碳捕集、利用與封存：中國鋼鐵行業(yè)的機遇與挑戰(zhàn)

大氣網(wǎng)訊:中國鄭重宣布在2030年前達到碳排放峰值，2060年實現(xiàn)碳中和，非常鼓舞人心。為了履行這艱巨的承諾，能源密集型行業(yè)，包括鋼鐵行業(yè)，都需要低碳解決方案。碳捕集、利用與封存(CCUS)技術(shù)將不斷發(fā)展，在中國的能源轉(zhuǎn)型中發(fā)揮至關(guān)重要的作用，與其它清潔能源既競爭又相互依存。在能源轉(zhuǎn)型期，中國可能不得不依靠多種能源組合才能實現(xiàn)低碳或無碳排放，包括以脫碳化石燃料為基礎(chǔ)的清潔能源。

鋼鐵行業(yè)需要碳捕集、利用與封存

由于鋼鐵制造過程高能耗且高排放，全球范圍內(nèi)的鋼鐵行業(yè)減少碳足跡的壓力與日俱增。鋼鐵行業(yè)目前是化石燃料(主要是煤炭)最大的消費者，煤炭既是制造焦炭的原料，又是產(chǎn)熱的能源，是鐵礦石煉鋼過程中必不可少的成分。鋼鐵行業(yè)的CO2排放量占全球每年CO2直接排放量的7％(26億噸)，能源消耗占全球能源需求總量的8％。預(yù)計到2050年，全球鋼鐵需求預(yù)計持續(xù)增長三分之一以上，尤其在亞洲等新興經(jīng)濟體，那里人口眾多，需要更多基礎(chǔ)設(shè)施。1為滿足這一不斷增長的需求，鋼鐵行業(yè)面臨艱巨的挑戰(zhàn)，需要尋求一條可持續(xù)并且有競爭力的發(fā)展道路。

國際能源署(IEA)最新預(yù)測表明，到2050年，碳捕集、利用與封存技術(shù)累計直接減排量將占全球鋼鐵生產(chǎn)減排量的16％，需要具備年捕集4億噸CO2的能力。2經(jīng)過示范的CO2捕集是一項成熟且經(jīng)過驗證的技術(shù)，適用于多個行業(yè)?，F(xiàn)有的高爐和氧氣頂吹轉(zhuǎn)爐(BF-BOF)等鋼鐵生產(chǎn)設(shè)施可以進行改造，幫助減少排放。欲實現(xiàn)能源與氣候的諸項目標，碳捕集、利用與封存改造應(yīng)著重于相對較新的高爐-氧氣頂吹轉(zhuǎn)爐煉鋼設(shè)施。

2016年，阿拉伯聯(lián)合酋長國(UAE)開發(fā)了世界上第一個鋼鐵廠的大型商業(yè)規(guī)模碳捕集、利用與封存項目。阿布扎比碳捕集、利用與封存項目每年可捕集80萬噸CO2。3碳捕集、利用與封存技術(shù)應(yīng)用在直接還原鐵法(DRI)煉鋼中有先天優(yōu)勢，因為該工藝燃燒重整天然氣還原氣體燃料，產(chǎn)生的煙氣流中CO2濃度非常高(高達90％，利于有效捕集)。然后再將捕集到的CO2輸送到油田，用于提高石油采收率(EOR)并封存。這雖未能為高爐-氧吹轉(zhuǎn)爐法提供方便的應(yīng)用途徑，卻提供了一種商業(yè)運行模式。2018年全球鋼鐵的產(chǎn)量約為13億噸，其中只有8％是使用直接還原鐵法生產(chǎn)的，其中70％位于天然氣資源豐富的中東和印度。4

中國鋼鐵行業(yè)實現(xiàn)碳捕集、利用與封存的潛力

中國目前在運營鋼鐵廠有281家。每個圓圈內(nèi)顯示該地區(qū)的鋼鐵廠數(shù)量。

請參閱：《全球能源監(jiān)視》(Global Energy Monitor)發(fā)布的《全球鋼鐵廠追蹤》。

在減少碳足跡的各種選項中，包括考慮未來以低排放的短流程電爐取代長流程冶煉工藝在內(nèi)，碳捕集、利用與封存仍然不失為中國實現(xiàn)大幅減排的最有效方法之一。

