鋼鐵可能是現(xiàn)代社會的重要產(chǎn)品，但它也是二氧化碳排放的主要來源。那么，在實(shí)現(xiàn)凈零排放的道路上，綠色鋼鐵能發(fā)揮什么樣的作用呢？雖然目前它的價格是傳統(tǒng)產(chǎn)品的兩倍，但它帶來了許多好處——對重鋼產(chǎn)品來說，價格只會小幅上漲。

　　鋼鐵的可持續(xù)性困境

　　鋼鐵是現(xiàn)代社會的關(guān)鍵材料。它為我們提供了房屋、橋梁、運(yùn)輸、以及基本設(shè)備和產(chǎn)品。它不僅僅是舊工業(yè)革命的遺跡——鋼鐵在低碳經(jīng)濟(jì)中也至關(guān)重要。電動汽車、電動公共汽車和電動火車等綠色交通工具需要大量的鋼材，風(fēng)力渦輪機(jī)和電解槽也是如此。但是，令人遺憾的是，目前鋼鐵生產(chǎn)也是全球溫室氣體排放的主要來源。

　　更環(huán)保的替代品仍然需要證明自己，而且在競爭激烈的市場上，它們往往因?yàn)閮r格過于昂貴得令人望而卻步。徹底改變生產(chǎn)流程需要數(shù)年時間，因此變革往往極其緩慢。

　　鋼鐵是現(xiàn)代社會不可或缺的一部分

　　2022年全球鋼鐵使用量行業(yè)百分比：

　　煉鋼是一個能源密集的過程，目前的技術(shù)主要基于煤炭。如今，它每年排放27億噸二氧化碳，占全球年排放量的7%。中國、韓國和日本的這一比例分別為15%、14%和12%，幾乎翻了一番。

　　彭博新能源財(cái)經(jīng)(BNEF)的數(shù)據(jù)顯示，隨著全球人口不斷增長和經(jīng)濟(jì)日益繁榮的共識，到2050年，鋼鐵需求預(yù)計(jì)將增長35%。雖然該行業(yè)在能源效率方面正在改善，但如果鋼鐵生產(chǎn)繼續(xù)以煤炭為主，排放量可能會進(jìn)一步增加。

　　這并不完全符合創(chuàng)造凈零經(jīng)濟(jì)的目標(biāo)。所以，我們來看看可能的技術(shù)解決方案的商業(yè)案例，以減少鋼鐵行業(yè)的碳排放。我們將評估目前所處的位置，以及企業(yè)目前為實(shí)現(xiàn)凈零排放目標(biāo)所面臨的各種壓力。隨著科學(xué)的進(jìn)步和適應(yīng)，我們還將研究哪些替代燃料可以證明是技術(shù)的領(lǐng)跑者。

　　減少煉鋼排放的主要策略有三種：

　　1、緩和對鋼鐵的需求

　　這是一項(xiàng)艱巨的任務(wù)，因?yàn)槿藗兤毡檎J(rèn)為，到2050年，鋼鐵的需求將不斷增長，鋁和混凝土等鋼鐵的替代品也是碳密集型的。用鋼鐵代替另一種排放大量碳的產(chǎn)品，在幫助氣候方面并不是進(jìn)步。

　　2、提高現(xiàn)有鋼鐵廠的能源效率

　　這對以煤為基礎(chǔ)的老鋼鐵廠尤其有幫助，因?yàn)槭褂酶咂肺坏牡V石或采用更有效的技術(shù)將煤注入熔爐，可以減少高達(dá)30%的排放量。材料效率也可以通過使用更多的回收鋼材來提高——但目前全球85%的廢舊鋼材被回收，回收率已經(jīng)很高了。大多數(shù)鋼鐵產(chǎn)品在回收之前還要使用幾十年。因此，沒有足夠的再生鋼來滿足不斷增長的需求，世界仍然需要大量的“原鋼”。

　　3、在煉鋼過程中應(yīng)用技術(shù)修復(fù)

