气候技术值得关注 ： 清洁钢汉娜男孩 | 2023 年 6 月低碳钢对能源转型至关重要。钢铁脱碳是一段漫长的旅程 ， 而且在竞争激烈的情况下 ， 支持性的研发和贸易政策对成功至关重要。KEY TAKEAWAYS.钢铁产量占全球总排放量的 8 - 10 ％ ， 是最大的贸易排放的单一工业来源。.有几种既定的技术可以减少钢铁行业的排放也有希望的新生途径 ， 可以大大减少温室气体排放炼钢过程。...降低钢铁生产碳强度的大多数途径还不广泛商业部署 ； 然而 ， 几个试点项目正在试验碳捕集现有的生产方法以及创新的低碳生产方法。新的生产工艺和技术比与现有的方法。这些技术将需要成为成本竞争力传统的钢铁生产方法被广泛采用。美国是温室气体排放量较低的钢铁生产工艺的领导者。尽管如此 ，对大幅减少部门排放的新生产途径的支持是需要通过支持性的研发和贸易政策。itif. org CONTENTS钥匙 外卖 ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 1What Is 净零 钢 and Why Is It 重要 ？ ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 2清洁 钢的 Role in the Energy 过渡 ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 2Pathways for 钢 Production ............................................................................................. 3脱碳 途径 ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 3Global 进展 ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 4Progress in the United States .............................................................................................. 5钥匙 Policy 问题 ............................................................................................................... 5Looking 前进................................................................................. 7尾注 ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 8什么是净零钢 ， 为什么它很重要 ？钢是现代生活中不可或缺的材料 ， 对许多行业都是必不可少的 ， 包括运输、建筑和能源。净零钢的功能与传统钢材 ， 但没有净温室气体 (GHG) 排放。由于钢铁行业的复杂性 ， 不太可能出现单一的全球脱碳技术途径 ； 然而 ， 能效投资的组合 ； 电气化 ；碳捕集与封存 (CCS) ； 低排放炼钢技术提供了有前途的行业脱碳的途径。加快创新 ， 降低成本 ， 以及减少温室气体排放 ， 政府需要实施联邦和私人创新政策以及支持性的监管和贸易政策。洁净钢在能源转型中的作用钢铁对于实现全球能源系统的广泛脱碳至关重要 ，buildings, manufacturing, and transportation. Steel production by itself is also responsible for a全球二氧化碳份额上升 (CO2) 排放。生产的每吨钢都会产生一个平均 1.9 吨 CO2排放 ， 整个行业负责 7和 9% 的全球 CO2排放量。1 如果全球钢铁行业是一个国家 ， 它将排名世界第三的 CO2排放量。2钢铁需求预计将上升 ， 部分原因是对风力涡轮机、太阳能的需求增加阵列、电动汽车和其他清洁能源解决方案。目前全球钢铁需求为 1, 985百万吨 ， 中国产量近 55% ， 其次是印度、日本和美国在过去的 50 年里 ， 产量增加了两倍。3 国际能源署 （ IEA ）预计到 2050 年 ， 全球钢铁需求将增长三分之一以上。4 Industries将需要全球净零解决方案来满足这种需求的增长 ， 同时减少排放。信息技术与创新基金会 | 2023 年 6 月PAGE 2 钢铁生产的途径钢铁生产有三种主要方法 ：1. 高炉 - 鼓风氧炉 （ BF - BOF ） 钢的生产是一个过程 ， 通过它的原料铁矿石以及碳源 (主要是煤或天然气) 、石灰石和小钢屑的百分比转化为原钢使用大量的能源。在高温高炉中冶炼铁 ， 并将石灰石送入高炉以去除杂质。然后将铁水或生铁与钢一起送入转炉废金属 ， 在那里用氧气喷砂以进一步去除杂质。2. 电弧炉 （ EAF ） 使用电流熔化废钢合金。然后可以将液态钢铸造成次要形状并形成最终钢产品。53. 直接还原铁 （ DRI ） 可以代替电弧炉中的主要液态钢。它是通过使用还原气体还原铁矿石而产生的。还原气体 - 称为“合成气 ” ， 它是氢气的混合物 (H2) 和一氧化碳 (CO) - 通常是由天然气或煤制成 ， 但可以用低碳氢代替。