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記者 賈林海
6月2日，完全由我國自主設(shè)計、制造、安裝的亞洲最大火電二氧化碳捕集及綜合利用示范工程——國家能源集團江蘇泰州電廠項目經(jīng)過多天滿負荷運行，正式投產(chǎn)，每年可捕集消納二氧化碳50萬噸。
碳捕集利用與封存（CCUS）技術(shù)，是包括鋼鐵在內(nèi)的大工業(yè)領(lǐng)域不斷探索的低碳路徑。該項目技術(shù)總負責(zé)人、國家能源集團新能源技術(shù)研究院碳中和研究中心主任徐冬，在今年3月份召開的“綠色鋼鐵、綠色能源、綠色金融”產(chǎn)業(yè)融合大會上提出，CCUS是在推進鋼鐵等難減排行業(yè)深度脫碳中為數(shù)不多的可行技術(shù)方案。
在該項目投產(chǎn)前夕，《中國冶金報》記者與徐冬再次圍繞鋼鐵行業(yè)碳減排問題進行對話，聽他分享對鋼鐵行業(yè)“雙碳”技術(shù)路徑及當(dāng)前降碳面臨問題的新思考。
《中國冶金報》記者：國家能源集團江蘇泰州電廠項目投運給鋼鐵行業(yè)探索CCUS技術(shù)帶來了哪些啟示？
徐冬：發(fā)電行業(yè)和鋼鐵行業(yè)的共同特點是均以煤炭作為主要燃料，二氧化碳排放量大，是工業(yè)領(lǐng)域的重點減碳對象。CCUS技術(shù)既是發(fā)電行業(yè)深度減碳的唯一技術(shù)途徑，也是鋼鐵等行業(yè)低碳轉(zhuǎn)型的可行技術(shù)選擇。作為亞洲最大的碳捕集及綜合利用示范工程，泰州電廠項目自立項之初便立足于高起點、高標(biāo)準(zhǔn)、高質(zhì)量，打造減碳固碳精品工程。該項目給鋼鐵行業(yè)探索CCUS技術(shù)帶來的啟示主要有以下幾點：
一是碳捕集示范裝置的建設(shè)規(guī)模要根據(jù)項目周邊的二氧化碳消納、利用、封存情況來定，前期需要經(jīng)過大量的調(diào)研。目前泰州電廠項目能夠?qū)崿F(xiàn)100%的二氧化碳消納利用，得益于前期的市場調(diào)研和分析。
二是目前CCUS技術(shù)發(fā)展還不成熟，科技創(chuàng)新仍然是降低CCUS技術(shù)成本、實現(xiàn)規(guī)?；l(fā)展的重要手段。應(yīng)加強CCUS全產(chǎn)業(yè)鏈的技術(shù)研發(fā)，盡快啟動大規(guī)模碳捕集示范項目，加快先進技術(shù)驗證，為行業(yè)提供可復(fù)制、可推廣的經(jīng)驗做法。
三是要充分發(fā)揮企業(yè)在技術(shù)創(chuàng)新的主體作用，整合集聚創(chuàng)新資源，加強產(chǎn)學(xué)研深度融合，構(gòu)建CCUS技術(shù)轉(zhuǎn)化應(yīng)用創(chuàng)新聯(lián)合體，不斷深化協(xié)同高效創(chuàng)新體系建設(shè)，加快實現(xiàn)高水平科技自立自強。
四是CCUS技術(shù)需要標(biāo)準(zhǔn)化、規(guī)范化發(fā)展。新能源技術(shù)研究院通過泰州、錦界兩個CCUS示范工程，在項目設(shè)計、施工、調(diào)試等各階段積累了豐富經(jīng)驗，也正在牽頭/參與10余項國家、行業(yè)、企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)制定，未來鋼鐵行業(yè)CCUS技術(shù)發(fā)展也要實現(xiàn)核心技術(shù)專利化、專利技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)化、標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)產(chǎn)業(yè)化和產(chǎn)業(yè)技術(shù)價值化。
《中國冶金報》記者：鋼鐵行業(yè)碳排放現(xiàn)狀如何？
