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        專訪寶武集團中央研究院首席研究員張永杰
        (時間:2022/3/3 10:43:13)

          中國作為全球最大鋼鐵生產國,2021年粗鋼產量10.33億噸,占全球粗鋼產量50%以上。我國鋼鐵工業二氧化碳排放量約占全國總量的15%,是制造業31個門類中碳排放量最大的行業。
          21世紀經濟報道此前從中國鋼鐵工業協會了解到,《鋼鐵行業碳達峰實施方案》已由國家發改委、工信部等有關部門牽頭編制完成。
          中國鋼鐵行業將如何進行綠色低碳轉型?哪些技術可以適應當前轉型的需求?
          近期,21世紀經濟報道記者(以下稱《21世紀》)專訪了中國寶武鋼鐵集團中央研究院首席研究員張永杰。張永杰表示,在實現碳達峰碳中和這場廣泛而深刻的經濟社會系統性變革中,鋼鐵要形成自身獨特的低碳競爭力。
          鋼鐵綠色低碳轉型的必要性與途徑
          《21世紀》:中國鋼鐵行業碳達峰實施方案以及碳中和技術路線圖基本成型,鋼鐵行業在推動實現“雙碳”目標方面的優勢是什么?
          張永杰:首先,鋼鐵材料綠色屬性優勢。鋼鐵是高度可循環的綠色產品,是綠色經濟的引擎,制造鋼鐵會產生一定的碳排放,但先進鋼鐵材料作為減排推動者產生的碳減排效益更加顯著。
          波士頓咨詢集團和聯邦德國鋼鐵工程師協會【BCG and VDEh (2013), Steel’s Contribution to a Low-Carbon Europe 2050】研究認為:鋼鐵推動的二氧化碳減排量較鋼鐵生產過程中二氧化碳排放量平均多出6倍。鋼鐵作為對國家經濟建設和社會發展貢獻最大的基礎材料之一,通過工藝創新,強度更高、壽命更長、效能更好的鋼鐵產品將有力支撐社會實現低碳轉型。
          其次,市場選擇支撐其向零碳轉型。在全社會綠色低碳轉型過程,鋼鐵材料的市場需求與日俱增,這是市場選擇了鋼鐵這一綠色低碳材料的結果,屬于需求推動。但是,由于全球對鋼鐵總量需求巨大,帶來巨大的能耗和資源消耗及排放不容忽視,鋼鐵的綠色低碳轉型是突破環境資源硬約束的需要。從產業間競爭與國際競爭角度,以及從全產業鏈與全生命周期角度看,鋼鐵低碳競爭力既是行業發展的需要,也是中國作為制造大國鋼鐵下游產業參與國際競爭的需要。
          第三,政策化引領與人才驅動優勢。最近工信部、發改委、生態環境部三部委出臺了《關于促進鋼鐵工業高質量發展的指導意見》。我國作為全球最大鋼鐵生產國,鋼鐵產業也是最為市場化的產業之一,產業的體量及具備的技術人員、技術基礎,有足夠的能力支撐其轉型。
          《21世紀》:鋼鐵行業將會從哪些方面進行綠色低碳轉型,進而為全社會綠色低碳發展賦能?目前有哪些相關技術可以適應轉型的需求?
          張永杰:“雙碳”目標實現、低碳競爭力形成,技術很重要,科技是解決發展難題的金鑰匙。鋼鐵綠色低碳發展應遵循能源與原料結構創新、鋼鐵材料設計與應用創新、工藝裝備流程創新等。
          能源結構創新是指采用風光水電、核能、生物質能等零碳、低碳非化石能源在鋼鐵企業中的應用,原料結構創新是指低碳原材料的投入使用,如廢鋼、低碳的直接還原鐵(DRI)等;鋼鐵材料設計與應用創新則是開發高強耐候耐侵蝕輕型長壽的綠色產品,提高材料效率和循環利用效率,支撐下游用戶減碳等;工藝裝備流程創新則更多聚焦于具有顛覆性、前瞻性、突破性的新技術以實現流程脫碳,如氫能冶金、富氫碳循環高爐技術、二氧化碳捕集、利用或儲存技術(CCUS)等。
          另外,要深化智慧制造,將5G、大數據、工業互聯網、人工智能等新一代信息技術應用到企業的設計研發、生產制造、市場營銷等各個環節,通過數字化賦能協力推進鋼鐵制造綠色化以及制造綠色鋼鐵。鋼鐵行業要與多行業協同低碳,如鋼鐵-化工聯產,鋼鐵-建工聯產。所有這些,均有助于社會轉型發展。
          技術重構推動鋼鐵低碳競爭力
          《21世紀》:之前中國寶武提出要創新高爐-轉爐生產方式和構建富氫碳循環高爐技術體系和氫冶金技術來進行減碳,在工藝流程重構的過程中,技術創新的方向是什么?重構工藝流程后,對鋼鐵生產過程中最大的變化影響是什么?
