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记者贾林海
6月2日，完全由我国自主设计、制造、安装的亚洲最大火电二氧化碳捕集及综合利用示范工程——国家能源集团江苏泰州电厂项目经过多天满负荷运行，正式投产，每年可捕集消纳二氧化碳50万吨。
碳捕集利用与封存（CCUS）技术，是包括钢铁在内的大工业领域不断探索的低碳路径。该项目技术总负责人、国家能源集团新能源技术研究院碳中和研究中心主任徐冬，在今年3月份召开的“绿色钢铁、绿色能源、绿色金融”产业融合大会上提出，CCUS是在推进钢铁等难减排行业深度脱碳中为数不多的可行技术方案。
在该项目投产前夕，《中国冶金报》记者与徐冬再次围绕钢铁行业碳减排问题进行对话，听他分享对钢铁行业“双碳”技术路径及当前降碳面临问题的新思考。
《中国冶金报》记者：国家能源集团江苏泰州电厂项目投运给钢铁行业探索CCUS技术带来了哪些启示？
徐冬：发电行业和钢铁行业的共同特点是均以煤炭作为主要燃料，二氧化碳排放量大，是工业领域的重点减碳对象。CCUS技术既是发电行业深度减碳的唯一技术途径，也是钢铁等行业低碳转型的可行技术选择。作为亚洲最大的碳捕集及综合利用示范工程，泰州电厂项目自立项之初便立足于高起点、高标准、高质量，打造减碳固碳精品工程。该项目给钢铁行业探索CCUS技术带来的启示主要有以下几点：
一是碳捕集示范装置的建设规模要根据项目周边的二氧化碳消纳、利用、封存情况来定，前期需要经过大量的调研。目前泰州电厂项目能够实现100%的二氧化碳消纳利用，得益于前期的市场调研和分析。
二是目前CCUS技术发展还不成熟，科技创新仍然是降低CCUS技术成本、实现规模化发展的重要手段。应加强CCUS全产业链的技术研发，尽快启动大规模碳捕集示范项目，加快先进技术验证，为行业提供可复制、可推广的经验做法。
三是要充分发挥企业在技术创新的主体作用，整合集聚创新资源，加强产学研深度融合，构建CCUS技术转化应用创新联合体，不断深化协同高效创新体系建设，加快实现高水平科技自立自强。
四是CCUS技术需要标准化、规范化发展。新能源技术研究院通过泰州、锦界两个CCUS示范工程，在项目设计、施工、调试等各阶段积累了丰富经验，也正在牵头/参与10余项国家、行业、企业标准制定，未来钢铁行业CCUS技术发展也要实现核心技术专利化、专利技术标准化、标准技术产业化和产业技术价值化。
《中国冶金报》记者：钢铁行业碳排放现状如何？
徐冬：2000年以来，我国粗钢产量快速增长，从1.285亿吨增长到最高10.65亿吨，在粗钢产量增长622.4%的同时，钢铁行业碳排放量增长了382.7%，主要源于碳排放强度是短流程炼钢工艺3倍以上的长流程炼钢工艺占全国总产量的近90%。虽然我国吨钢二氧化碳排放量下降了33.2%，碳排放控制水平得到了极大提升，但钢铁行业节能降碳仍面临生产工艺结构不合理、绿色发展水平不平衡、节能技术创新难等问题，导致二氧化碳排放总量仍然很大。2022年，我国钢铁产业的碳排放量约为18.23亿吨，占全国碳排放总量的15%以上，是制造业31个门类中碳排放量最大的行业，也是仅次于电力行业的碳排放“大户”。因此，落实钢铁行业减污降碳、实现绿色低碳发展是我国如期实现碳达峰、碳中和目标的关键。
《中国冶金报》记者：钢铁行业实现碳中和的工艺技术有哪些？
徐冬：综合来看，我国钢铁行业主要有3种工艺技术路线可供选择。
