為實現《鋼鐵綠色協議》中到2050年溫室氣體排放量較1990年減少80%~95%的承諾，歐洲鋼鐵工業聯盟（Eurofer，簡稱歐鋼聯）確定了2條主要的技術路線，即“智能碳使用”和“碳直接避免”技術路線。

　　為幫助廣大鋼企了解歐洲鋼鐵工業低碳發展路徑，《觀海聽潮》特推出歐鋼聯碳減排技術路線系列報道，跟蹤歐洲鋼鐵工業相關技術項目進展。本期聚焦剛剛于8月31日投產的全球首個無化石燃料海綿鐵中試線——HYBRIT項目。

　　劉獻東

　　8月31日，全球第一個無化石燃料海綿鐵中試線——HYBRIT（突破性氫能煉鐵技術）項目在瑞典呂勒奧（Lule？）舉行了啟動儀式。瑞典首相Stefan L？fven（斯特凡·勒文）出席了儀式。儀式全程在網上進行了直播。

　　HYBRIT項目由SSAB（瑞典鋼鐵）、LKAB（瑞典礦業集團，歐洲最大鐵礦石生產商）和Vattenfall（瑞典大瀑布電力公司，歐洲最大電力生產商之一）3家行業巨頭合資創建的HYBRIT發展有限公司負責推進。合作的科研機構包括瑞典皇家理工學院、呂勒奧理工大學、瑞典國家研究院、瑞典鋼鐵研究所Swerim等。SSAB、LKAB和Vattenfall計劃打造世界上第一個“無化石燃料鋼鐵制造”價值鏈，目標是：到2026年，通過HYBRIT技術，在世界上率先實現無化石燃料冶煉技術；到2045年，完全按無化石燃料工藝路線制造鋼鐵。

　　HYBRIT項目中試線3個主要單元

　　無化石燃料海綿鐵中試線主要包括3個單元：

　　一是位于呂勒奧的直接還原鐵、制氫單元。

　　該單元負責生產氫氣，采用氫氣DRI（直接還原鐵）制備技術和電弧爐工藝，用電和氫代替煤炭，每年需要15太瓦時的電力，相當于瑞典年發電量的1/10。該單元運行的主要能源將來自Vattenfall的非基于化石燃料的電力。

　　二是位于瑞典馬爾姆貝格特（Malmberget）和呂勒奧的無化石燃料球團單元。

　　該單元將通過用可再生的生物燃料替代化石燃料，以實現基于無化石燃料工藝的鐵礦石球團礦制造技術，相關試驗在呂勒奧的一個實驗燃燒爐和馬爾姆貝格特的一個工廠中進行。目前，LKAB正在馬爾姆貝格特的一個球團廠中，圍繞“用生物燃料代替化石燃料”進行全面試驗。在試驗期內，馬爾姆貝格特球團廠化石燃料燃燒產生的二氧化碳排放量將減少40%，相當于每年實現約6萬噸的碳減排，試驗期將持續至2021年。

　　三是位于呂勒奧的儲氫單元（計劃于2021年建設）。

　　HYBRIT項目計劃建造一個儲氫研究設施，試驗工廠在SSAB位于呂勒奧的工業區。目前該項目方正在調查在SSAB工業區附近的LKAB Svart？berget老鐵礦石儲存區建造一個位于地下25米~35米的小型臨時儲存區的可能性。該儲氫設施將是未來支撐和維持能源系統穩定的重要組成部分。

　　預計HYBRIT項目中試階段的總費用在20億瑞典克朗左右。瑞典能源署已承諾出資5.99億瑞典克朗，剩余部分將由SSAB、LKAB和Vattenfall三方等額出資。

　　HYBRIT項目未來規劃

　　按照規劃，未來HYBRIT項目將分以下步驟推進。

　　HYBRIT工業級示范工廠與HYBRIT項目中試線同步建設。

　　HYBRIT工業級示范工廠的啟動比原計劃提前了3年，計劃于2023年開工建設，于2025年投產。該示范工廠年產能為100萬噸。

　　與此同時，SSAB將對Oxel？sund高爐進行改造，計劃于2026年實現商業化的鐵礦石基、無化石的冶煉工藝路線。SSAB最早將于2025年前將二氧化碳排放量減少25%。

