什么是“綠鋼”？如果我們想綠化世界，我們必須在不使用煤炭的情況下制造鋼鐵。
如果我們想綠化世界，我們必須在不使用煤炭的情況下制造鋼鐵。
去年，英國億萬富翁、實(shí)業(yè)家兼GFG聯(lián)盟負(fù)責(zé)人Sanjeev Gupta宣布，他打算通過將懷亞拉鋼鐵廠變成“綠色鋼鐵”發(fā)電廠，該廠位于南澳大利亞州人口第四多的城鎮(zhèn)（約21,000名居民）中心。
Gupta于2020年6月大張旗鼓地對懷阿拉工廠進(jìn)行了為期三個月的審查，旨在確定成本節(jié)約措施，到2024年，用超過10億美元的現(xiàn)代煉鋼設(shè)施取代目前由高污染焦化或冶金煤（一種用于制造鋼鐵基本原材料的煤炭——一種由90%碳組成的硬多孔物質(zhì)）驅(qū)動的高爐。
他計(jì)劃的核心是轉(zhuǎn)向使用當(dāng)?shù)仫L(fēng)能和太陽能發(fā)電制造氫氣，并使用氫氣而不是焦煤來生產(chǎn)鋼鐵。
南澳大利亞州政府欣然支持將該州（50%以上的能源通過可再生能源產(chǎn)生）作為“氫氣”的重點(diǎn)項(xiàng)目，總理史蒂文·馬歇爾于2019年9月宣布，“世界上沒有其他地方比南澳大利亞州更有能力生產(chǎn)、消費(fèi)和出口100%的綠色氫氣”。
當(dāng)?shù)卣J(rèn)為，氫發(fā)電廠將創(chuàng)造新的就業(yè)機(jī)會，專家對此表示同意——前提是有政治意愿開發(fā)正確的技術(shù)，以實(shí)現(xiàn)大規(guī)模氫氣生產(chǎn)，并將目前的綠色電力容量增加一倍以上（例如建造更多的風(fēng)力渦輪機(jī)）。
那么“綠鋼”是什么意思，它實(shí)際上是如何制作的？
首先，為什么是氫氣？
氫氣燃燒豐富、廉價且干凈，正被譽(yù)為未來的燃料，并已成為澳大利亞優(yōu)先低排放技術(shù)。根據(jù)政府第一份低排放技術(shù)聲明，生產(chǎn)每公斤2美元以下的清潔氫氣是優(yōu)先延伸目標(biāo)。
如果使用低排放或零排放源生產(chǎn)，氫氣可能會使能源和工業(yè)部門脫碳，這些部門加起來占全球溫室氣體排放量的近75%。僅用于生產(chǎn)鋼鐵的能源就占7%多一點(diǎn)。
根據(jù)2018年CSIRO的一份報(bào)告，氫氣的潛在用途包括通過將其用作還原劑而不是煤炭來制造綠色鋼，為電動汽車和卡車提供動力，為集裝箱船提供動力（使用氫氣制成的液氨），為發(fā)電渦輪機(jī)提供動力，甚至用于烹飪和供暖。
澳大利亞所有州都承認(rèn)氫氣是一種清潔能源，并且都致力于以反映這一現(xiàn)實(shí)的方式轉(zhuǎn)變經(jīng)濟(jì)。
但并非所有的氫氣都是干凈的或綠色的——這完全取決于它的生產(chǎn)方式。
我們需要根據(jù)三個顏色類別來考慮氫氣：“灰色”，從煤炭或天然氣等化石燃料中提取出來，產(chǎn)生排放到大氣中的二氧化碳；“藍(lán)色”，與灰色大致相同，但捕獲了二氧化碳排放；以及“綠色”——清潔的替代品，氫氣是通過一個稱為電解的過程使用電力生產(chǎn)的，該過程將水分裂成氫氣和氧氣。
如果氫氣的生產(chǎn)來自可再生能源（太陽能和風(fēng)能），則該過程不會產(chǎn)生任何二氧化碳。
什么是綠鋼，你如何制作它？
鋼鐵是現(xiàn)代世界的基建——不僅需要大量的煤炭發(fā)電來制造。鋼本身通常使用煤炭制成。如果我們想綠化世界，找到一種沒有煤炭的鋼鐵——“綠色鋼鐵”——的方法至關(guān)重要。
普通“舊”鋼主要由鐵礦石（本質(zhì)上是氧氣和鐵原子作為氧化鐵結(jié)合在一起）制成，澳大利亞擁有豐富的鐵礦石。根據(jù)美國地質(zhì)調(diào)查局的數(shù)據(jù)，澳大利亞擁有世界上最大的鐵礦石儲量，為480億噸（其次是巴西，為290億噸）。從這個角度來看，480億噸將把墨爾本板球場填滿看臺頂部——大約4000倍。