一是废钢+电炉工艺路线。该工艺路线比较成熟，但目前我国“绿电”供给较少，多数钢铁企业所在地区电价又较高，导致炼钢成本较高。此外，国内废钢循环量在2亿吨左右，废钢产量有限，不足以保障国民经济对钢铁的需求。国内在电炉冶炼方面的基础研究和工程化应用还要加大力度。
二是气基竖炉+电炉工艺路线。该工艺路线以天然气、焦炉煤气等富氢气体还原铁矿石生产海绵铁，用于钢铁产品生产，目的是研发全氢气还原工艺，以实现净零碳排放。可以预见，该工艺路线是未来我国钢铁生产的一种主要路线。
以中国宝武为代表的钢铁企业在这一领域开展了大量研究，目前确定了利用广东湛江地区焦炉煤气的优势，以及按照未来南海天然气、核电、光伏等资源特点，进一步优化短流程直接还原工艺技术，开展氢基竖炉+电炉工艺流程的百万吨级大型试验。
三是富氢碳循环高炉+转炉工艺路线。高炉是能源转化效率最高的冶金工艺，也是我国钢铁行业低成本的最大竞争优势。据不完全统计，我国有8.2亿吨钢产量的高炉炉龄小于15年，炉龄大于30年的只有1%。如果全部高炉都转型为废钢+电炉工艺，那么将造成我国钢铁行业巨大的资产损失。中国宝武根据我国钢铁行业发展现状和特点率先提出富氢碳循环高炉+转炉工艺路线，已经在八钢富氢碳循环高炉中完成了首次验证，实现了减碳20%的阶段性目标，目前正在推进在2500立方米高炉上的商业化，为传统高炉探索出一条绿色、低碳、高效的解决方案。
整体来看，未来钢铁行业的突破性低碳技术包括氧气高炉和非高炉冶炼、氢冶金，以及CCUS技术等。超前布局这些技术，不仅可以推动钢铁行业绿色低碳转型，而且对于我国增强自主创新能力、提升科技成果转化水平也具有重大战略意义。
《中国冶金报》记者：在节能降碳方面，钢铁行业主要有哪些突破性技术？应用现状如何？
徐冬：首先是CCUS技术。这项技术的原理是把生产过程中排放的二氧化碳进行提纯，再投入到新的生产过程中进行循环再利用或封存。这项技术应用于钢铁行业碳减排的可行性及潜力巨大，尤其适用于钢铁行业排放强度高的集中点。据测算，传统高炉—转炉炼钢采用燃烧后碳捕集，可减少二氧化碳排放约40%。
目前，包钢正在建设国内最大的钢铁行业首个CCUS全产业链示范工程，一期建设规模50万吨/年，未来将通过二期、三期项目建设，打造成为总规模达到200万吨的CCUS基地。短期内，CCUS技术实现商业化应用仍面临能耗高、投资成本高、部分关键技术还不成熟、碳泄漏风险高和相关政策缺失等困难，离大规模应用还有较长距离。
其次是氢冶金技术。氢冶金技术是指利用氢气生产海绵铁的气基直接还原工艺或其他富氢冶炼技术，具有大幅减碳甚至“零碳”的效果。
氢能来源十分广泛，有“灰氢”（化石燃料燃烧）、“蓝氢”（碳捕捉、碳封存）、“绿氢”（利用可再生能源制氢）。目前，国内制氢原料仍以化石燃料为主，成本高，碳排放也高，要加快从化石燃料制氢向风能、太阳能、水能等可再生能源制氢转变。
对于我国钢铁行业来说，提高传统能源效率和发展可再生能源同等重要。无论是长流程还是短流程，能源需求都不约而同地指向了氢能。因此，氢冶金是钢铁行业实现“双碳”目标的关键。然而，从市场调研来看，目前电解制氢成本较高，完全使用氢气替代焦炭来冶炼铁水，将大大增加钢铁生产成本。在这种情况下，大规模发展氢冶金技术就需要配套氢能基础设施。
整体来看，国内在大规模制氢设备工程化和成本控制方面还有待加强，相关基础研究也有待深入，关键核心技术、制氢成本高等难题亟须攻克。
《中国冶金报》记者：钢铁行业降碳主要面临哪些问题？
