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欧洲各大钢企低碳冶金重点项目进展浅析
发布时间:2021-06-11 10:26:20 浏览:10

刘献东

碳中和推动欧盟政府先后出台了多项政策助推钢铁工业的低碳能源转型,欧洲各大钢铁企业也纷纷提出了各自的碳减排目标。安赛乐米塔尔(下称安米)计划到2050年实现碳中和;瑞典钢铁公司(SSAB)计划到2045年实现无化石能源炼钢;蒂森克虏伯(下称蒂森)承诺到2030年将二氧化碳排放量比当前水平减少30%,并将绿色钢铁产量增加至300万吨;英国钢铁公司则计划到2040年率先实现二氧化碳的净零排放。

那么,欧洲各大钢铁企业低碳冶金重点项目进展如何?

目前,欧洲各大钢铁企业已经陆续制订了各自的低碳冶金项目突破时间表:

SSAB的无化石燃料HYBRIT中试工厂于2020年8月31日投运,并且计划于2025年投产第一个HYBRIT示范工厂。除此之外,SSAB计划于2030年~2040年完成对于全部工厂高炉的改造,到2045年完全实现无化石燃料炼钢。

奥钢联的H2FUTURE绿氢中试工厂于2019年11月份投运。此外,奥钢联与三菱重工合作的HYFOR氢基粉矿还原中试机组于2020年底投运。

安米于2020年12月份完成了绿色钢材的首次销售,并计划于2022年实现绿色钢材销售量突破60万吨。3月18日,安米宣布推出XCarb计划。该计划旨在将安米目前所有低碳冶金和绿色创新项目整合为一个整体计划,以便更加有效率地实现碳中和。安米在“智能碳使用”技术路径方面的主要项目包括:2017年~2021年开展的Carbon2Value项目,旨在开发低碳技术,将钢铁生产过程中产生的二氧化碳等废气转化并应用于新的价值链;计划于2022年投运Torero示范工厂(将废木材转化为生物煤)、Steelanol示范工厂(用高炉中废气制造生物乙醇)。此外,2月份安米西班牙希洪钢厂(Gijon)成功完成了高炉富氢焦炉煤气试验。安米在“碳直接避免”技术路径方面的主要项目有:正处于设计和融资阶段的氢基直接还原技术示范工厂;将于2022年结题的SIDERWIN项目,该项目的“直接电解铁矿(121234.002.89%)石”中试线也将于明年投产。安米将组合采用“清洁电力”“循环碳”和“碳捕捉与储存(CCS)”3种形式以更快地实现碳中和。

塔塔公司于2018年开始对HIsarna项目(直接利用煤粉和粉矿的熔融还原技术)展开工业试验,并于今年计划在印度建立第2个年产能为40万吨~70万吨的试验工厂。HIsarna工艺取消了烧结和炼焦等高排放工序。有研究认为,如果该项目所采用的工艺与碳捕获、利用与封存技术集成,则可以将二氧化碳排放量减少80%~90%,或将成为可以和绿色氢基直接还原技术相提并论的另一条主流技术路径。除此之外,塔塔公司的Athos项目(排放气体加工成化工原料)计划到2027年将二氧化碳排放量减少100万吨;2030年,将在荷兰建设年产能100万吨~150万吨的工业级示范生产线。

蒂森于2019年11月11日完成了杜伊斯堡9号高炉的注入氢气试验,计划于2025年投运第一座应用绿色氢基直接还原工艺的工厂,年产能可达40万吨,同时计划于2030年将该工厂产能增加至300万吨/年。

瑞典矿业集团(LKAB)计划到2045年实现二氧化碳排放量清零,并且计划从铁矿石供应商转型为应用绿色氢基直接还原工艺的海绵铁供应商。

瑞典H2GS公司于3月份宣布,将在瑞典北部建造大型无化石能源炼钢厂。该项目同时计划建设一座千兆规模的绿色制氢厂,计划于2024年投产,到2030年年产能将达到500万吨优质钢。该项目第一阶段的总融资额约为25亿欧元,通过股权和绿色项目融资相结合的方式筹集。