高爐生產(chǎn)生鐵是制造鋼材的第一步，使用焦炭——冶金煤研磨后出現(xiàn)的產(chǎn)品，加熱到約980°C，這個過程可以分離油、焦油、氮和灰氫等其它物質(zhì)。
每噸鋼產(chǎn)生大約兩噸二氧化碳。
生鐵仍然需要經(jīng)歷另一個稱為基本氧鋼化的過程才能變成鋼鐵，這增加了更多的溫室氣體排放。
也可以在電弧爐（EAF）中熔化廢鋼并制造新鋼。EAF生產(chǎn)液態(tài)鋼，然后可以根據(jù)行業(yè)需求（如軌道、施工梁等）鑄造和制成不同的產(chǎn)品。這是一個更可持續(xù)的過程（作為循環(huán)經(jīng)濟(jì)的一部分），產(chǎn)生大約四分之一的二氧化碳排放量（每噸鋼鐵0.5噸二氧化碳），具體取決于電力的綠色程度。問題是，沒有足夠的廢鋼來滿足需求，隨著鋼材的一次又一次地回收，質(zhì)量問題出現(xiàn)了。
那么，懷阿拉能轉(zhuǎn)變?yōu)榫G色鋼鐵生產(chǎn)嗎？
紐卡斯?fàn)柎髮W(xué)ARC澳大利亞鐵礦石先進(jìn)技術(shù)研究中心主任Tom Honeyands教授說，為了讓懷阿拉變得完全綠色，它需要用直接還原廠（使用綠色氫氣）和電弧爐（使用可再生能源）取代目前的高爐生產(chǎn)。
“他們有適合這種工藝路線的鐵礦石顆粒來源”，他們將采用與瑞典開發(fā)的名為Hybrit的類似工藝，該工藝由瑞典鋼鐵制造商SSAB、國有公用事業(yè)公司Vattenfall和礦工LKAB共同擁有。
“然而，氫氣生產(chǎn)的規(guī)模將是一個問題”。
如果你有鐵礦石顆粒，你可以直接做還原鐵（DRI）。直接還原意味著使用氫氣和一氧化碳?xì)怏w從鐵礦石中剝離氧氣以獲得金屬鐵，然后金屬鐵可以與廢料一起在電弧爐中熔化。
世界上最常見的DRI工藝是Midrex工藝，以開發(fā)該工藝的美國技術(shù)公司命名。目前，該工藝中使用的灰色氫氣和一氧化碳?xì)怏w來自天然氣，該工藝每噸鋼仍然產(chǎn)生約一噸二氧化碳。
但將來，Midrex工藝可能會進(jìn)行調(diào)整，以便在可用時使用越來越多的綠色氫氣。與綠色電力相結(jié)合，它將提供一條制造基本上零二氧化碳排放的綠色鋼的途徑，就像Hybrit技術(shù)一樣。
然而，為了使整個煉鋼過程完全綠色，需要考慮整個生產(chǎn)鏈，從用于將礦石從地下輸送的機(jī)器，到用于運(yùn)輸?shù)V石的設(shè)備，再到用于制造清潔能源風(fēng)力渦輪機(jī)的材料。
還需要考慮制造方面和技術(shù)的生命周期，而不僅僅是電力方面。目前，該項(xiàng)目處于’更好’而不是‘完美’。
僅僅從使用化石燃料衍生鋼制造的渦輪機(jī)中產(chǎn)生清潔能源是不夠的，但這至少是一個開始。
阿德萊德大學(xué)能源技術(shù)中心創(chuàng)始主任Gus Nathan教授表示，即使南澳大利亞州等已經(jīng)依賴太陽能和風(fēng)能發(fā)電，“如果我們要保持電網(wǎng)更環(huán)保，并生產(chǎn)綠色鐵/鋼產(chǎn)品，還需要建造更多的綠色電力”。
從長遠(yuǎn)來看，用氫氣制成的綠色鋼可能會在成本上與傳統(tǒng)鋼競爭。澳大利亞智庫Beyond Zero Emissions的專家顧問Michael Lord表示，在短期內(nèi)，政府和公司可能愿意支付溢價，作為其氣候承諾的一部分。
“從純粹的商業(yè)角度來看，在短期內(nèi)以這種方式生產(chǎn)鋼鐵會更昂貴”。
瑞典目前在大規(guī)模綠鋼生產(chǎn)的商業(yè)化方面處于世界領(lǐng)先地位，其H2綠色鋼廠成立于2020年，將于2024年開始生產(chǎn)綠色氫鋼。Hybrit技術(shù)于2020年在一家無化石燃料鋼試點(diǎn)工廠開始測試運(yùn)營；它希望在2026年獲得市場認(rèn)可的綠色鋼。
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