欧盟“碳中和大陆”背景下的冶金技术革命

　　前两期（详见《中国冶金报》2020年9月4日、9月11日2版）介绍了欧洲钢铁工业联盟（Eurofer，欧钢联）为实现温室气体减排承诺而推进的2条主要技术路线（“智能碳使用”“碳直接避免”）的重点项目，本期探索欧盟“碳中和大陆”背景下，钢铁行业开启冶金技术革命的实践和成效。

　　围绕碳中和 欧盟动作频

　　近段时间以来，欧盟密集出台了一系列政策，钢铁行业正酝酿新一轮的突破性技术革命。而这背后的逻辑是欧盟成为第一个“碳中和大陆”的愿景。

　　2019年12月11日，欧盟委员会发布了《欧洲绿色新政》，力争到2050年使欧洲成为第一个“碳中和大陆”。紧接着，欧盟委员会于2020年3月5日发布了《气候法草案》，以落实《欧洲绿色新政》。

　　目前，欧盟委员会已经开始设计碳边境税，计划于2021年~2022年左右实施，将对欧盟进口的碳密集型商品征收碳边境税。届时，以燃煤发电为主的工业化国家将遭受较大冲击。如果加征碳边境税，中国、巴西、俄罗斯、印度和几个东南亚国家都可能面临国内产品成本上涨的风险，也将成为金属产品出口受影响最大的一批国家。标准普尔全球普氏公司认为，全球主要的金属生产地区可能会在5年内开始在境内征收碳排放税。

　　同时，欧盟委员会将设立“公正转型基金”，旨在筹集500亿欧元基金，用于帮助炼油厂和钢铁厂等重工业减少污染物排放。该基金将关注所有的二氧化碳密集型领域。

　　在这样的背景下，欧洲钢铁行业将完成重大的技术突破，既包括自身制造工艺的革命性技术突破，也包括支撑下游行业实现碳中和目标的材料解决方案。欧钢联认为，由于目前的冶金技术已基本达到极限，钢铁工业的碳中和之路，实际上是一场技术革命。

　　事实上，欧盟委员会把“碳中和”概念作为“后疫情复苏计划”的切入点，将成立欧盟复苏基金，旨在降低欧洲各行业的能耗。比如，欧盟委员会计划通过一项200亿欧元的资助和贷款担保计划，以推动新能源汽车的发展。汽车制造商将承诺到2028年结束柴油和汽油汽车的销售。欧盟还将在2025年前建立200万个电动和氢动力汽车充电站。

　　7月3日，欧盟委员会创新基金发起首次提案征集。第一个提案将向涉及清洁技术的大型项目提供10亿欧元的拨款，以帮助这些项目规避商业化和工业级示范项目阶段的风险。创新基金是世界上最大的低碳创新技术示范项目基金之一，将资助可再生能源、能源储存以及碳捕获、使用和储存等方面的突破性技术，资金来自欧盟排放交易体系排放配额的拍卖收入。创新基金还计划在2020年~2030年期间，从欧盟排放交易体系下的配额拍卖中拨款约100亿欧元。

　　“氢城市”也迅速成为一个重要的概念，它将氢整合性地融入城市的经济和基础设施之中，以实现减少碳排放的目标。整合的关键要素包括能源储存、运输和工业生产等环节。目前，法国已经明确了“氢路线图”。

　　推动碳减排 钢企响应忙

　　欧钢联对《欧洲绿色新政》做出了积极响应，并大力推动“零碳炼钢工艺”和“碳边界”调整。欧盟钢铁行业已开始着手研究一系列低碳和碳中和的解决方案，并确定了碳减排的2条主要技术路线，也就是前两期介绍的“智能碳使用”和“碳直接避免”技术路线。

