降低碳排放的關鍵：「綠化」鋼鐵業

在近幾年呼聲愈來愈強的氣候變化議題之下，為每年全球溫室氣體排放「貢獻」8%的鋼鐵業成為眾矢之的。
隨着中國於2020年9月宣布「力爭2030年前二氧化碳排放達到峰值，2060年前實現碳中和」，乃至美國總統拜登（Joe Biden）在剛結束的氣候峰會上宣布在2030年前將美國的碳排放量從2005年的水平減少50%至52%——全球碳排最高的兩國在落實目標的過程中都將面對着一個共同的問題：如何「綠化」傳統鋼鐵工業？

2020年12月31日，中國工業和信息化部發布一份鋼鐵行業發展規劃的綱領性文件，將行業碳減排放到了前所未有的高度，原因很明顯——中國鋼鐵行業碳排放量佔全國碳排放總量15%左右，是碳排放量最高的製造業行業。而在美國，鋼鐵製造業以24%的佔比位列所有工業行業碳排放量的第二，僅次於水泥製造業。 拜登的氣候政策更是指明要為鋼鐵製造過程中的工業高溫工序減碳。

所幸，為傳統鋼鐵業減排的宏願不需要從零開始。近幾年來行業已經提供了多個可行的方案，但各有其挑戰和局限性。

由於鋼鐵冶煉的過程相當於將鐵礦石當中的氧氣成分去除，從而獲得生鐵，傳統上用碳元素進行的脫氧作用本身就會產生大量溫室氣體。此外，傳統的高爐冶煉需要產生近1,400攝氏度的高溫才能使鐵礦石熔成液態，需要大量的焦炭、油或者天然氣等燃料加溫，再加上傳統冶煉的高爐一旦點火後就不能輕易停止運行，因此能源效率極低。從能源、加工原料以及生產方式等三方面「減碳」成為產業要攻克的主要難關。

來自波士頓的新煉鋼法

在美國波士頓（Boston）的近郊，從麻省理工學院（MIT）分離而成的波士頓金屬公司（Boston Metal）已經在利用其研發的電解技術冶煉鋼鐵——用公司行政總裁Tadeu Carneiro的話說，這是一項「推動冶金新時代」的技術。

與傳統高爐冶煉不同，波士頓金屬公司研發的這項技術利用使用電流對鐵礦石進行加熱、熔化，電流從一個叫做「電解質單元」的金屬圓缸頂部注入，在一個煙囪狀的鉻合金管道傳導，然後進入氧化鐵和其他金屬礦物質組成的溶液，在這裏實現氧原子的分離及液態鐵的生成。最終液態鐵在圓缸底部沉澱，固化成鋼。整個反應過程只會排出氧氣，而不產生溫室氣體，且一旦使用可再生能源進行發電，生產流程甚至能實現完全零排放。

今年一月，公司成功獲得了蓋茨（Bill Gates）名下的突破能源基金投資公司（Breakthrough Energy Ventures, BEV）、以及世界最大的綜合礦業公司必和必拓（BHP）等投資者的青睞，融得五千萬美元的資金用於將該技術「搬出實驗室」，在工廠實現規模化生產。

但要實現「零排放」的最終目標，工廠必須有類似水力發電廠一樣廉價的可再生電力供應，只有這樣，其生產成本才會低於傳統高爐冶煉、從而走向商業化。不過，即便沒有這樣的條件，該技術依然可以將傳統的冶煉能耗降低20%。

鋼鐵廢料循環再用？

用電而非傳統燃料高溫煉鐵的方法並非波士頓金屬公司的首創，一種叫做「電弧爐煉鋼」的技術早就已經應用於實際生產當中。

這種方法利用電流通過某些絕緣體時產生的能量加熱原料，且有別於一般利用從地底開墾出來的礦石冶煉，該技術以廢鋼為主要原料，促進了資源的回收利用。

目前全球的鋼鐵製造業已有近30%為電弧爐煉鋼，是傳統高爐煉鋼以外普及最廣的煉鋼技術。然而，由於熔鐵所耗的電能量龐大，而目前大多數煉鋼廠仍然在使用燃煤發電廠的能源，因此實際碳排放量仍然很高。

氫能煉鋼

另一種為業界矚目的、號稱能實現「零排放」的技術為氫能煉鋼。近年來，歐洲各國、日本和中國等地的企業都在進行該領域的嘗試，瑞典政府更是在2016年成立HYBRIT（HYdrogen BReakthrough Ironmaking Technology，意味突破性氫能煉鐵技術）項目，意圖在20年內實現鋼鐵行業完全脫離對化石能源的依賴。

這種技術採用氫氣作為焦炭和天然氣替代品，將氧化鐵當中的氧份分離出來，基本消除了煉鋼過程中的絕大部分碳排放。

不過，能源成本的問題還是限制了其應用。如今，氫氣的製造依然仍然依賴更加廉價的、以天然氣為原料的生產方式，礙於電價成本之高（占制氫總成本的一半以上），電解水制氫未能大規模運用。此外，有別於容易運輸的石油氣等傳統燃料，氫氣運輸難度大、儲氫設備成本高昂，進一步限制了氫能煉鋼的應用和推廣。

不過，這些現實困難或許會在不遠的將來得到解決。彭博新能源（BNEF）在去年發布的《氫能經濟展望》報告中指出，2050年前，全球大部分地區的可再生能源制氫成本可以降至每千克0.8美元- 1.6美元。BNEF工業脫碳研究負責人、報告的第一作者Kobad Bhavnagri認為氫氣是最有希望成為推動清潔經濟發展的燃料，未來，人們將可以利用風能和太陽能以很低的成本生產氫氣，並將生產的氫氣在地下儲存數月，在需要的時候通過管道將其輸送到各種場景。

儘管越來越多的產業正在嘗試用其他更輕、更「綠色」的材料（如鋁、塑料等）替代鋼鐵，但在短期的未來，鋼鐵仍在建築、製造業等各個生產領域佔據重要地位。而在全球各地為鋼鐵業減碳的呼聲和行動下，這個舊工業時代的遺產似乎有了實現「自我淨化」的希望。

以中國為例，2019年9月，中國15家大型鋼鐵企業聯合簽署並共同發佈《中國鋼鐵企業綠色發展宣言》，明確要通過各類新興技術完成低碳轉型，譬如對碳排放的封存（CCS）和利用（CCU），改進鋼鐵終端產品的設計和使用以提高使用效率，促進鋼鐵工廠與相關綠色生態鏈的銜接等等。

如今有了歐美、亞洲各國政府的政策配合，尤其是近幾個月，世界排名前三的鋼鐵製造企業，包括歐洲最大的制鋼企業安賽樂米塔爾（ArcelorMittal）、中國的寶武鋼鐵集團以及日本制鐵公司（Nippon Steel）的均配合政府的減碳要求設定目標，在氫氣、核能等多種領域探索、嘗試。將鋼鐵業碳排降至零似乎不再是遙不可及的夢想。