科技创新助力钢铁行业绿色转型

　　　编者按：日前生态环境部应对气候变化司司长李高近日表示，钢铁行业作为我国经济发展重要支撑产业和碳排放重点行业，应强化对碳减排共识，将挑战转化为自身高质量发展动力。工业和信息化部近期释放的信号同样很“刚”。工信部今年将制定出台更加严格的钢铁行业产能置换实施办法，完善产能信息预警发布机制，实施产能产量双控，组织开展钢铁去产能回头看，逐步研究建立以碳排放、污染物排放、能耗总量等为依据的产量约束机制。那么，专家学者有哪些观点呢？日前，中国国际经济交流中心研究员梁云凤撰文对此发表了见解。

　　我国钢铁行业碳排放高

　　我国碳达峰、碳中和任务非常艰巨，各项要求更加刚性。日前国务院发布了《关于加快建立健全绿色低碳循环发展经济体系的指导意见》国发[2021]4号文，提出应加快实施钢铁、石化、化工等行业绿色化改造的任务目标。降碳已成为钢铁行业目前和将来行业发展的主基调。

　　钢铁行业对我国国民经济发展起到重要的支撑作用，钢材是经济建设的重要基础原材料，在多方面有着不可替代性。但是，高能耗高排放是钢铁行业的致命伤，钢铁工业是能耗大户，占全国总能耗的8.9%，二氧化碳排放占全国总排放的11.2%左右。2020年，我国粗钢产量为10.53亿吨，能源消费总量为5.5亿吨标准煤，约占全国能源总消费量的1/9。碳排放总量占全国碳排放量约18%，贡献全球钢铁碳排放总量的60%以上，是我国制造业31个门类中碳排放量最大的行业。原因有以下几方面：

　　我国钢铁行业能源消耗结构中，电力消耗仅占6.3%，油气能源约占1.7%，煤炭和焦炭占比高达92.0%，远高于全国能源消费结构中煤炭所占比例的57.5%，且电力消耗中光伏发电、风力发电等比例不超过1%。

　　长期以来我国高炉-转炉长流程炼钢工艺一统天下，高炉工艺主要依赖焦炭或煤粉作为铁矿物的还原剂，而焦炭生产会会产生烟尘、硫化物、苯化物、酚氰废水等大量污染物，对大气、水环境有严重影响。

　　美国、日本等发达国家普遍采用直接还原铁—电弧炉短流程炼钢工艺，直接还原铁生产过程采用天然气或氢气作为还原剂，极大的降低了炼铁过程产生的污染。高炉炼铁每吨生铁二氧化碳排放量为1600kg，而直接还原铁每吨铁二氧化碳排放量仅为800kg，碳排放仅为前者的一半。目前我国电弧炉短流程炼钢工艺生产的粗钢产量仅占总产量的10%左右，远低于美国的68%，欧盟40%的发展水平。

　　科技创新助力碳减排

　　高炉炼铁还原剂采用焦炭或煤粉是高排放的主要原因。实现绿色炼钢，乃至“零碳炼钢”，还原剂替代是重中之重。直接还原铁还原剂采用氢气的条件已经具备。在全球“脱碳”大潮下，以减少碳足迹、降低碳排放量为中心的传统钢铁冶金工艺技术变革成为钢铁行业绿色发展的新趋势，其中，氢冶金技术成为钢铁业公认的碳减排关键。

　　从当前世界各国在氢冶金技术研究方面的动作和进展看，钢铁业已经具备了在技术允许范围内在高炉中使用氢气的能力，大规模绿色氢资源供应成为难题。等离激元制氢技术可以为炼铁工艺中传统的“碳基还原”改为“氢基还原”提供氢能。

　　等离激元制氢技术，即利用太阳光能或工业废热，一步将水分解转化为氢气，此项技术依据等离激元效应原理，大大降低了制氢成本，是真正的“绿色制氢”技术。该技术是利用金属纳米催化剂的等离激元局域能量增强效应，模拟自然界光合作用，以太阳光或工业废热为主要能量，其反应推动不需要消耗一次能源，不需要消耗电能，只经过金属纳米催化剂的催化反应即可激活水的化学键，分解水并生成氢气，实现能量的转化和利用。其他的副产物包括氧气等含氧离子。利用等离激元技术的物理化学反应，反应条件温和，使得制氢成本极大降低。该技术产业的光路径可在光照充足的荒地区域无限扩大，实现大规模制氢。热路径可利用工业废热提供能量，实现分布式制氢。

　　政策创新支持钢铁业绿色转型

　　坚持政府和市场两手发力，强化科技和制度创新，形成有效的激励约束机制，加快推动技术成果产业化，实现钢铁业绿色高质量发展。

　　一是建议国家实施“绿钢行动计划”。出台“绿钢新政”，包括财政资金补贴、税收政策优惠、绿色金融政策等系列支持政策，改变传统高炉-转炉工艺一统天下的局面，进行钢铁产业结构优化调整，提高直接还原铁-电炉炼钢的应用比例。

　　二是对于生产超纯铁精粉、直接还原铁的企业，加大资金支持和政策扶持力度。支持等离激元制氢技术的持续创新和技术产业化应用，形成技术产业良性发展的市场机制和政策体系。

　　三是提升我国对优质钢、特种钢产能的需求，削减粗钢产量。鼓励在公共基建项目中使用绿色钢铁和其他零碳材料，通过创造新需求市场来促进钢铁行业尽早摆脱旧技术和旧工艺，而不必担心客户流失。