　　欧洲主要钢企也纷纷围绕碳减排发表了立场、目标及路线图。比如，SSAB（瑞典钢铁）建造了世界上第一个以氢直接还原铁矿石为基础的试点工厂，将于2020年下半年投产，近期又提前启动了中试线项目，目标是在全球率先实现无化石燃料冶炼；意大利Acciaieria Arvedi设定目标，期望成为世界上第一家实现碳中和的生产商；瑞典Ovako全生命周期碳排放比全球同行业低80%，其特色是通过夹杂物控制、提高产品疲劳强度来减少全生命周期的碳排放；德国Salzgitter（萨尔茨吉特）启动了DRI（直接还原铁）可行性研究；印度塔塔钢铁在欧洲推动最大绿色氢应用产业集群建设；安赛乐米塔尔确定了到2030年实现碳减排30%的目标。

　　为实现钢铁行业碳中和目标，欧盟组织了一系列研发基金项目。如今年初结题的“低碳未来”项目，在“碳直接避免”研究、碳捕获和使用、碳减排与循环经济等诸多领域形成了大量的技术成果。刚刚启动的“绿色钢铁”项目，则是“低碳未来”项目的后续项目。

　　围绕碳中和目标，在技术上临近突破或已经取得突破、有望实现工业级成熟应用的冶金创新型技术路线/项目有：SSAB的HYBRIT（突破性氢能炼铁技术）、塔塔钢铁的Hlsarna技术（直接利用煤粉和粉矿的熔融还原技术）、蒂森克虏伯的Carbon2Chem碳捕捉技术、奥钢联的HYFOR氢基粉矿还原技术、安赛乐米塔尔的智能碳和直接还原铁（DRI）技术、意大利Tenova（特诺恩）的HYL/ENERGIRON-ZR直接还原铁技术、萨尔茨吉特的SALCOS

　　能源是实现钢铁工业低碳目标的关键。欧盟钢铁工业向低碳冶炼过渡需要每年4000亿千瓦时的碳中和化的电力。这几乎是法国的全部电力需求，也是目前钢铁行业从电网购买量的7倍。这种电力必须是“绿色的”和“负担得起的”。据了解，生产550万吨用于绿色钢铁新工艺的氢气需要近250太瓦时的电力。因此，成本合理、资源充足的“绿色氢”成为实现氢冶炼的关键瓶颈之一。欧盟委员会于7月8日正式推出能源系统一体化战略与氢能源战略，旨在促进氢能开发，并将不同的能源生产载体、基础设施和消费行业联系起来，实现统一规划和运营。同时，欧盟委员会成立了欧洲清洁氢能联盟，欧洲主要冶金企业均以各种形式参与了和“绿色氢”产业链的工艺对接。比如，萨尔茨吉特建设了风电和氢气电解工厂，蒂森克虏伯扩大了电解制氢产能，奥钢联全球最大的电解槽投入运行。

　　携手破瓶颈 下游在行动

　　产业链上下游的技术革命是相互影响和促进的。欧洲钢铁行业推动碳减排以来，钢铁下游各行业也发生了很大的变化。这进一步对钢铁材料提出了新的更高要求。

　　比如，在工业和家用电器方面，欧盟委员会设立了Ecodesign（生态设计）标准，涵盖了洗衣机和烘干机、洗碗机、电子显示器、家用冰箱、电力变压器等10类产品。其中，电力变压器的标准将于2021年7月份正式生效，由于该标准能耗要求非常高，将为取向硅钢新产品研发和应用技术研究带来新的机遇和挑战。

　　欧洲汽车制造协会于2020年1月22日发布了《实施欧洲绿色新政的10个计划》。这一计划的发布，使得欧洲在美国、中国的新能源汽车市场呈现下降趋势的背景下，以44%的增长率成为2019年全球新能源汽车市场的引领者，并在2020年前几个月继续保持增长势头。欧洲新能源汽车驱动电机用无取向硅钢，要求同步突破现有的磁性能和力学性能极限（而这两个指标是相互冲突的），还需要突破快速固化的自黏接涂层技术。

　　在为下游行业提供碳中和材料解决方案方面，Ovako成为行业标杆。其“HybridSteel”系列产品，在500摄氏度的温度下工作时，屈服强度和抗拉强度是传统钢材的2倍以上，延长了产品使用寿命，且有助于用户实现产品轻量化。

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