子電池針狀焦基負極材料生產(chǎn)基地，為實現(xiàn)環(huán)境負荷低的可持續(xù)社會作出貢獻。

 

日本制鐵于2019年12月獲得了可持續(xù)管理促進組織（SuMPO）認證的“EcoLeaf”環(huán)境標簽，從輥壓H型鋼開始，現(xiàn)在已經(jīng)獲得了總共21種產(chǎn)品的認證，包括大截面尺寸固定外徑H型鋼、馬口鐵鍍錫板、無錫鍍層薄板、層壓鋼板、石油專用管材（OCTG）、干線用管、焊接輕型H型鋼和建筑結(jié)構(gòu)用板材，其次是2022年2月的鋼筋和線材產(chǎn)品。在所有情況下，這些產(chǎn)品線獲得EcoLeaf認證在日本都是第一次。EcoLeaf計劃是一個國際認證系統(tǒng)，通過使用LCA（生命周期評估）技術(shù)，考慮產(chǎn)品從資源提取到制造、分配、使用到處理或回收的整個生命周期，公開定量的環(huán)境信息?？蛻艨梢愿鶕?jù)這些信息，客觀地評價其使用的產(chǎn)品在生命周期中的環(huán)境負荷。日本制鐵正在積極推動鋼鐵產(chǎn)品環(huán)保性能的披露，以高可回收性和低環(huán)境負荷為特征，這也符合“可持續(xù)發(fā)展目標（SDGs）。”

 

JFE鋼鐵公司和日本日鐵聯(lián)合獲得了“物流環(huán)境大獎”特別獎（日本物流運輸協(xié)會贊助）。在從其西日本廠福山區(qū)運輸鋼帶卷到JFE物流公司的東京配送中心的過程中，JFE鋼鐵公司使用了特殊的船只，其中帶卷在船上裝載在托盤上，但由于窄、寬帶卷不能穩(wěn)定地裝載在托盤上，這些產(chǎn)品已經(jīng)由拖車通過陸路運輸了734公里。因此，JFE鋼鐵建立了一種運輸方法，通過使用專用的框架，可以穩(wěn)定地捆扎帶卷，防止在航行過程中出現(xiàn)產(chǎn)品墜落等問題，并將運輸工具切換為定期輪渡，往返于烏野港和千葉中心港，因此陸路運輸距離縮短至87公里（福山-云野63公里+千葉中心港-東京配送中心24公里）。這不僅使拖車司機的實際駕駛和待機時間縮短了76%，而且還在運輸過程中成功減少了22%的CO2排放量，獲得高度評價。

 

愛知制鋼與愛知物流股份有限公司在“2021財年綠色物流合作伙伴大會”共同獲得“優(yōu)秀綠色物流計劃”項目中的“綠色物流合作伙伴大會特別獎”。在這種情況下，兩家公司努力解決低載貨率航線的可視化問題，并在整個配送網(wǎng)絡中進行物流整合，以應對人員短缺等航運業(yè)務面臨的挑戰(zhàn)。因此，可以將載貨率提高20%，并大大減少行程次數(shù)，從而實現(xiàn)210噸/年的CO2減排量。這一成就被高度評價為通過整合跨分銷渠道的物流來減少環(huán)境負荷的一個案例。