          張永杰:目前世界上主流的工藝是高爐-轉爐(BF-BOF)工藝和電爐(EAF)工藝,我國高爐-轉爐長流程工藝占主導地位,2020年我國電爐鋼產量占比僅10.4%,與世界平均水平30%左右、美國近70%、中國以外其他地區50%左右相比,有較大差距。
          電爐路線發展是趨勢,一種是以廢鋼資源為冶煉原料,另一種是以直接還原鐵(DRI)為冶煉原料,DRI可利用氫氣、甲烷等低碳能源直接還原鐵礦石獲得。BF-BOF路線低碳化也將是創新重點,高爐是極高效率的反應器,能源效率高達90%以上。
          富氫碳循環高爐、高爐煤氣CCUS以及轉爐大廢鋼比等,是歐洲ULCOS項目、日本COURSE50項目和韓國POSCO的研發重點,從能源效率角度分析,這些技術的應用相比于新興工藝技術其碳排放不一定高很多。
          工藝流程重構后,鋼鐵能量流和鐵素流將發生變化,對應的能源網絡體系將面臨重建。例如,傳統流程的副產焦爐煤氣、高爐煤氣和轉爐煤氣量將發生巨大變化,而且其含有的氫氣、一氧化碳用作還原劑可能更有經濟性;另一方面,隨著綠電技術進步,其成本進一步下降。流程重構帶來鋼廠整體用能方式的變化,也將帶來能源系統重構;寶鋼股份2020年獲冶金行業科技進步一等獎的一個項目就是嘗試分布式能源與物理信息融合系統(CPS)技術應用對傳統鋼鐵能源的重構與實踐,該工作在“雙碳”背景下將進一步深化與推廣應用。
          《21世紀》:中國寶武在現有技術創新重構方面都做出了哪些探索和努力?
          張永杰:寶武集團率先在行業內提出實現“雙碳”目標時間表和路線圖,發起設立全球低碳冶金創新聯盟、寶武碳中和股權投資基金。
          寶武的低碳冶金技術路線規劃包括:鋼鐵流程極致能效減碳、重構高爐工藝技術減碳、氫冶金技術減碳、短流程近終型制造技術減碳、循環經濟減碳、二氧化碳資源化利用技術減碳等。
          一方面謀求顛覆性技術上取得突破,另一方面中國鋼鐵產業規模大,發展不均衡,現有最佳可行技術(BAT)的行業推廣節能減碳潛力也不容小覷!半p碳”背景下,在現有BAT基礎上二次開發再創新,其商業價值凸顯。國際能源署(IEA)認為,現有技術重構到2050年累計可減碳21%。全流程能源效率提升是鋼鐵行業減碳的優先工作,瞄準余熱余能資源化、提升界面能效的創新與應用,挑戰極致能效,實現應收盡收。2020年我國噸鋼綜合能耗為0.545 噸標煤/噸鋼,極致能效有望實現在此水平上繼續減碳3%至5%。
          此外,材料創新和綠色能源應用也是寶武關注的重點。材料方面,高強耐候耐侵蝕輕型長壽的綠色產品是產品研發的趨勢。能源方面,除外購綠色能源,截至2020年,寶鋼股份建成世界最大屋頂光伏發電項目97MW,2022年計劃開展風電建設。
          鋼鐵低碳技術創新將成熱土
          《21世紀》:鋼鐵低碳產業技術創新存在哪些難點?如何突破?
          張永杰:首先是共性技術供給問題。共性技術是指一種有可能應用到大范圍的產品或工藝中的概念、部件,或工藝,或科學現象的深入研究,英文原文的意思是(商業)競爭前技術。
          鋼鐵共性技術的研發與應用有利于鋼鐵低碳技術變革與重構,但往往一方面由于共性技術的外部性導致純市場機制的共性技術供給不足,造成“市場失靈”;另一方面單個個體由于能力所限難以實現共性技術供給,而合作又難以實現共性技術的商業價值造成“組織失靈”。雙重失靈造成技術研發推廣困難。
          這需要政府、行業龍頭企業及其聯盟、行業專業研究開發院所發揮作用。一方面促進共性技術的創新研發與推廣應用,確定共性技術的共享層次;另一方面推動法律法規制度健全,創造公平公正的競爭環境,提供共性技術開發所需的部分資金支持。
          其次是知識產權保護。新技術、共性技術研發完成后,面臨外部侵權使用及規模擴散,導致研發投入損失和維權損失,并造成新技術研發的掣肘。除了研發部門做好知識產權保護和應用保護外,還需要鋼廠作為使用方要高度重視知識產權保護,同時需要政府建立健全并落實知識產權保護和懲罰機制。
          最后是碳市場和綠色金融賦能鋼鐵技術創新及成果產業化。碳市場的常規化運行對于鋼鐵綠色低碳發展是風險也是機遇。鋼鐵企業需要充分把握碳市場的機遇,結合自身發展趨勢和特色,引導公共資金和綠色資金的關注。
          鋼鐵作為最具有全球競爭力的產業之一,在綠色低碳轉型發展中,如果能實現低碳技術重構、低碳技術創新體系重構、低碳運行體系技術重構,將對整個中國社會的綠色低碳轉型,以及中國作為制造大國的低碳競爭力提升起到中流砥柱作用。
          鋼鐵綠色低碳競爭力的形成,蘊藏著萬億商業機會。鋼鐵低碳技術創新,是今后幾十年鋼廠、低碳技術供應方以及低碳技術創新生態圈各方的熱土。


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