欧洲钢企低碳技术与关联行业的耦合

低碳技术与绿色氢制备行业的耦合。

根据欧洲氢能组织(Hydrogen Europe)研究,氢气产业的投资集中在3个方面:氢气生产制备领域、氢气运输基础设施和存储设施的建设领域、氢气的应用领域。

目前,欧洲氢气制备市场年产规模约为1150万吨,且绝大部分为灰氢(基于传统能源)。欧盟委员会计划到2024年将电解槽产能扩大到6吉瓦,可生产100万吨绿氢;到2030年达到40吉瓦,可生产1000万吨绿氢。欧洲氢能联盟计划到2030年完成氢产业链的技术布局,整合绿氢和蓝氢的整个产业链,包括制造、使用、运输和分配等环节。灰氢目前的成本价格为1.5欧元/千克,蓝氢的成本价格为2欧元/千克,绿氢的成本价格目前最高为5.5欧元/千克。欧洲钢铁行业内普遍预计,绿氢大约到2030年能够具备和蓝氢相当的成本竞争力。

在绿氢制备技术方面,目前已经成熟的技术有3项:质子交换膜技术、碱性水电解技术、固体氧化物电解技术。

蒂森的第一个绿氢项目目前已经获得了工程合同,即为加拿大魁北克水电公司建设一座88兆瓦、年产1.11万吨绿氢的电解水厂。该电解水厂的调试工作计划于2023年下半年进行。除此之外,蒂森还与STEAG能源公司合作,在蒂森的杜伊斯堡STEAG工厂建立电解水厂,该厂所制造的绿氢将被应用于蒂森自己的氢冶金工艺。

德国钢铁制造商萨尔茨吉特钢厂(Salzgitter)现已安装了世界上最大的高温电解槽。该设施的额定输出为720开尔文,每小时可生产200标准立方米的氢气。WindH2项目是Salzgitter研发低二氧化碳炼钢技术SALCOS®项目的基石,由可再生能源生产的氢气替代冶炼铁矿石所需的碳。Salzgitter计划于2050年完成企业的低碳能源转型,同时将二氧化碳排放量减少约95%。

除此之外,Salzgitter、蒂森等7家公司组成联盟,并计划于2024年建立氢经济产业链,该产业链将覆盖从绿氢制造、运输、储存到工业应用等各个环节。该项目计划在2024年~2030年分步骤推进,目前正在通过欧洲共同利益的重点项目计划(IPCEI)寻求公共资金援助。

在蓝氢制备技术方面,蒂森与挪威能源公司Equinor和天然气输送系统运营商OGE合作开展了H2morrow联合项目研究。该项目旨在利用天然气生产蓝氢,并在海上永久性地储存二氧化碳。据悉,整个项目的价值链预计最早可以于2027年建立。

低碳技术和绿色能源行业的耦合。

绿色能源是制造绿氢的基础。因此,欧洲钢铁企业在涉足制氢领域的同时,也逐渐涉足绿色能源领域,包括陆上风能、海上风能、太阳能等。

目前,Salzgitter正在建设与氢气电解对接的风力发电设施,总装机容量为30兆瓦,包括7台风力发电机,其中的3台将建在Salzgitter的Flachstahl工厂,另外4台将建在该公司的其他工厂。

低碳技术和化工行业的耦合。

碳捕捉与利用过程可将炼钢产生的一氧化碳或二氧化碳等废气用作化学工业的原料,制造燃料、肥料和其他有价值的产品。

“INITIATE”为欧洲钢铁行业与化学工业合作的创新型工业转型项目,将开发新型的协同循环技术,将钢铁行业的残留富碳气体转化为高纯度尿素。目前,欧盟政府已拨款2100万欧元以援助和鼓励钢铁行业和化工行业之间建立工业共生关系。该项目于2020年11月份正式启动,预计将持续4年~5年的时间。

来源:中国冶金报

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