徐冬：目前，钢铁行业受制于减碳技术可选项少、潜在低碳技术不成熟及国内目前在氢冶金、CCUS等技术研发方面尚处起步阶段等因素影响，总体处于“跟跑”阶段。钢铁行业降碳主要面临3个方面问题。
首先，节能减排降碳任务极其艰巨。钢铁行业是典型的“高投入、高能耗、高排放”行业，巨额的能源消耗和大量的二氧化碳排放严重制约了行业发展。具体来看：一是总量大。我国钢产量占全球一半以上。二是结构失衡。从资源结构来看，我国铁矿石对外依存度超过80%；从能源结构来看，钢铁行业能源消耗以煤炭为主。三是产业集中度低。我国钢铁行业集中度一直处于较低水平，对钢铁产业结构的调整及碳排放总量的控制缺乏行业约束力。四是高碳化。碳排放量较高的高炉—转炉长流程工艺仍占主导地位，短流程电炉钢产量占比较小。
其次，缺乏核心降碳技术，重复研发和投资造成巨大浪费。我国钢铁行业多年来注重产量扩张，众多钢铁企业只关注提高自身经济效益、降低成本的技术，对节能降碳技术关注不够。另外，钢铁企业和上下游、研究机构还没有形成研发资源的共享机制，“产学研用”相结合的方式没有打通，高校、科研院所关注碳减排前沿科学和技术，企业注重自身碳排放的损益，导致绿色低碳技术工业化应用较低。同时，我国钢铁产能布局过于分散的问题，也导致了“双碳”技术研发和推广中出现了大量的重复投资和过剩产能，使得行业研发资源分散在各个企业，难以形成研发合力，严重影响了钢铁行业技术进步。
最后，智能化、数字化转型面临挑战。智能化、数字化是钢铁行业节能降碳的重要途径。目前，国内近90%的钢铁企业正在推进智能制造，数字化转型成效显著。然而，大多数钢铁企业的数字化还停留在把各种生产数据以数字化形式呈现的阶段，距离真正的智能化生产、运输、分析、策略制定等还有较大差距，难以通过数字化手段优化生产工艺和提升节能降碳水平。此外，面向钢铁行业进行智能制造专项服务的机构众多，缺乏统一标准，专业人力资源储备也不够。
《中国冶金报》记者：从上述问题出发，钢铁行业如何加快推进节能降碳？还有哪些政策措施空间？
徐冬：一是亟须突破关键共性技术研发。技术创新是碳减排的根本。钢铁行业要更大力度地推进节能降碳、科技创新工作，补齐“卡脖子”技术短板，加大对基础性、前瞻性、关键共性技术的研发力度，抢占低碳前沿阵地，促进“卡脖子”技术研发及产业化应用，特别是推进以氢冶金为代表的颠覆性、革命性工艺技术。特别要强调的是，大力推进CCUS技术，是钢铁行业实现碳中和的关键技术之一。
钢铁行业要构建碳到一氧化碳、一氧化碳到二氧化碳及二氧化碳资源利用的全生命周期技术，拉长碳的价值链，打造净零排放的新型碳循环产业链。同时，要围绕基础理论、工艺路线、装备制造、系统集成等，以智能化、数字化为代表的智能制造、标准化建设、数字化网格化建设等开展全流程、全产业链的系统攻关，积极探索大数据在研发、生产、能源管控、质量控制等方面的应用，建立钢铁低碳智能生产新体系。
二是发挥新型举国体制优势，推进协同创新。从全球钢铁行业通行的做法来看，钢铁行业“双碳”领域的突破性技术研发，更多以国家或地域为单位，通过组建利益共同体，政府和金融资本给予实质性支持，以社团组织为牵头单位，以大企业为主体，多家企业、机构参与，瞄准低碳、“零碳”目标，分工协作、联合开发、共担风险、协同创新、共享成果。这种方式值得我们借鉴。我国钢铁行业可以通过协同创新，攻克一批关键共性技术、实施一批应用示范、研制一批行业标准、培养一批创新人才，从而推动钢铁行业加快低碳转型。
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