徐冬：2000年以來，我國粗鋼產(chǎn)量快速增長，從1.285億噸增長到最高10.65億噸，在粗鋼產(chǎn)量增長622.4%的同時，鋼鐵行業(yè)碳排放量增長了382.7%，主要源于碳排放強度是短流程煉鋼工藝3倍以上的長流程煉鋼工藝占全國總產(chǎn)量的近90%。雖然我國噸鋼二氧化碳排放量下降了33.2%，碳排放控制水平得到了極大提升，但鋼鐵行業(yè)節(jié)能降碳仍面臨生產(chǎn)工藝結(jié)構(gòu)不合理、綠色發(fā)展水平不平衡、節(jié)能技術(shù)創(chuàng)新難等問題，導(dǎo)致二氧化碳排放總量仍然很大。2022年，我國鋼鐵產(chǎn)業(yè)的碳排放量約為18.23億噸，占全國碳排放總量的15%以上，是制造業(yè)31個門類中碳排放量最大的行業(yè)，也是僅次于電力行業(yè)的碳排放“大戶”。因此，落實鋼鐵行業(yè)減污降碳、實現(xiàn)綠色低碳發(fā)展是我國如期實現(xiàn)碳達峰、碳中和目標(biāo)的關(guān)鍵。
《中國冶金報》記者：鋼鐵行業(yè)實現(xiàn)碳中和的工藝技術(shù)有哪些？
徐冬：綜合來看，我國鋼鐵行業(yè)主要有3種工藝技術(shù)路線可供選擇。
一是廢鋼+電爐工藝路線。該工藝路線比較成熟，但目前我國“綠電”供給較少，多數(shù)鋼鐵企業(yè)所在地區(qū)電價又較高，導(dǎo)致煉鋼成本較高。此外，國內(nèi)廢鋼循環(huán)量在2億噸左右，廢鋼產(chǎn)量有限，不足以保障國民經(jīng)濟對鋼鐵的需求。國內(nèi)在電爐冶煉方面的基礎(chǔ)研究和工程化應(yīng)用還要加大力度。
二是氣基豎爐+電爐工藝路線。該工藝路線以天然氣、焦?fàn)t煤氣等富氫氣體還原鐵礦石生產(chǎn)海綿鐵，用于鋼鐵產(chǎn)品生產(chǎn)，目的是研發(fā)全氫氣還原工藝，以實現(xiàn)凈零碳排放。可以預(yù)見，該工藝路線是未來我國鋼鐵生產(chǎn)的一種主要路線。
以中國寶武為代表的鋼鐵企業(yè)在這一領(lǐng)域開展了大量研究，目前確定了利用廣東湛江地區(qū)焦?fàn)t煤氣的優(yōu)勢，以及按照未來南海天然氣、核電、光伏等資源特點，進一步優(yōu)化短流程直接還原工藝技術(shù)，開展氫基豎爐+電爐工藝流程的百萬噸級大型試驗。
三是富氫碳循環(huán)高爐+轉(zhuǎn)爐工藝路線。高爐是能源轉(zhuǎn)化效率最高的冶金工藝，也是我國鋼鐵行業(yè)低成本的最大競爭優(yōu)勢。據(jù)不完全統(tǒng)計，我國有8.2億噸鋼產(chǎn)量的高爐爐齡小于15年，爐齡大于30年的只有1%。如果全部高爐都轉(zhuǎn)型為廢鋼+電爐工藝，那么將造成我國鋼鐵行業(yè)巨大的資產(chǎn)損失。中國寶武根據(jù)我國鋼鐵行業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀和特點率先提出富氫碳循環(huán)高爐+轉(zhuǎn)爐工藝路線，已經(jīng)在八鋼富氫碳循環(huán)高爐中完成了首次驗證，實現(xiàn)了減碳20%的階段性目標(biāo)，目前正在推進在2500立方米高爐上的商業(yè)化，為傳統(tǒng)高爐探索出一條綠色、低碳、高效的解決方案。
整體來看，未來鋼鐵行業(yè)的突破性低碳技術(shù)包括氧氣高爐和非高爐冶煉、氫冶金，以及CCUS技術(shù)等。超前布局這些技術(shù)，不僅可以推動鋼鐵行業(yè)綠色低碳轉(zhuǎn)型，而且對于我國增強自主創(chuàng)新能力、提升科技成果轉(zhuǎn)化水平也具有重大戰(zhàn)略意義。
《中國冶金報》記者：在節(jié)能降碳方面，鋼鐵行業(yè)主要有哪些突破性技術(shù)？應(yīng)用現(xiàn)狀如何？
徐冬：首先是CCUS技術(shù)。這項技術(shù)的原理是把生產(chǎn)過程中排放的二氧化碳進行提純，再投入到新的生產(chǎn)過程中進行循環(huán)再利用或封存。這項技術(shù)應(yīng)用于鋼鐵行業(yè)碳減排的可行性及潛力巨大，尤其適用于鋼鐵行業(yè)排放強度高的集中點。據(jù)測算，傳統(tǒng)高爐—轉(zhuǎn)爐煉鋼采用燃燒后碳捕集，可減少二氧化碳排放約40%。
