鋼鐵到底是怎樣煉成的？傳統(tǒng)煉鋼一直是挖礦、燒炭、猛火加熱，向大氣排出一堆二氧化碳，但美國(guó)卻一拍腦袋，弄出了第一噸“綠鋼”，鋼鐵工業(yè)很有可能要迎來(lái)革命時(shí)刻了，面對(duì)美國(guó)的綠色鋼鐵之戰(zhàn)，我們準(zhǔn)備好了嗎？

波士頓的“綠鋼煉法”

波士頓金屬公司這次算是火了，說(shuō)這是綠鋼可不是因?yàn)樗伾G，而是生產(chǎn)過(guò)程幾乎沒(méi)啥二氧化碳排放。這就有些燒腦了，如果煉鋼不用碳，鋼的質(zhì)量是如何保證的呢？

技術(shù)原理其實(shí)有點(diǎn)像電解水，簡(jiǎn)單說(shuō)就是用電驅(qū)動(dòng)的反應(yīng)器來(lái)煉鋼，波士頓金屬把鐵礦石和其他材料丟進(jìn)一個(gè)大鍋，通上電流將溫度拉到1600℃，鐵礦石里的氧原子就受不了熱，乖乖從鐵里分離出來(lái)往電極上跑，留下的就是純純的鐵了。

氧原子在與電極接觸的時(shí)候就直接變成了氧氣，就這樣傳統(tǒng)煉鋼使用的二氧化碳直接不見(jiàn)了。

這畫(huà)面就比較顛覆傳統(tǒng)了，之前的煉鋼向來(lái)是工業(yè)的力量，各種機(jī)械和高溫?fù)诫s在一起，鋼鐵也隨著二氧化碳一起由鐵水慢慢凝固，現(xiàn)在居然完全被氧氣取代，難道煉鋼的下一個(gè)時(shí)代來(lái)了？

這倒不是突然天上掉下來(lái)的技術(shù)，十年之前這項(xiàng)技術(shù)還窩在麻省理工學(xué)院的實(shí)驗(yàn)室里，小型反應(yīng)器還不到咖啡杯大小，研究者們都是試著玩的心態(tài)弄些初步實(shí)驗(yàn)。

結(jié)果十年磨一劍還真讓他們給搞成了，現(xiàn)在的反應(yīng)器已經(jīng)從“咖啡杯”逐漸擴(kuò)大到直接可以熔煉一噸鋼鐵的工業(yè)級(jí)規(guī)模。最關(guān)鍵的一步是對(duì)陽(yáng)極材料的改造，傳統(tǒng)電解過(guò)程中的陽(yáng)極一碰到這種煉鋼的高溫環(huán)境就開(kāi)始迅速消耗，所以之前這項(xiàng)技術(shù)一直沒(méi)能解決快速消耗的問(wèn)題。

現(xiàn)在波士頓金屬公司想了個(gè)折中的辦法，搞出來(lái)一個(gè)“惰性陽(yáng)極”，讓電解反應(yīng)快速進(jìn)行的同時(shí)大大減少了損失的陽(yáng)極。

這一招如果能在未來(lái)應(yīng)用的話(huà)，不光會(huì)大大提升煉鋼產(chǎn)量，還會(huì)極大的降低冶煉成本。

難道我們馬上要見(jiàn)到“鋼鐵行業(yè)2.0版”了嗎？

沒(méi)有必要這么擔(dān)心，這項(xiàng)技術(shù)離真正量產(chǎn)還有不小的距離，盡管技術(shù)上的前景客觀(guān)，但還是有些坎要過(guò)，現(xiàn)在反應(yīng)器每個(gè)月只能煉一兩噸鋼鐵，跟那些一天幾萬(wàn)噸的大廠(chǎng)比就是小孩過(guò)家家。

