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記者 賈林海
6月2日，完全由我國自主設計、制造、安裝的亞洲最大火電二氧化碳捕集及綜合利用示范工程——國家能源集團江蘇泰州電廠項目經過多天滿負荷運行，正式投產，每年可捕集消納二氧化碳50萬噸。
碳捕集利用與封存（CCUS）技術，是包括鋼鐵在內的大工業領域不斷探索的低碳路徑。該項目技術總負責人、國家能源集團新能源技術研究院碳中和研究中心主任徐冬，在今年3月份召開的“綠色鋼鐵、綠色能源、綠色金融”產業融合大會上提出，CCUS是在推進鋼鐵等難減排行業深度脫碳中為數不多的可行技術方案。
在該項目投產前夕，《中國冶金報》記者與徐冬再次圍繞鋼鐵行業碳減排問題進行對話，聽他分享對鋼鐵行業“雙碳”技術路徑及當前降碳面臨問題的新思考。
《中國冶金報》記者：國家能源集團江蘇泰州電廠項目投運給鋼鐵行業探索CCUS技術帶來了哪些啟示？
徐冬：發電行業和鋼鐵行業的共同特點是均以煤炭作為主要燃料，二氧化碳排放量大，是工業領域的重點減碳對象。CCUS技術既是發電行業深度減碳的唯一技術途徑，也是鋼鐵等行業低碳轉型的可行技術選擇。作為亞洲最大的碳捕集及綜合利用示范工程，泰州電廠項目自立項之初便立足于高起點、高標準、高質量，打造減碳固碳精品工程。該項目給鋼鐵行業探索CCUS技術帶來的啟示主要有以下幾點：
一是碳捕集示范裝置的建設規模要根據項目周邊的二氧化碳消納、利用、封存情況來定，前期需要經過大量的調研。目前泰州電廠項目能夠實現100%的二氧化碳消納利用，得益于前期的市場調研和分析。
二是目前CCUS技術發展還不成熟，科技創新仍然是降低CCUS技術成本、實現規模化發展的重要手段。應加強CCUS全產業鏈的技術研發，盡快啟動大規模碳捕集示范項目，加快先進技術驗證，為行業提供可復制、可推廣的經驗做法。
三是要充分發揮企業在技術創新的主體作用，整合集聚創新資源，加強產學研深度融合，構建CCUS技術轉化應用創新聯合體，不斷深化協同高效創新體系建設，加快實現高水平科技自立自強。
四是CCUS技術需要標準化、規范化發展。新能源技術研究院通過泰州、錦界兩個CCUS示范工程，在項目設計、施工、調試等各階段積累了豐富經驗，也正在牽頭/參與10余項國家、行業、企業標準制定，未來鋼鐵行業CCUS技術發展也要實現核心技術專利化、專利技術標準化、標準技術產業化和產業技術價值化。
《中國冶金報》記者：鋼鐵行業碳排放現狀如何？
徐冬：2000年以來，我國粗鋼產量快速增長，從1.285億噸增長到最高10.65億噸，在粗鋼產量增長622.4%的同時，鋼鐵行業碳排放量增長了382.7%，主要源于碳排放強度是短流程煉鋼工藝3倍以上的長流程煉鋼工藝占全國總產量的近90%。雖然我國噸鋼二氧化碳排放量下降了33.2%，碳排放控制水平得到了極大提升，但鋼鐵行業節能降碳仍面臨生產工藝結構不合理、綠色發展水平不平衡、節能技術創新難等問題，導致二氧化碳排放總量仍然很大。2022年，我國鋼鐵產業的碳排放量約為18.23億噸，占全國碳排放總量的15%以上，是制造業31個門類中碳排放量最大的行業，也是僅次于電力行業的碳排放“大戶”。因此，落實鋼鐵行業減污降碳、實現綠色低碳發展是我國如期實現碳達峰、碳中和目標的關鍵。
《中國冶金報》記者：鋼鐵行業實現碳中和的工藝技術有哪些？
徐冬：綜合來看，我國鋼鐵行業主要有3種工藝技術路線可供選擇。