目前，包鋼正在建設(shè)國內(nèi)最大的鋼鐵行業(yè)首個CCUS全產(chǎn)業(yè)鏈?zhǔn)痉豆こ?，一期建設(shè)規(guī)模50萬噸/年，未來將通過二期、三期項目建設(shè)，打造成為總規(guī)模達到200萬噸的CCUS基地。短期內(nèi)，CCUS技術(shù)實現(xiàn)商業(yè)化應(yīng)用仍面臨能耗高、投資成本高、部分關(guān)鍵技術(shù)還不成熟、碳泄漏風(fēng)險高和相關(guān)政策缺失等困難，離大規(guī)模應(yīng)用還有較長距離。
其次是氫冶金技術(shù)。氫冶金技術(shù)是指利用氫氣生產(chǎn)海綿鐵的氣基直接還原工藝或其他富氫冶煉技術(shù)，具有大幅減碳甚至“零碳”的效果。
氫能來源十分廣泛，有“灰氫”（化石燃料燃燒）、“藍氫”（碳捕捉、碳封存）、“綠氫”（利用可再生能源制氫）。目前，國內(nèi)制氫原料仍以化石燃料為主，成本高，碳排放也高，要加快從化石燃料制氫向風(fēng)能、太陽能、水能等可再生能源制氫轉(zhuǎn)變。
對于我國鋼鐵行業(yè)來說，提高傳統(tǒng)能源效率和發(fā)展可再生能源同等重要。無論是長流程還是短流程，能源需求都不約而同地指向了氫能。因此，氫冶金是鋼鐵行業(yè)實現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)的關(guān)鍵。然而，從市場調(diào)研來看，目前電解制氫成本較高，完全使用氫氣替代焦炭來冶煉鐵水，將大大增加鋼鐵生產(chǎn)成本。在這種情況下，大規(guī)模發(fā)展氫冶金技術(shù)就需要配套氫能基礎(chǔ)設(shè)施。
整體來看，國內(nèi)在大規(guī)模制氫設(shè)備工程化和成本控制方面還有待加強，相關(guān)基礎(chǔ)研究也有待深入，關(guān)鍵核心技術(shù)、制氫成本高等難題亟須攻克。
《中國冶金報》記者：鋼鐵行業(yè)降碳主要面臨哪些問題？
徐冬：目前，鋼鐵行業(yè)受制于減碳技術(shù)可選項少、潛在低碳技術(shù)不成熟及國內(nèi)目前在氫冶金、CCUS等技術(shù)研發(fā)方面尚處起步階段等因素影響，總體處于“跟跑”階段。鋼鐵行業(yè)降碳主要面臨3個方面問題。
首先，節(jié)能減排降碳任務(wù)極其艱巨。鋼鐵行業(yè)是典型的“高投入、高能耗、高排放”行業(yè)，巨額的能源消耗和大量的二氧化碳排放嚴重制約了行業(yè)發(fā)展。具體來看：一是總量大。我國鋼產(chǎn)量占全球一半以上。二是結(jié)構(gòu)失衡。從資源結(jié)構(gòu)來看，我國鐵礦石對外依存度超過80%；從能源結(jié)構(gòu)來看，鋼鐵行業(yè)能源消耗以煤炭為主。三是產(chǎn)業(yè)集中度低。我國鋼鐵行業(yè)集中度一直處于較低水平，對鋼鐵產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的調(diào)整及碳排放總量的控制缺乏行業(yè)約束力。四是高碳化。碳排放量較高的高爐—轉(zhuǎn)爐長流程工藝仍占主導(dǎo)地位，短流程電爐鋼產(chǎn)量占比較小。
其次，缺乏核心降碳技術(shù)，重復(fù)研發(fā)和投資造成巨大浪費。我國鋼鐵行業(yè)多年來注重產(chǎn)量擴張，眾多鋼鐵企業(yè)只關(guān)注提高自身經(jīng)濟效益、降低成本的技術(shù)，對節(jié)能降碳技術(shù)關(guān)注不夠。另外，鋼鐵企業(yè)和上下游、研究機構(gòu)還沒有形成研發(fā)資源的共享機制，“產(chǎn)學(xué)研用”相結(jié)合的方式?jīng)]有打通，高校、科研院所關(guān)注碳減排前沿科學(xué)和技術(shù)，企業(yè)注重自身碳排放的損益，導(dǎo)致綠色低碳技術(shù)工業(yè)化應(yīng)用較低。同時，我國鋼鐵產(chǎn)能布局過于分散的問題，也導(dǎo)致了“雙碳”技術(shù)研發(fā)和推廣中出現(xiàn)了大量的重復(fù)投資和過剩產(chǎn)能，使得行業(yè)研發(fā)資源分散在各個企業(yè)，難以形成研發(fā)合力，嚴重影響了鋼鐵行業(yè)技術(shù)進步。