　　HYBRIT工業級示范工廠建成后，SSAB將對傳統工藝路線進行徹底改造。SSAB計劃于2030年~2040年將其全部的傳統高爐換成電弧爐。同時，SSAB開始逐步淘汰軋鋼廠和熱處理廠的化石燃料工藝，到2045年完全實現無化石燃料的鋼鐵制造。

　　HYBRIT項目發展歷程

　　？2016年，SSAB，LKAB和Vattenfall聯手創建了HYBRIT項目。目標是使用非基于化石燃料的電力和氫氣替代傳統化石燃料，實現無化石燃料的鋼鐵冶煉。

　　？2016年~2017年為可行性研究階段。研究的結論是，考慮到當今的電價、煤炭價格和二氧化碳排放成本，采用無化石燃料技術煉出的鋼材的價格將比傳統鋼材高20%~30%。不過，隨著無化石基能源電價的下降，以及歐盟碳排放交易系統（ETS）推動的二氧化碳排放成本上升，無化石基鋼材將具備成本競爭力。

　　？2018年夏季，HYBRIT項目進入中試階段，開始在呂勒奧的SSAB工廠建設全球第一個無化石燃料鋼鐵生產中試線。

　　？2019年夏季，HYBRIT項目開始在瑞典馬爾姆貝格特的LKAB工廠建造基于無化石燃料的球團機組。另外，該項目還計劃在HYBRIT中試線附近建造一個氫氣存儲中試線，預計將在2022年~2024年間投入運行。

　　？2020年8月5日，HYBRIT項目在球團工藝中使用無化石燃料的試驗取得成功。

　　？2020年8月31日，全球第一個無化石燃料海綿鐵中試線投運。

　　鏈接

　　歐鋼聯“碳直接避免”技術路線實施路徑和主要項目

　　目前基于鐵礦石的冶煉技術已經處于熱力學極限，電力冶煉工藝還不能完全依靠可再生能源。這就是“碳直接避免”技術路線誕生的根本原因。“碳直接避免”首先要避免碳氧化物的生成。

　　歐鋼聯于8月3日發布了“碳直接避免”技術路線的實施路徑和主要項目。

　　實施路徑有2個：一是氫基冶金技術，即在鋼鐵生產過程中用氫來代替碳作還原劑，而且要采用可再生能源制造的“綠色氫”；二是采用電力進行冶金，其用電更注重可再生能源。

　　主要項目包括：HYBRIT、H2Steel、tkH2Steel、GrInHY（綠色工業制氫）、SALCOS（薩爾茨吉特低碳煉鋼）HydrogenHamburg和SIDERWIN。進一步的項目聚焦廢鋼循環利用和直接還原鐵工藝，包括循環經濟解決方案、工藝整合以及通過氫和電的使用直接避免碳排放。

　　其中，HYBRIT項目主要采用氫氣替代煤炭作為還原劑進行鋼鐵冶煉，副產物是水，而非二氧化碳。

　　H2Steel項目旨在研發氫基冶金技術，包括SUSTEEL和H2FUTURE兩個子項目。

　　GrInHY項目旨在研發可逆高溫電解綠色工業制氫技術，采用可逆式固體氧化物電解工藝生產氫氣和氧氣，并將多余的氫氣儲存起來。

　　SALCOS項目集風力發電制造綠色氫、氫基冶煉等技術于一體，旨在把以高爐為基礎的碳密集型煉鋼工藝逐步轉變為直接還原煉鐵—電弧爐工藝路線，同時實現富余氫氣的利用。

　　SIDERWIN項目由安賽樂米塔爾負責，旨在研發一種直接電解鐵礦石技術（據公開發布的信息判斷，屬于堿溶液低溫電解類技術）。

　　此外，目前歐洲正在運行的“碳直接避免”相關技術項目還包括奧鋼聯的HYFOR氫基粉礦還原技術、Tenova（意大利特諾恩集團）的HYL/ENERGIRON-ZR直接還原鐵技術。

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