中國(guó)鄭重宣布在2030年前達(dá)到碳排放峰值，2060年實(shí)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(guó)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(jìng)爭(zhēng)又相互依存。在能源轉(zhuǎn)型期，中國(guó)可能不得不依靠多種能源組合才能實(shí)現(xiàn)低碳或無(wú)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(guò)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(fèi)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(guò)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(jì)到2050年，全球鋼鐵需求預(yù)計(jì)持續(xù)增長(zhǎng)三分之一以上，尤其在亞洲等新興經(jīng)濟(jì)體，那里人口眾多，需要更多基礎(chǔ)設(shè)施。為滿足這一不斷增長(zhǎng)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(jìng)爭(zhēng)力的發(fā)展道路。
國(guó)際能源署(IEA)最新預(yù)測(cè)表明，到2050年，碳捕集、利用與封存技術(shù)累計(jì)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。經(jīng)過(guò)示范的CO2捕集是一項(xiàng)成熟且經(jīng)過(guò)驗(yàn)證的技術(shù)，適用于多個(gè)行業(yè)。現(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(jìn)行改造，幫助減少排放。欲實(shí)現(xiàn)能源與氣候的諸項(xiàng)目標(biāo)，碳捕集、利用與封存改造應(yīng)著重于相對(duì)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(zhǎng)國(guó)(UAE)開發(fā)了世界上第一個(gè)鋼鐵廠的大型商業(yè)規(guī)模碳捕集、利用與封存項(xiàng)目。阿布扎比碳捕集、利用與封存項(xiàng)目每年可捕集80萬(wàn)噸CO2。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(shì)，因?yàn)樵摴に嚾紵卣烊粴膺原氣體燃料，產(chǎn)生的煙氣流中CO2濃度非常高(高達(dá)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(yùn)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。
中國(guó)鋼鐵行業(yè)實(shí)現(xiàn)碳捕集、利用與封存的潛力
中國(guó)目前在運(yùn)營(yíng)鋼鐵廠有281家。每個(gè)圓圈內(nèi)顯示該地區(qū)的鋼鐵廠數(shù)量。
在減少碳足跡的各種選項(xiàng)中，包括考慮未來(lái)以低排放的短流程電爐取代長(zhǎng)流程冶煉工藝在內(nèi)，碳捕集、利用與封存仍然不失為中國(guó)實(shí)現(xiàn)大幅減排的最有效方法之一。
據(jù)世界鋼鐵協(xié)會(huì)(World Steel Association)的數(shù)據(jù)，70％的粗鋼是通過(guò)長(zhǎng)程的高爐-轉(zhuǎn)爐法生產(chǎn)的。2018年全球粗鋼總產(chǎn)量超過(guò)18億噸，其中9.97億噸產(chǎn)自中國(guó)。5中國(guó)88％的粗鋼是通過(guò)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(yuǎn)低于30％的世界平均水平)。長(zhǎng)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。
據(jù)中國(guó)工業(yè)和信息化部(MIIT)的《鋼鐵工業(yè)調(diào)整與升級(jí)規(guī)劃(2016-2020年)》，2017年中國(guó)鋼鐵行業(yè)“供給側(cè)結(jié)構(gòu)改革”的首要目標(biāo)是到2020年將鋼鐵產(chǎn)能限制在10億噸以下。
2020年中國(guó)鋼鐵生產(chǎn)排放量
如果達(dá)到目標(biāo)，預(yù)計(jì)2020年煉鋼排放的CO2量將接近13億噸。然而，實(shí)際排放的CO2接近15億噸，占中國(guó)工業(yè)排放總量的15％。