再有就是成本和電力問(wèn)題，要想鋼鐵廠(chǎng)運(yùn)作，供電能不能全部依賴(lài)清潔能源？會(huì)不會(huì)在電費(fèi)上栽跟頭？都是在行業(yè)大規(guī)模推廣時(shí)不得不面對(duì)的關(guān)卡，不過(guò)要是這些問(wèn)題都能突破，可真的是一次天翻地覆的變革。

鋼鐵生產(chǎn)需要碳是咋回事？

很多人都搞不太清楚，鋼鐵生產(chǎn)為啥跟碳糾纏不清呢？煉鋼的老辦法是通過(guò)高爐提純，其中的核心問(wèn)題是鐵礦石里頭的氧元素，煉鋼的第一步得先把氧原子從鐵礦里弄出去。這里碳就成了幫手，碳可以和鐵礦石里的氧原子化學(xué)反應(yīng)，生成二氧化碳。

于是純鐵就這么誕生了，這也讓煉鋼成了環(huán)境污染大戶(hù)，需要干凈的鐵的前提是向空氣中排放大量的二氧化碳，對(duì)環(huán)境來(lái)說(shuō)就是沉重的壓力。

二氧化碳不僅有害空氣，更成了溫室氣體里的主要角色，天空中的二氧化碳多了，地球的溫度逐年上升，最后受傷的還是整個(gè)生物圈。大家熟悉的霧霾天和極端天氣，除了燃燒煤或是開(kāi)車(chē)排廢氣之外，鋼鐵廠(chǎng)就是隱形大戶(hù)，煉鋼多了，霧霾天自然也就如影隨形了。

按照最新統(tǒng)計(jì)，傳統(tǒng)鋼鐵生產(chǎn)一噸鋼鐵得排放一噸八的二氧化碳，典型的“買(mǎi)一送二”，也正因耗碳量太大，整個(gè)鋼鐵行業(yè)才會(huì)站在碳減排的風(fēng)口浪尖。

所以美國(guó)研究出來(lái)的綠鋼技術(shù)對(duì)行業(yè)的沖擊才如此之大，再加上我們現(xiàn)在是世界上的鋼鐵巨無(wú)霸，整個(gè)中國(guó)的鋼鐵產(chǎn)量幾乎等于世界其他國(guó)家的總和。

美國(guó)的這項(xiàng)技術(shù)突破，就把壓力全都?jí)旱搅宋覈?guó)身上，他們的碳免了，但我們國(guó)家的鋼鐵還要生產(chǎn)，至少現(xiàn)在還沒(méi)有辦法達(dá)到完全的綠色鋼鐵。

2023年，咱們生產(chǎn)的粗鋼得有10.19億噸，占了全球的半數(shù)多，國(guó)內(nèi)鋼鐵生產(chǎn)遍布各地，生產(chǎn)的大頭還是煤炭為王的工藝。

有些地方確實(shí)在利用廢物搞循環(huán)，也用了廢鋼電爐煉鋼這樣的低碳方法，可惜比例跟美歐還是有一點(diǎn)距離的，現(xiàn)在美歐國(guó)家的鋼大概有一半來(lái)自電爐工藝，但咱們手里才剛剛達(dá)到10%的比例，實(shí)在遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠理想。

要是單單依賴(lài)?yán)^續(xù)這種工藝轉(zhuǎn)型，壓力照樣巨大無(wú)比，碳達(dá)峰這事就成了很難達(dá)到的目標(biāo)，那我們國(guó)家該怎么辦呢？

顛覆全球鋼鐵業(yè)？中國(guó)準(zhǔn)備好沒(méi)

其實(shí)我國(guó)鋼鐵產(chǎn)業(yè)這些年可不只是埋頭煉鋼，對(duì)低碳轉(zhuǎn)型這事早就下手了，這些年我們的轉(zhuǎn)型道路還是非常清晰的。問(wèn)題只有一個(gè)：咱能不能借著美國(guó)的這股“綠鋼風(fēng)暴”把自己的行業(yè)進(jìn)行全面升級(jí)，繼續(xù)讓中國(guó)鋼鐵走在世界前沿。

