碳中和大陆背景下欧盟有哪些技术难题待

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北极星大气网讯:短中长期阶段亟待突破的关键技术为实现欧盟“碳中和大陆”的目标，各种政策密集出台，欧洲主要钢企均提出了目标和行动计划。目前正在研发或已达到商业成熟级别的主要技术有：瑞典钢铁（SSAB）的HYBRIT技术（突破性氢能炼铁技术）、塔塔钢铁的Hlsarna技术（直接利用煤粉和粉矿的熔融还原技术）、奥钢联的HYFOR技术（氢基粉矿还原技术）和H2FUTURE项目（用可再生能源发电以制造“绿色氢”）、安赛乐米塔尔的智能碳和直接还原铁（DRI）技术、意大利Tenova（特诺恩集团）的HYL/ENERGIRON-ZR直接还原铁技术、蒂森克虏伯的Carbon2Chem碳捕捉技术。此外，欧盟正在推进的项目还有IGAR、PEM和STEPWISE、Steelanol、FReSMe、Everest（碳捕集、存储项目）等。上述这些技术，可分为两个主要的技术路线，即“智能碳使用”和“碳直接避免”。欧洲钢铁业普遍认为，这两条技术路线最终都能实现碳中和的目标，而采用“碳直接避免”的技术路线，碳减排的效率是“智能碳使用”技术路线的4倍。如果用“绿色氢”替代碳进行直接还原，可实现近乎%的碳减排。考虑到转型期间的成本问题，在年前，“碳直接避免”很难完全达到商业化运营条件，而“智能碳使用”则会在年前发挥效果，以支撑欧盟到年减少55%温室气体排放量（与年水平相比）的目标。这些技术突破的进展状态差异较大。基于两条技术路线，根据商业化成熟度的3个阶段（即短中期、中期、长期阶段），再结合“碳基冶金”“电力基冶金”“氢基冶金”三元维度，可将这些技术归纳如下：在短中期阶段，需要突破的关键技术可分为以下4个方面：一是PI过程集成方向，包括高炉脱碳煤气的回收利用、高炉和连铸的二氧化碳捕集、混煤或混焦装煤、生物质燃料替代高炉喷煤、高炉喷吹纯氢或富氢气体、天然气直接还原、利用现有钢铁厂气体熔炼废钢等技术。二是“碳直接避免”方向，包括氢基直接还原+电弧炉技术。三是碳捕集与利用方向，包括用钢厂排放的气体制造甲醇、乙醇、聚合物的原料，利用残渣进行矿物碳化等。四是辅助工艺方向，包括碱性水电解（AEL）、质子交换膜电解（PEMEL）、吸附强化水煤气变换（SEWGS）等制氢技术和真空变压吸附、胺洗涤、甲醇洗涤、低温分离等碳捕捉技术。短中期阶段的商业化成熟目标是：到年，二氧化碳减排目标为40%（相比于年的水平）；用天然气基的DR—EAF（直接还原炉-电炉）工艺替代部分高炉—转炉的传统工艺；从传统高炉冶炼方案切换到各种改进型的高炉冶炼方案；用生物质燃料替代部分高炉喷煤。到年，78%的高炉—转炉工艺将转型为新的技术。在中期阶段，需要突破的关键技术可分为以下4个方面：一是“碳直接避免”方向，包括电解沉积（碱性溶液）技术。二是PI过程集成方向，包括先进煤基熔融还原技术。三是碳捕集与利用方向，包括微藻技术、直接矿物碳化（原生矿物）技术、单级二甲醚合成技术、氢强化甲烷合成技术、环状碳酸盐合成技术、RWGS-干法重整技术等。四是辅助工艺方向，包括SOEC/高温蒸汽电解（HTE）、氢气和固体碳的天然气热解转化（焦炭床反应器）等制氢技术和利用固体吸附剂的碳捕捉技术。中期阶段的商业化成熟目标是：用天然气或氢基DR-EAF装置进一步替代部分高炉—转炉装置，逐步提高直接还原工艺的氢含量，进一步利用生物质燃料和碳捕获、利用与封存技术。在长期阶段，需要突破的关键技术可分为以下3个方面：一是“碳直接避免”方向，包括氢等离子体熔融还原技术、氧化铁熔融电解/热电解技术。二是碳捕集与利用方向，包括不同生物发酵工艺、二氧化碳电解与生物反应器（人工光合作用）组合、电化学二氧化碳还原/转化、光化学二氧化碳还原等技术。三是辅助工艺方向，包括太阳能光催化分解水技术。长期阶段的商业化成熟目标实现后，温室气体排放量将比年减少80%~95%。欧盟钢企的“氢探索”对这些重大技术，欧洲各钢厂分别制订了自己的计划时间表。目前公开发布的信息有：瑞典钢铁：年8月31日，HYBRIT中试工厂投运；年，建立一个HYBRIT示范工厂；年，Oxelsund高炉改造完成；年~年，全部高炉改造完成；年完全实现无化石钢铁制造。奥钢联：年11月，H2FUTURE“绿色氢”中试工厂投运；年底，HYFOR中试机组投运。安赛乐米塔尔：年，SIDERWIN直接电解铁矿石中试线投产；氢基DRI示范工厂正处于设计和融资阶段，最初年产能为10万吨海绵铁；年，Carbalyst（Steelanol）示范工厂投运，用高炉废气制造生物乙醇；年，3D（DMXTM）示范工厂投运，为碳捕获试点项目。塔塔钢铁：年，HIsarna开始工业试验；年，Athos项目实现碳减排万吨，将排放气体加工成化工原料；年，Everest项目（碳捕集、存储项目）实现碳减排万吨；年，在荷兰建立年产万吨~万吨的工业级示范线。蒂森克虏伯：年11月11日，德国杜伊斯堡9号高炉注入氢气试验；年，氢气试验扩大到所有28个风口；年，第一座DRI（直接还原铁）工厂投运，年产能40万吨；年，氢基DRI年产能增加至万吨。萨尔茨吉特钢铁公司（Salzgitter）：年第四季度，高温电解槽（HTE）投运，风力发电厂投运；年底开始推出绿色钢铁产品；年3月，氢基DRI万吨示范线完成可行性论证。在上述关键技术实现突破的同时，工艺路线也将完成重大转型。随着氢基冶金技术的成熟、“绿色氢”成本的降低、资源保证能力的提高，欧盟钢铁行业将逐步从传统的碳基冶炼工艺路线、废钢电弧炉工艺，经由碳基直接还原DRI+电弧炉工艺、天然气基直接还原DRI+电弧炉工艺，向氢注入高炉替代碳还原工艺、氢基直接还原DRI+绿色电力基电弧炉工艺、绿色电基电解铁矿石等方向完成转型。要实现碳中和的最终目标，除了冶金技术本身的突破外，还要

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