一是廢鋼+電爐工藝路線。該工藝路線比較成熟，但目前我國“綠電”供給較少，多數鋼鐵企業所在地區電價又較高，導致煉鋼成本較高。此外，國內廢鋼循環量在2億噸左右，廢鋼產量有限，不足以保障國民經濟對鋼鐵的需求。國內在電爐冶煉方面的基礎研究和工程化應用還要加大力度。
二是氣基豎爐+電爐工藝路線。該工藝路線以天然氣、焦爐煤氣等富氫氣體還原鐵礦石生產海綿鐵，用于鋼鐵產品生產，目的是研發全氫氣還原工藝，以實現凈零碳排放。可以預見，該工藝路線是未來我國鋼鐵生產的一種主要路線。
以中國寶武為代表的鋼鐵企業在這一領域開展了大量研究，目前確定了利用廣東湛江地區焦爐煤氣的優勢，以及按照未來南海天然氣、核電、光伏等資源特點，進一步優化短流程直接還原工藝技術，開展氫基豎爐+電爐工藝流程的百萬噸級大型試驗。
三是富氫碳循環高爐+轉爐工藝路線。高爐是能源轉化效率最高的冶金工藝，也是我國鋼鐵行業低成本的最大競爭優勢。據不完全統計，我國有8.2億噸鋼產量的高爐爐齡小于15年，爐齡大于30年的只有1%。如果全部高爐都轉型為廢鋼+電爐工藝，那么將造成我國鋼鐵行業巨大的資產損失。中國寶武根據我國鋼鐵行業發展現狀和特點率先提出富氫碳循環高爐+轉爐工藝路線，已經在八鋼富氫碳循環高爐中完成了首次驗證，實現了減碳20%的階段性目標，目前正在推進在2500立方米高爐上的商業化，為傳統高爐探索出一條綠色、低碳、高效的解決方案。
整體來看，未來鋼鐵行業的突破性低碳技術包括氧氣高爐和非高爐冶煉、氫冶金，以及CCUS技術等。超前布局這些技術，不僅可以推動鋼鐵行業綠色低碳轉型，而且對于我國增強自主創新能力、提升科技成果轉化水平也具有重大戰略意義。
《中國冶金報》記者：在節能降碳方面，鋼鐵行業主要有哪些突破性技術？應用現狀如何？
徐冬：首先是CCUS技術。這項技術的原理是把生產過程中排放的二氧化碳進行提純，再投入到新的生產過程中進行循環再利用或封存。這項技術應用于鋼鐵行業碳減排的可行性及潛力巨大，尤其適用于鋼鐵行業排放強度高的集中點。據測算，傳統高爐—轉爐煉鋼采用燃燒后碳捕集，可減少二氧化碳排放約40%。
目前，包鋼正在建設國內最大的鋼鐵行業首個CCUS全產業鏈示范工程，一期建設規模50萬噸/年，未來將通過二期、三期項目建設，打造成為總規模達到200萬噸的CCUS基地。短期內，CCUS技術實現商業化應用仍面臨能耗高、投資成本高、部分關鍵技術還不成熟、碳泄漏風險高和相關政策缺失等困難，離大規模應用還有較長距離。
其次是氫冶金技術。氫冶金技術是指利用氫氣生產海綿鐵的氣基直接還原工藝或其他富氫冶煉技術，具有大幅減碳甚至“零碳”的效果。
氫能來源十分廣泛，有“灰氫”（化石燃料燃燒）、“藍氫”（碳捕捉、碳封存）、“綠氫”（利用可再生能源制氫）。目前，國內制氫原料仍以化石燃料為主，成本高，碳排放也高，要加快從化石燃料制氫向風能、太陽能、水能等可再生能源制氫轉變。
對于我國鋼鐵行業來說，提高傳統能源效率和發展可再生能源同等重要。無論是長流程還是短流程，能源需求都不約而同地指向了氫能。因此，氫冶金是鋼鐵行業實現“雙碳”目標的關鍵。然而，從市場調研來看，目前電解制氫成本較高，完全使用氫氣替代焦炭來冶煉鐵水，將大大增加鋼鐵生產成本。在這種情況下，大規模發展氫冶金技術就需要配套氫能基礎設施。
整體來看，國內在大規模制氫設備工程化和成本控制方面還有待加強，相關基礎研究也有待深入，關鍵核心技術、制氫成本高等難題亟須攻克。
《中國冶金報》記者：鋼鐵行業降碳主要面臨哪些問題？