咱們的鋼鐵行業(yè)不是一夜之間把二氧化碳 徹底抹掉，而是通過(guò)幾個(gè)大招一步步來(lái)的。

這兩年我們最大的動(dòng)作就是產(chǎn)能置換，對(duì)老舊的、高污染高耗能的生產(chǎn)設(shè)備“下手”，進(jìn)行全面產(chǎn)業(yè)升級(jí)，過(guò)去國(guó)內(nèi)大小鋼廠(chǎng)混雜，小高爐林立，不少鋼廠(chǎng)吃的是“粗糧”，排放多、產(chǎn)出少，費(fèi)勁還不環(huán)保。

這些年國(guó)家出手，把這些雜牌軍全部“收編”，換成統(tǒng)一高效的主力部隊(duì)，小的轉(zhuǎn)爐、電爐逐漸被更大更清潔的生產(chǎn)設(shè)備取代，噸鋼能耗持續(xù)下降，有些先進(jìn)鋼廠(chǎng)已經(jīng)把每噸鋼綜合能耗降到了接近世界頂級(jí)水平。

而且我們國(guó)家還喊出了極致能效這個(gè)口號(hào)，各大鋼廠(chǎng)從各方面尋找節(jié)能空間，有的已經(jīng)到了一種近乎挑剔的程度。早在2022年，中鋼協(xié)帶著行業(yè)里400多位專(zhuān)家憋出個(gè)大招，發(fā)布了《鋼鐵行業(yè)雙碳愿景和低碳技術(shù)路線(xiàn)圖》，精準(zhǔn)指導(dǎo)咱鋼鐵業(yè)的低碳未來(lái)。

路線(xiàn)圖規(guī)劃的未來(lái)非常細(xì)致，提出2030年達(dá)到碳排放峰值，到2060年完成碳中和的目標(biāo)，一套“組合拳”下來(lái)動(dòng)作扎實(shí)緊湊，既把目光放到了技術(shù)的顛覆上，也沒(méi)忘了腳踏實(shí)地在眼下最可行的領(lǐng)域?qū)で笸黄啤?/p>

一看路線(xiàn)圖就是下了苦工的，將一個(gè)個(gè)挖潛點(diǎn)都非常明確的標(biāo)了出來(lái)，給了國(guó)家整個(gè)鋼鐵行業(yè)十分明晰的指示。

困難當(dāng)然還是有的，現(xiàn)在國(guó)內(nèi)各大鋼廠(chǎng)在低碳轉(zhuǎn)型的道路上還是很依賴(lài)現(xiàn)階段的技術(shù)積累和國(guó)家政策。

國(guó)內(nèi)部分企業(yè)的技術(shù)儲(chǔ)備步伐確實(shí)稍慢一些，自主研發(fā)的低碳技術(shù)與歐美一些頭部企業(yè)尚有差距，我們不像波士頓金屬公司那么理想化，短期全靠“電爐+清潔能源”搞定所有煉鋼問(wèn)題。

因?yàn)椴ㄊ款D金屬的技術(shù)突破有一些理想化，雖然看上去用電來(lái)驅(qū)動(dòng)降低了二氧化碳的排放量，但是美國(guó)的綠色電力并不是特別先進(jìn)，生產(chǎn)電依然需要一部分碳排放，只不過(guò)將碳排放的目標(biāo)轉(zhuǎn)移了而已。

