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日本钢铁行业的低碳发展路径

2022-07-15 14:39:42 来源:
摘要:日本政府于2020年10月宣布2050年实现碳中和的目标。作为能源消耗大户,日本钢铁工业一直非常关注节能问题。随着对先进节能技术的不断开发和广泛应用,日本钢铁工业的节能减排取得了显著成效。COURSE50项目是日本美丽地球(CoolEarth)计划的一部分。

    日本政府于2020年10月宣布2050年实现碳中和的目标。2021年5月,日本国会参议院正式通过修订后的《全球变暖对策推进法》,以立法的形式明确了日本政府提出的到2050年实现碳中和的目标。
 
    日本能源匮乏,节能在日本能源政策中占有举足轻重的地位,特别是20世纪70年代初的石油危机之后。作为能源消耗大户,日本钢铁工业一直非常关注节能问题。随着对先进节能技术的不断开发和广泛应用,日本钢铁工业的节能减排取得了显著成效。20世纪90年代中期以后,日本逐渐将应对全球气候变化提上日程。而钢铁行业是日本工业部门中排放二氧化碳最多的行业。因此,在此阶段,日本钢铁工业逐步从节能降本转变为努力降低CO2和所有温室气体排放,并为此积极开发降低CO2排放的新技术、加强废弃物回收以及进行生命周期评价等。具体措施如下:
 
    一、制定减排和碳中和规划
 
    2008年,日本新能源产业综合开发机构启动日本环境友好型炼铁工艺技术开发项目(COURSE50)并委托给日本制铁、神户制钢集团、JFE钢铁等日本钢铁企业予以落实。COURSE50项目是日本美丽地球(Cool Earth)计划的一部分。Cool Earth 在2007年提出,目标是《京都议定书》中规定的内容,旨在2050年前将全球二氧化碳排放量减少50%。COURSE50的研究内容主要分为两方面:1)以氢直接还原铁矿石的高炉减排CO2技术的研发,目标是实现10%的CO2减排,开发的主要技术包括利用氢还原铁矿石的技术、增加氢含量的焦炉煤气改质技术(焦炉煤气改质技术就是将焦炉煤气中的碳氢化合物转变为氢气,通过催化裂解将焦炉煤气改质,改质后的焦炉煤气中氢气含量可达到60%以上)、高强度高反应性焦炭的生产技术;2)高炉煤气中CO2的分离、回收技术的研发,目标是减排20%的CO2。
 
    2018年,日本铁钢联盟提出2100年挑战“零碳钢”的目标,拟通过环保型工艺、环保型产品和环保型解决方案来实现。COURSE50也成为实现该目标的重要途径之一。
 
    二、研发突破性减排技术
 
    为实现2050年碳中和的目标,日本制铁采用的主要技术方案包括应用大型电弧炉大规模生产优质钢和氢气还原高炉炼铁技术(COURSE50 & Super COURSE50)。一是应用大型电弧炉大规模生产优质钢。2020年电炉钢产量占比达25.4%,同比增加0.9%,更多电炉项目还在建设当中。二是氢气还原高炉炼铁技术,采用氢气和直接还原铁(DRI)替代部分焦煤和铁矿。
 
    神户制钢致力于提升还原及熔融工序中能源效率的技术开发活动,注重节能技术、扩大铁屑利用等来降低碳排放。高炉C02减排通过运用高炉炉温人工智能预测系统、人工智能操作高炉?技术,最大限度提高效率。神户制钢同时注重创新技术,实现二氧化碳减排。如引进利用高炉煤气的高效燃气轮机发电设备,大幅削减了二氧化碳排放量。特别是,在钢铁工艺中,将使用天然气的还原铁制造方法(MIDREX?工艺) 形成的大量热压铁(HBI)投入高炉,可以减少高炉工序约20% 的二氧化碳排放量。此外,神户制钢也研究使用电炉生产高级钢。
 
    三、利用碳捕捉、运用和储存
 
    即使是具有突破性技术的高炉,仍然会排放大量的二氧化碳,这种情况下,可以通过捕获二氧化碳,并用于化学品或储存在地下。
 
    日本制铁将开发和置换为通过氢还原铁矿石将CO2排放量降至为零的无碳炼铁(氢还原炼铁)。但考虑到确立氢还原炼铁技术和廉价的大量无CO2氢供给体制的道路还有很远,预计当前仍将与高炉并存生产。在这种情况下,通过开发和利用高炉工艺中COURSE50技术等促进CO2排放量减少,同时通过二氧化碳的捕集、利用与封存(CCUS)实现CO2的有价化和固定化。
 
    四、创新固碳技术
 
    日本制铁开发了“蓝碳”(Blue Carbon)项目。为了改进对钢渣的利用,日本制铁开始了蓝碳(海洋生态系统中的二氧化碳吸收和固定)的基础研究,收集关于通过使用钢渣和创造浅底、潮滩和海藻床可以固定多少二氧化碳的基本数据,并利用日本制铁自身的大型水箱(海洋实验室),开发研究利用钢渣创造滩涂、浅底、海藻床等的方法,改善沿海地区的环境。有了基本数据的汇总,就了解可以固定多少二氧化碳。目前日本制铁已在全国38处开展利用钢渣的海洋森林再生技术项目调查。
 
    JEF钢铁公司和太平洋水泥、地球环境产业技术研究机构共同开发二氧化碳的碳酸盐固定技术。该小组以钢铁渣、废混凝土、新混凝土、煤灰等为原料,用湿法抽出碱土金属并与工厂排放的二氧化碳反应,生成稳定化合物碳酸盐,并研发了碳酸盐的使用技术。
 
    五、延伸生态产品
 
    日本制铁除了在钢铁制造过程中大力推动技术创新,还通过提供高功能钢铁产品,帮助客户在使用最终产品时节省能源并减少二氧化碳排放。具体而言,日本制铁提供用于驱动电机的高性能电工钢板以及用于电动汽车轻量化的超高强度钢板,以在日本制铁的产品用作制成品时实现显著的二氧化碳减排效果。

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