本文1840字，阅读约需5分钟
摘 要：各钢铁公司正在争相进行低碳化和脱碳化技术的研发。在目前技术难度极高的情况下，以下动向值得关注。
关键字：氢还原炼铁、MIDREX技术、电炉法、绿氢、脱碳钢铁、脱碳技术竞争、碳中和
北欧地区启动了以钢铁行业“碳中和”为目标的项目。
提供其核心制造技术的便是神户制钢所。2022年10月12日，该公司宣布其美国子公司MIDREX已收到来自瑞典初创企业H2 Green Steel(H2GS)的全球首个商用100%氢还原炼铁设备的订单。
H2GS将利用MIDREX公司的技术。预计到2025年，与传统钢铁制造工艺相比二氧化碳(CO2)排放量减少约95%的绿色钢材的生产规模将达到每年约250万吨，并计划到2030年确保年产能达到500万吨。
由神户制钢所子公司交付的阿尔及利亚MIDREX工厂。
利用天然气（图片：神户制钢所）
众所周知，钢铁行业是工业界二氧化碳排放量最多的行业，因此各钢铁公司正在争相进行低碳化和脱碳化技术的研发。然而，脱碳化的技术难度非常高。但H2GS预计将在短短三年内实现“基本脱碳”（减少95%）。
H2GS是一家成立于2020年的初创企业，旨在全球率先实现钢铁脱碳。德国奔驰集团和宝马等为联名股东，2022年7月，日立制作所也决定出资。神户制钢所也将在收到设备订单后进行出资。
H2GS能够实现脱碳钢铁的理由如下。
首先，H2GS选择的炼钢方法是利用天然气还原铁矿石的电炉法，而1983年被神户制钢所收购的MIDREX持有该技术许可。
钢铁行业的主流方法是高炉法，利用焦炭中的碳元素从铁矿石中去除氧气（还原），而MIDREX则采用利用天然气的“直接还原法”，用天然气中含有的碳和氢进行还原。与主流的高炉法相比，仅使用氢进行铁矿石还原，生产工序的总二氧化碳排放量便可以减少20～40%。
一般来说，氢气还原是温度下降的“吸热反应”，因此如果氢气量超过一定水平，还原反应则无法维持，难以实现100%氢气还原。然而，神户制钢所·工程事业部门新铁源中心的元行正浩先生表示：“MIDREX已经创下了还原气体中氢浓度为75%的商业设备应用的记录，并于研究所证实了100%氢气还原的可能性。”
H2GS计划通过采用100%氢气还原的MIDREX技术来生产脱碳钢铁。
其他公司也选择MIDREX技术便可解决钢铁的脱碳问题吗？现实绝非如此简单。因为100%氢气还原需要大量的氢气。
据称，若采用100%氢气还原，年产250万吨绿色钢铁所需的氢气量约为12亿标准立方米，换算成重量为10.8万吨。据日本资源能源厅统计，目前日本的氢气产量（=使用量）约为每年200万吨，钢铁所需的氢气量占到总需求量的5%以上。
2021年度日本粗钢产量约为9500万吨。如果全部通过氢还原的话，则需要约400万吨的氢气，这意味着日本目前的氢气产量需要提高至3倍（=600万吨）。
而且，不仅需要单纯扩大“量”，还需要注重氢的“质”。
由于氢还原制铁的目的是脱碳，因此如果在制氢过程中排放二氧化碳则失去了意义。也就是说，要实现真正意义上的脱碳钢铁，必须准备大量在制氢过程中不排放二氧化碳的“绿氢”。而绿色氢气是通过电解制造的，因此使用的电力自然也需要来自不排放二氧化碳的可再生能源。
不过，上述200万吨的日本国内氢产量几乎全部来自化石燃料，绿氢占比较小。在这种情况下，H2GS能够生产脱碳钢铁的关键在于工厂所在地瑞典。
瑞典电源构成的一大特点是包含丰富的可再生能源，包括水力（40%）、核能（40%）、风力（10%）、生物质能·废弃物（7%）、化石燃料（1%）（2016年）。H2GS所在的博登附近还有一座水力发电厂，H2GS已经签署了向其采购绿色电力的合同。
绿氢的生产成本取决于碳中和电力的采购成本。虽不了解H2GS的电力采购合同，但应该有助于其商业运作。
然而，目前使用绿氢通过100%氢还原炼铁的成本几乎不可能等于或低于高炉法。H2GS之所以能够推进该项目，是因为即使价格较高，也有寻求脱碳钢铁的客户。
事实上，H2GS在2025年后生产的脱碳钢铁的6成以上已确定买家，上面提到的奔驰、宝马和日立等许多股东都是买家。神户制钢所也计划从H2GS采购直接还原铁作为中间产品。
对脱碳钢铁的强劲需求吸引了约500亿日元（约24.47亿元）的资金和超过5000亿日元（约244.67亿元）的融资合同，成为推动首个100%氢还原项目的原动力。
鉴于存在采购绿氢的限制，MIDREX不大可能在短期内继续在全球推出脱碳钢铁项目。对于H2GS的项目，新日铁副社长森高弘指出：“在面积较小的北欧，碳中和水力发电的电力成本较低，因此可以实现。”
尽管如此，曾被认为无法实现的完全氢还原制铁，如今道路逐渐清晰，这意义十分重大。对于神户制钢所来说也有可能成为公司未来的王牌。
显而易见的是，在碳中和时代，采购廉价且大量绿氢的能力对钢铁行业至关重要。对于缺乏可再生能源电力的日本来说，这是一个严峻的时代。
翻译：李释云
审校：李 涵
统稿：李淑珊
联系客服