據(jù)世界鋼鐵協(xié)會(World Steel Association)的數(shù)據(jù)，70％的粗鋼是通過長程的高爐-轉(zhuǎn)爐法生產(chǎn)的。2018年全球粗鋼總產(chǎn)量超過18億噸，其中9.97億噸產(chǎn)自中國。5中國88％的粗鋼是通過高爐-轉(zhuǎn)爐法生產(chǎn)的，只有12％為碳足跡較低的短程電爐法生產(chǎn)(遠低于30％的世界平均水平)。6長流程的高爐-轉(zhuǎn)爐法每生產(chǎn)1噸鋼，直接或間接排放CO2 2.3噸。7

據(jù)中國工業(yè)和信息化部(MIIT)的《鋼鐵工業(yè)調(diào)整與升級規(guī)劃(2016-2020年)》，2017年中國鋼鐵行業(yè)“供給側(cè)結(jié)構(gòu)改革”的首要目標是到2020年將鋼鐵產(chǎn)能限制在10億噸以下。8

2020年中國鋼鐵生產(chǎn)排放量9

如果達到目標，預(yù)計2020年煉鋼排放的CO2量將接近13億噸。然而，實際排放的CO2接近15億噸，占中國工業(yè)排放總量的15％。10

將碳捕集、利用與封存的應(yīng)用轉(zhuǎn)向以高爐-轉(zhuǎn)爐法為主的冶煉方法，是中國減排溫室氣體的重大機遇，同時也是對中國鋼鐵行業(yè)基礎(chǔ)設(shè)施的嚴峻挑戰(zhàn)。石油、煤化工和發(fā)電等行業(yè)已經(jīng)通過碳捕集、利用與封存試點形成可轉(zhuǎn)移的專業(yè)知識，鋼鐵行業(yè)可以跨過行業(yè)壁壘，與這些行業(yè)合作，應(yīng)對挑戰(zhàn)，并使碳捕集、利用與封存技術(shù)成為向可持續(xù)未來過渡的機遇。將碳捕集、利用與封存與其它行業(yè)的創(chuàng)新、政策手段與商業(yè)模式相協(xié)調(diào)，將降低其發(fā)展利用難度。

加速碳捕集、利用與封存需要合作與政策對等

2015年，距北京不遠的首鋼-曹妃甸鋼鐵廠以典型的轉(zhuǎn)爐流程為試點，對燃煤電廠燃燒后碳捕集系統(tǒng)開展了試點規(guī)模示范的可行性研究。常規(guī)的轉(zhuǎn)爐法往往具有多個煙氣排放源，排放不同濃度的CO2，其化學成份有所差異。因此，該可行性研究應(yīng)用該CO2捕集系統(tǒng)對多個排放源的混合煙氣進行了捕集實驗。石灰窯、加熱爐排放的煙道氣與水泥廠、燃煤發(fā)電廠的排放氣體類似，但CO2濃度較高；而熱電聯(lián)產(chǎn)電廠和焦爐排放的煙氣中的CO2濃度類似，但排放量很高。該項目證明，碳捕集系統(tǒng)可以進一步應(yīng)用于有多點排放源的高爐-轉(zhuǎn)爐長程煉鐵工藝。11

政府與行業(yè)的優(yōu)先選項

鋼鐵行業(yè)本身不能獨自實現(xiàn)可持續(xù)的過渡。全球范圍內(nèi)的財政激勵措施和監(jiān)管框架還不到位，不足以刺激鋼鐵行業(yè)的大型項目。決策者應(yīng)將2030年視為加快過渡的關(guān)鍵窗口。特別是在目前情況下，由于產(chǎn)能過剩而不斷降低鋼鐵產(chǎn)業(yè)規(guī)模并努力從目前的經(jīng)濟衰退中復(fù)蘇，政府將發(fā)揮核心作用。在未來十年內(nèi)，在市場強大壓力下，鋼鐵行業(yè)有望實施巨大變革，以保持競爭力。