　　例如，通過使用清潔電力電弧爐使部分過程帶電，或者通過捕獲和儲存?zhèn)鹘y(tǒng)煤基鋼鐵生產(chǎn)過程中排放的碳。這項(xiàng)技術(shù)被稱為碳捕獲和儲存(CCS)，它保留了目前以煤為基礎(chǔ)的過程，同時可以減少75-90%的排放量。用氫等合成燃料替代煤炭是另一項(xiàng)技術(shù)解決方案，可以大大減少碳排放。如果氫是以一種清潔的方式生產(chǎn)的(即來自太陽能電池板、風(fēng)力渦輪機(jī)、水力發(fā)電或核能等低碳能源的藍(lán)色氫或綠色氫)。雖然技術(shù)修復(fù)是向凈零經(jīng)濟(jì)轉(zhuǎn)型的重要推動因素，但它們有反彈效應(yīng)和杰文斯悖論的風(fēng)險(xiǎn)：一旦氣候影響減少，鋼鐵需求可能會上升。

　　考慮到減少需求和提高能源效率的局限性——盡管存在杰文斯悖論——我們認(rèn)為，CCS和氫可能在鋼鐵行業(yè)向凈零排放經(jīng)濟(jì)過渡的道路上發(fā)揮關(guān)鍵作用。

　　氫與電氣化相結(jié)合是凈零經(jīng)濟(jì)中綠色煉鋼的最終形式。CCS是大幅降低全球許多現(xiàn)有燃煤鋼廠碳排放的關(guān)鍵途徑，尤其是那些可能在未來許多年里仍在運(yùn)營的年輕鋼鐵廠。

　　請注意，由于兩個原因，我們沒有探索以氣體為基礎(chǔ)的煉鋼。首先，天然氣通常被視為一種過渡燃料，而不是凈零經(jīng)濟(jì)的主要能源。這一作用通常歸因于氫等合成燃料。其次，出于實(shí)際原因，我們必須限制建模選項(xiàng)，因?yàn)樗鼈兿喈?dāng)復(fù)雜。因此，重點(diǎn)關(guān)注煤炭路線是有意義的，煤炭路線占全球鋼鐵產(chǎn)量的70%左右，同時研究綠色鋼鐵生產(chǎn)的最終形式。

　　然而，我們確實(shí)相信氣基煉鋼將作為一種中間技術(shù)，并可能成為氫基煉鋼的墊腳石。事實(shí)上，最新的以天然氣為基礎(chǔ)的鋼鐵廠通常是雙燃料工廠，一旦未來綠色氫氣充足，就可以很容易地從天然氣轉(zhuǎn)換為氫氣。專家認(rèn)為，這種情況可能會在2035年以后出現(xiàn)。

　　CCS和氫氣能提供一個神奇的解決方案嗎？

　　鋼是由鐵制成的，鐵是我們最熟悉的金屬之一。自古以來，人們就開始使用鐵器，歷史學(xué)家甚至將一段650年的歷史時期稱為鐵器時代(the Iron Age，可追溯到公元前1200-550年)。工業(yè)革命使鐵變成高質(zhì)量的鋼成為可能，并引發(fā)了我們現(xiàn)代社會的許多鋼鐵應(yīng)用。

　　煉鋼包括兩個步驟，首先是將氧化鐵(從地下開采)還原為純鐵，然后將其轉(zhuǎn)化為鋼。有數(shù)百種不同形式的鋼，但都是由鐵制成的。

　　將鐵礦石轉(zhuǎn)化為鐵和隨后的鋼的過程需要非常高的溫度，因此需要能源來產(chǎn)生熱量。在傳統(tǒng)工藝中，煤既被用作將鐵礦石還原為鐵的原料，又被用作產(chǎn)生熱量的能源。

　　將鐵礦石轉(zhuǎn)化為鐵的第一步是迄今為止能源和碳密集度最高的階段，在以煤為基礎(chǔ)的煉鋼過程中，其碳排放量約占80%。