徐冬：目前，鋼鐵行業受制于減碳技術可選項少、潛在低碳技術不成熟及國內目前在氫冶金、CCUS等技術研發方面尚處起步階段等因素影響，總體處于“跟跑”階段。鋼鐵行業降碳主要面臨3個方面問題。
首先，節能減排降碳任務極其艱巨。鋼鐵行業是典型的“高投入、高能耗、高排放”行業，巨額的能源消耗和大量的二氧化碳排放嚴重制約了行業發展。具體來看：一是總量大。我國鋼產量占全球一半以上。二是結構失衡。從資源結構來看，我國鐵礦石對外依存度超過80%；從能源結構來看，鋼鐵行業能源消耗以煤炭為主。三是產業集中度低。我國鋼鐵行業集中度一直處于較低水平，對鋼鐵產業結構的調整及碳排放總量的控制缺乏行業約束力。四是高碳化。碳排放量較高的高爐—轉爐長流程工藝仍占主導地位，短流程電爐鋼產量占比較小。
其次，缺乏核心降碳技術，重復研發和投資造成巨大浪費。我國鋼鐵行業多年來注重產量擴張，眾多鋼鐵企業只關注提高自身經濟效益、降低成本的技術，對節能降碳技術關注不夠。另外，鋼鐵企業和上下游、研究機構還沒有形成研發資源的共享機制，“產學研用”相結合的方式沒有打通，高校、科研院所關注碳減排前沿科學和技術，企業注重自身碳排放的損益，導致綠色低碳技術工業化應用較低。同時，我國鋼鐵產能布局過于分散的問題，也導致了“雙碳”技術研發和推廣中出現了大量的重復投資和過剩產能，使得行業研發資源分散在各個企業，難以形成研發合力，嚴重影響了鋼鐵行業技術進步。
最后，智能化、數字化轉型面臨挑戰。智能化、數字化是鋼鐵行業節能降碳的重要途徑。目前，國內近90%的鋼鐵企業正在推進智能制造，數字化轉型成效顯著。然而，大多數鋼鐵企業的數字化還停留在把各種生產數據以數字化形式呈現的階段，距離真正的智能化生產、運輸、分析、策略制定等還有較大差距，難以通過數字化手段優化生產工藝和提升節能降碳水平。此外，面向鋼鐵行業進行智能制造專項服務的機構眾多，缺乏統一標準，專業人力資源儲備也不夠。
《中國冶金報》記者：從上述問題出發，鋼鐵行業如何加快推進節能降碳？還有哪些政策措施空間？
徐冬：一是亟須突破關鍵共性技術研發。技術創新是碳減排的根本。鋼鐵行業要更大力度地推進節能降碳、科技創新工作，補齊“卡脖子”技術短板，加大對基礎性、前瞻性、關鍵共性技術的研發力度，搶占低碳前沿陣地，促進“卡脖子”技術研發及產業化應用，特別是推進以氫冶金為代表的顛覆性、革命性工藝技術。特別要強調的是，大力推進CCUS技術，是鋼鐵行業實現碳中和的關鍵技術之一。
鋼鐵行業要構建碳到一氧化碳、一氧化碳到二氧化碳及二氧化碳資源利用的全生命周期技術，拉長碳的價值鏈，打造凈零排放的新型碳循環產業鏈。同時，要圍繞基礎理論、工藝路線、裝備制造、系統集成等，以智能化、數字化為代表的智能制造、標準化建設、數字化網格化建設等開展全流程、全產業鏈的系統攻關，積極探索大數據在研發、生產、能源管控、質量控制等方面的應用，建立鋼鐵低碳智能生產新體系。
二是發揮新型舉國體制優勢，推進協同創新。從全球鋼鐵行業通行的做法來看，鋼鐵行業“雙碳”領域的突破性技術研發，更多以國家或地域為單位，通過組建利益共同體，政府和金融資本給予實質性支持，以社團組織為牽頭單位，以大企業為主體，多家企業、機構參與，瞄準低碳、“零碳”目標，分工協作、聯合開發、共擔風險、協同創新、共享成果。這種方式值得我們借鑒。我國鋼鐵行業可以通過協同創新，攻克一批關鍵共性技術、實施一批應用示范、研制一批行業標準、培養一批創新人才，從而推動鋼鐵行業加快低碳轉型。