政府和行業(yè)的高度優(yōu)先選項，是在未來十年內(nèi)將碳捕集、利用與封存示范項目的開發(fā)跨行業(yè)推入快車道，并進一步鼓勵與可再生能源的政策對等。在中國，能源技術(shù)最顯著的成就是在國內(nèi)推廣部署了風能和太陽能，并在全球產(chǎn)生了溢出效應(yīng)。為了實現(xiàn)新近宣布的宏偉目標，應(yīng)優(yōu)先考慮大規(guī)模部署碳捕集利用與封存作為下個十年應(yīng)對碳達峰挑戰(zhàn)的工具，中國可以考慮效仿其開發(fā)可再生能源的成功經(jīng)驗，促進碳捕集、利用與封存發(fā)展。

中國需要優(yōu)先發(fā)展CO2捕集市場，開發(fā)其運輸、利用與封存的基礎(chǔ)設(shè)施，包括用于提高石油采收率和地質(zhì)封存的管道等的油田基礎(chǔ)設(shè)施，大力推動碳捕集、利用與封存大規(guī)模示范和優(yōu)化的發(fā)展。必須在盆地邊緣靠近CO2源和匯的重點區(qū)域，開發(fā)一整套碳捕集、利用與封存全鏈條集群板塊，建設(shè)基礎(chǔ)設(shè)施，允許多種來源的CO2捕集項目以低成本共享。優(yōu)先實施的CO2-EOR/封存項目就好比一個消費市場，獎勵那些既關(guān)乎戰(zhàn)略能源安全又有氣候效益的先行部署項目。

借鑒大規(guī)模碳捕集、利用與封存示范項目的經(jīng)驗知識，尤其是邊界大壩3號CCS項目，將使中國有機會在未來五年內(nèi)成為工業(yè)碳捕集、利用與封存領(lǐng)跑者，向本國、亞太地區(qū)和其它地區(qū)提供適用并有競爭優(yōu)勢的低碳技術(shù)解決方案。國際上已有成功運作并證明可行的大規(guī)模碳捕集、利用與封存項目的全鏈條集群的經(jīng)驗知識，經(jīng)過轉(zhuǎn)移，可以促進碳捕集、利用與封存在中國的工業(yè)化示范與部署。

1) IEA. 2020. The IEA Steel Industry Technology Roadmap/reports/iron-and-steel-technology-roadmap

2) IEA. 2020. Cumulative Direct Emission Reductions by Mitigation Strategy 2020-2050/data-and-statistics/ts/cumulative-direct-emission-reductions-by-mitigation-strategy-in-the-sustainable-development-scenario-between-2020-and-2050

3) CSLF. 2017. Case Study: Al Reyadah CCUS Project PowerPoint Presentation./cslf/sites/default/files/documents/AbuDhabi2017/AbuDhabi17-TW-Sakaria-Session2.pdf4) World Steel Association. 2019. World Steel Statistics Data 2019./zh/dam/jcr:96d7a585-e6b2-4d63-b943-4cd9ab621a91/WSIF_2019_CN.pdf

5) World Steel Association. 2019. World Steel Statistics Data 2019./zh/dam/jcr:96d7a585-e6b2-4d63-b943-4cd9ab621a91/WSIF_2019_CN.pdf

6) Science and Technology Daily, 2021-01-04.Carbon Emission Reduction Crux for Ecological and Environmental Conservation during 14th Five-year Period, and for a National Roadmap for Low Carbon Transition/jienenjianpai/2021/0104/76112_3.html

7) GCCSI. 2017:/news-media/insights/ccs-a-necessary-technology-for-decarbonising-the-steel-sector/

8) CarbonBrief. 2021.Analysis: Surge in China’s steel production helps to fuel record-high CO2 emissions./analysis-surge-in-chinas-steel-production-helps-to-fuel-record-high-co2-emissions/amp

9) CarbonBrief.2021./analysis-surge-in-chinas-steel-production-helps-to-fuel-record-high-co2-emissions/amp

10)CarbonBrief.2021./analysis-surge-in-chinas-steel-production-helps-to-fuel-record-high-co2-emissions/amp

11) GCCSI. 2015.Applying Carbon Capture and Storage to a Chinese Steel plant./archive/hub/publications/195933/Applying%20carbon%20capture%20and%20storage%20to%20a%20Chinese%20steel%20plant.pdf

本文轉(zhuǎn)載自加拿大碳捕集利用與封存知識國際中心4月30日新聞"CCUS: Opportunity and Challenges for Steel Industry in China"。