所以我們并沒(méi)有美國(guó)那樣好高騖遠(yuǎn)，而是手上積累了不少真家伙，我們非常清楚電爐工藝在未來(lái)注定不能成為單一解決路徑。

國(guó)內(nèi)的大高爐依然挺立，不少還在持續(xù)發(fā)揮中堅(jiān)作用，所以想招把傳統(tǒng)流程和新的減碳技術(shù)無(wú)縫對(duì)接才是正解。這也是為什么我國(guó)部分頭部企業(yè)早早盯上了氫冶金技術(shù)，技術(shù)的前景還是被業(yè)內(nèi)看好的，而且在歐盟、日本等地已經(jīng)有些小規(guī)模鋪開(kāi)。

河鋼集團(tuán)120萬(wàn)噸的氫冶金示范項(xiàng)目已經(jīng)開(kāi)了先河，一手抓焦?fàn)t煤氣零重整，另一手探索豎爐直接還原，把原有二氧化碳排放一次性砍掉了七成以上。

如果氫冶金進(jìn)一步推廣，未來(lái)我國(guó)在大高爐減排的路上還能更多些選擇，關(guān)鍵是國(guó)內(nèi)焦煤資源相對(duì)豐富，間接給這套路徑打了底子。

根據(jù)目前的研發(fā)進(jìn)程，從高爐噴吹富氫氣體到逐步實(shí)現(xiàn)全氫氣基直接還原冶煉，雖然每步跨得不算大，但方向始終是沒(méi)錯(cuò)的，這么看來(lái)只要功課做足，不難找到有效的經(jīng)濟(jì)性和環(huán)保性的平衡點(diǎn)。

但氫冶金這等前沿技術(shù)未來(lái)是否一定能普及現(xiàn)在還說(shuō)不準(zhǔn)，一方面這項(xiàng)技術(shù)還比較新，到底能不能穩(wěn)定提供生產(chǎn)還是個(gè)未知數(shù)，雖然碳捕集和封存（CCUS）的路子已經(jīng)逐漸在國(guó)內(nèi)被采納使用，但實(shí)現(xiàn)的路徑還是比較麻煩的，到現(xiàn)在成本問(wèn)題也沒(méi)有解決，現(xiàn)階段是不太適合大面積應(yīng)用的。

但山西建龍鋼鐵直接推進(jìn)的二氧化碳捕集以及使用二氧化碳煉鋼項(xiàng)目，剛好完成了國(guó)內(nèi)少數(shù)的成功實(shí)驗(yàn)樣本，也告訴我們未來(lái)的技術(shù)升級(jí)路徑，所以我們要腳踏實(shí)地，不能指望一次革新直接打通技術(shù)與經(jīng)濟(jì)的“任督二脈”，技術(shù)升級(jí)的路徑是長(zhǎng)遠(yuǎn)的，但只要我們堅(jiān)定向前早早晚晚會(huì)實(shí)現(xiàn)突破。

而且我們比美國(guó)的優(yōu)勢(shì)在于國(guó)家在整個(gè)碳排放市場(chǎng)都公布了相關(guān)政策，2024年新增水泥、鋼鐵、電解鋁行業(yè)將被納入碳排放權(quán)交易市場(chǎng)，不想買(mǎi)的二氧化碳排放權(quán)，就拿綠色技術(shù)實(shí)打?qū)嵉販p少排放，而不是純粹玩資本博弈游戲。

這種政策上的壓力把更多國(guó)內(nèi)鋼廠(chǎng)逼上了市場(chǎng)杠桿，要么低碳，要么資不抵債，“躺平”風(fēng)是根本就吹不起來(lái)的，所以目前各個(gè)重點(diǎn)鋼廠(chǎng)都將主要精力集中在掛牌價(jià)格低排放改造上。

結(jié)尾

雖然前路困難重重，但總體上來(lái)說(shuō)我國(guó)的鋼鐵減碳還是未來(lái)可期的，雖然美國(guó)短時(shí)間內(nèi)占據(jù)了技術(shù)上的優(yōu)勢(shì)，但這場(chǎng)仗的未來(lái)表現(xiàn)如何，還遠(yuǎn)沒(méi)有到蓋棺定論的時(shí)候。