最后，智能化、數(shù)字化轉(zhuǎn)型面臨挑戰(zhàn)。智能化、數(shù)字化是鋼鐵行業(yè)節(jié)能降碳的重要途徑。目前，國內(nèi)近90%的鋼鐵企業(yè)正在推進智能制造，數(shù)字化轉(zhuǎn)型成效顯著。然而，大多數(shù)鋼鐵企業(yè)的數(shù)字化還停留在把各種生產(chǎn)數(shù)據(jù)以數(shù)字化形式呈現(xiàn)的階段，距離真正的智能化生產(chǎn)、運輸、分析、策略制定等還有較大差距，難以通過數(shù)字化手段優(yōu)化生產(chǎn)工藝和提升節(jié)能降碳水平。此外，面向鋼鐵行業(yè)進行智能制造專項服務(wù)的機構(gòu)眾多，缺乏統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，專業(yè)人力資源儲備也不夠。
《中國冶金報》記者：從上述問題出發(fā)，鋼鐵行業(yè)如何加快推進節(jié)能降碳？還有哪些政策措施空間？
徐冬：一是亟須突破關(guān)鍵共性技術(shù)研發(fā)。技術(shù)創(chuàng)新是碳減排的根本。鋼鐵行業(yè)要更大力度地推進節(jié)能降碳、科技創(chuàng)新工作，補齊“卡脖子”技術(shù)短板，加大對基礎(chǔ)性、前瞻性、關(guān)鍵共性技術(shù)的研發(fā)力度，搶占低碳前沿陣地，促進“卡脖子”技術(shù)研發(fā)及產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用，特別是推進以氫冶金為代表的顛覆性、革命性工藝技術(shù)。特別要強調(diào)的是，大力推進CCUS技術(shù)，是鋼鐵行業(yè)實現(xiàn)碳中和的關(guān)鍵技術(shù)之一。
鋼鐵行業(yè)要構(gòu)建碳到一氧化碳、一氧化碳到二氧化碳及二氧化碳資源利用的全生命周期技術(shù)，拉長碳的價值鏈，打造凈零排放的新型碳循環(huán)產(chǎn)業(yè)鏈。同時，要圍繞基礎(chǔ)理論、工藝路線、裝備制造、系統(tǒng)集成等，以智能化、數(shù)字化為代表的智能制造、標(biāo)準(zhǔn)化建設(shè)、數(shù)字化網(wǎng)格化建設(shè)等開展全流程、全產(chǎn)業(yè)鏈的系統(tǒng)攻關(guān)，積極探索大數(shù)據(jù)在研發(fā)、生產(chǎn)、能源管控、質(zhì)量控制等方面的應(yīng)用，建立鋼鐵低碳智能生產(chǎn)新體系。
二是發(fā)揮新型舉國體制優(yōu)勢，推進協(xié)同創(chuàng)新。從全球鋼鐵行業(yè)通行的做法來看，鋼鐵行業(yè)“雙碳”領(lǐng)域的突破性技術(shù)研發(fā)，更多以國家或地域為單位，通過組建利益共同體，政府和金融資本給予實質(zhì)性支持，以社團組織為牽頭單位，以大企業(yè)為主體，多家企業(yè)、機構(gòu)參與，瞄準(zhǔn)低碳、“零碳”目標(biāo)，分工協(xié)作、聯(lián)合開發(fā)、共擔(dān)風(fēng)險、協(xié)同創(chuàng)新、共享成果。這種方式值得我們借鑒。我國鋼鐵行業(yè)可以通過協(xié)同創(chuàng)新，攻克一批關(guān)鍵共性技術(shù)、實施一批應(yīng)用示范、研制一批行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)、培養(yǎng)一批創(chuàng)新人才，從而推動鋼鐵行業(yè)加快低碳轉(zhuǎn)型。