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(guó)減排溫室氣體的重大機(jī)遇，同時(shí)也是對(duì)中國(guó)鋼鐵行業(yè)基礎(chǔ)設(shè)施的嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。石油、煤化工和發(fā)電等行業(yè)已經(jīng)通過(guò)碳捕集、利用與封存試點(diǎn)形成可轉(zhuǎn)移的專業(yè)知識(shí)，鋼鐵行業(yè)可以跨過(guò)行業(yè)壁壘，與這些行業(yè)合作，應(yīng)對(duì)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(lái)過(guò)渡的機(jī)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(duì)等
2015年，距北京不遠(yuǎn)的首鋼-曹妃甸鋼鐵廠以典型的轉(zhuǎn)爐流程為試點(diǎn)，對(duì)燃煤電廠燃燒后碳捕集系統(tǒng)開展了試點(diǎn)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(gè)煙氣排放源，排放不同濃度的CO2，其化學(xué)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(duì)多個(gè)排放源的混合煙氣進(jìn)行了捕集實(shí)驗(yàn)。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?fàn)t排放的煙氣中的CO2濃度類似，但排放量很高。該項(xiàng)目證明，碳捕集系統(tǒng)可以進(jìn)一步應(yīng)用于有多點(diǎn)排放源的高爐-轉(zhuǎn)爐長(zhǎng)程煉鐵工藝。
政府與行業(yè)的優(yōu)先選項(xiàng)
鋼鐵行業(yè)本身不能獨(dú)自實(shí)現(xiàn)可持續(xù)的過(guò)渡。全球范圍內(nèi)的財(cái)政激勵(lì)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(xiàng)目。決策者應(yīng)將2030年視為加快過(guò)渡的關(guān)鍵窗口。特別是在目前情況下，由于產(chǎn)能過(guò)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(jì)衰退中復(fù)蘇，政府將發(fā)揮核心作用。在未來(lái)十年內(nèi)，在市場(chǎng)強(qiáng)大壓力下，鋼鐵行業(yè)有望實(shí)施巨大變革，以保持競(jìng)爭(zhēng)力。
政府和行業(yè)的高度優(yōu)先選項(xiàng)，是在未來(lái)十年內(nèi)將碳捕集、利用與封存示范項(xiàng)目的開發(fā)跨行業(yè)推入快車道，并進(jìn)一步鼓勵(lì)與可再生能源的政策對(duì)等。在中國(guó)，能源技術(shù)最顯著的成就是在國(guó)內(nèi)推廣部署了風(fēng)能和太陽(yáng)能，并在全球產(chǎn)生了溢出效應(yīng)。為了實(shí)現(xiàn)新近宣布的宏偉目標(biāo)，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(gè)十年應(yīng)對(duì)碳達(dá)峰挑戰(zhàn)的工具，中國(guó)可以考慮效仿其開發(fā)可再生能源的成功經(jīng)驗(yàn)，促進(jìn)碳捕集、利用與封存發(fā)展。
中國(guó)需要優(yōu)先發(fā)展CO2捕集市場(chǎng)，開發(fā)其運(yùn)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(dòng)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(diǎn)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(lái)源的CO2捕集項(xiàng)目以低成本共享。優(yōu)先實(shí)施的CO2-EOR/封存項(xiàng)目就好比一個(gè)消費(fèi)市場(chǎng)，獎(jiǎng)勵(lì)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(xiàng)目。
借鑒大規(guī)模碳捕集、利用與封存示范項(xiàng)目的經(jīng)驗(yàn)知識(shí)，尤其是邊界大壩3號(hào)CCS項(xiàng)目，將使中國(guó)有機(jī)會(huì)在未來(lái)五年內(nèi)成為工業(yè)碳捕集、利用與封存領(lǐng)跑者，向本國(guó)、亞太地區(qū)和其它地區(qū)提供適用并有競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)的低碳技術(shù)解決方案。國(guó)際上已有成功運(yùn)作并證明可行的大規(guī)模碳捕集、利用與封存項(xiàng)目的全鏈條集群的經(jīng)驗(yàn)知識(shí)，經(jīng)過(guò)轉(zhuǎn)移，可以促進(jìn)碳捕集、利用與封存在中國(guó)的工業(yè)化示范與部署。