在 BF - BOF 和 EAF 工艺完成后 ， 可以对热钢进行成型和精加工成钢筋等长材产品、钢板板等扁材产品或专业通过添加合金的钢铁产品 ， 包括不锈钢和高级航空and automotive steel. Finally, these products are finished and shipped, either via barge, shipping集装箱 ， 铁路或卡车到建筑工地 ， 使用钢材作为输入的工厂 ， 或一些其他后处理。由于较低的能量需求, 使用 EAF 途径生产的钢的碳强度较低。然而 ， 在全球范围内 ， BF - BOF 途径更为普遍 ， 占 70 ％ 以上全球生产能力。6脱碳途径有几种经过商业验证的技术可以帮助减少碳排放。美国钢铁生产的足迹 ， 例如增加电弧炉生产的可再生能源 ， 以及能源效率措施。随着电网变得不那么碳密集 ， 由于增加可再生能源的使用 ， 与电弧炉钢铁产品相关的排放将continue to decline. There are also remaining energy efficiency improvements at the plant level仍未开发。钢铁厂也可以继续投资于改善现场能源依赖于集成传感器、 5G 电信、机器学习、预测性维护 ， 以及智能制造原则 ， 进一步提高能效。目前存在于台式和中试规模演示规模的技术可能会提供有希望的途径进一步脱碳现有钢铁生产。最有前途的完全脱碳途径是使用低碳氢作为还原剂 ， 与 DRI -EAF 工艺 （ DRI - H2 ） 。该途径结合了已经商业化的 DRI工艺 ， 使用低碳氢 ， 而不是天然气 ， 以及电弧炉工艺。另一个潜在的技术途径是碳捕获 ， 利用和储存 （ CCUS ）技术 ， 可以在现有或新的 BF - BOF 和 DRI 工厂上进行改装。 CCUS 由信息技术与创新基金会 | 2023 年 6 月PAGE 3 捕获 CO2从烟囱 ， 隔离它 ， 并将其运输到长期储存或重复使用。结果是低排放的钢铁产品。7直接铁电解仍处于发展的早期阶段 ， 但有潜力充分如果使用无碳电力 ， 则使炼钢过程脱碳。已经有几条路线在实验室规模进行测试 ， 包括高温熔融氧化物电解和低温水性电解沉积。8 两种方法都涉及使用电解从矿石中提取铁。图 1 ： 低碳钢生产的途径钢是一种固有的碳基产品 ， 因此完全去除碳要么成本很高根据技术途径 ， 效率低下或技术上不可行。即使行业可以有效实施上述脱碳途径 ， 该行业可能会需要抵消或直接空气等碳负技术的残余排放捕获、生态系统保护或其他生态方法。全球进展降低钢铁生产碳强度的大多数途径还不广泛商业部署。氢突破炼铁技术 (HYBRIT) 设施瑞典卢勒奥 ， 瑞典钢铁生产的 SSAB ， 瑞典钢铁之间的合资伙伴关系信息技术与创新基金会 | 2023 年 6 月PAGE 4 矿石生产商 LKAB 和瑞典电力生产商 Vattenfall 是第一家大规模使用 DRI - H2 工艺的示范设施。其他几家全球钢铁公司已经宣布计划试点和部署商业规模的 DRI - H2 设施 ， 合计产能约 2000 万吨 ， 承诺至少 500 亿美元资本。9第一家也是唯一一家全面运营的 CCS - DRI 钢铁厂是 320 万吨的 Al Reyadah阿布扎比的设施 ， 能够捕获 80 万吨二氧化碳2每年从天然气。捕获的 CO2然后用于附近的提高石油采收率气田。10 两个集成全球钢铁生产商美国钢铁公司和安赛乐米塔尔公司宣布了 CCS 钢铁项目 ， 位于在法国、挪威、比利时和美国的俄亥俄河谷。然而 ， 规模、范围、预计完工日期的数据仍然是粗略的 ， 除了最初的项目之外 ， 几乎没有细节公告。11更新生的直接铁电解途径有几个研究和开发 (R & D)Siderwin 是一个欧盟资助的项目 ， 正在研究一种低温水溶液到十年中期具有商业可扩展性的解决方案。12 如果成功 ， 该技术具有有可能大幅减少原生钢生产的总排放量 - 约为 95% 或更多美国的进步美国的钢铁生产已经低于全球的碳密集型竞争对手的碳排放量比全球平均水平低 75% 至 320% ，取决于生产途径。13 美国最近采取了几项措施立法投资于低排放钢铁生产途径和刺激吸收和私营部门投资于新技术。 2022 年的《减少通货膨胀法》 （ IRA ） 包括 58 亿美元先进工业设施部署计划 ， 为创新工业提供资金碳减排技术 ， 特别是在钢铁等难以削减的行业。 IRA 和基础设施投资和就业法案为相关技术提供了进一步的激励措施如 CCS 和低碳氢。美国刚刚开始实施更新、更具变革性的脱碳钢铁行业的技术。能源部 (DOE) 化石能源办公室和碳管理公司宣布向克利夫兰悬崖提供 150 万美元的赠款 ， 用于设计工业 -高炉 - 转炉炼钢工艺的规模 CCS 系统。14 和波士顿金属公司 ， 它开发了用于替代炼钢过程中使用的化石燃料的铁水电解平台可再生能源发电公司计划在十年中期之前扩大其早期技术的规模。15关键政策问题生产清洁钢的新兴技术途径面临重大挑战 ， 需要额外的联邦和私人研究、开发和示范 (RD & D) 支出 ，除了更广泛的监管和基础设施支持以促进可再生能源的增长 ，氢和 CO2管道。最重要的障碍之一是与净零碳相关的高额外成本钢。目前通过 BF - BOF 设施生产的原始钢平均价格从 450 美元到每吨 600 美元 ， 取决于地点和产品。国际能源机构报告说 ， 所有当前的技术信息技术与创新基金会 | 2023 年 6 月PAGE 5 可能显著减少部门排放的途径在 10% 到 50% 之间比目前的生产流程更昂贵 - 对全球来说 ， 这是一个巨大的成本溢价贸易商品。16 联邦政策应侧重于持续的研发 ， 这将导致可部署的创新 ， 降低成本并提供与传统钢铁同等的价格技术。 DRI - H2 途径需要廉价和容易获得的低排放氢气 ， 目前比传统的碳密集型产品