钢铁是我们现代世界的主要组成部分,用于制造从餐具到桥梁和风力涡轮机的所有物品。但它的制造方式——使用煤炭——正在加剧气候变化。
平均而言,每生产一吨钢,就会排放近两吨二氧化碳 (CO₂)。这约占全球温室气体排放量的7%。清理钢铁生产显然是地球低碳未来的关键。
幸运的是,一条新的道路正在出现。所谓的“绿色钢铁”,使用氢而不是煤制成,对澳大利亚来说是一个巨大的机会。这将促进我们的出口,有助于抵消化石燃料行业不可避免的失业,并在应对气候变化方面大有帮助。
澳大利亚丰富而廉价的风能和太阳能资源意味着我们有能力生产绿色钢铁行业所需的氢气。那么让我们来看看绿色钢铁是如何制造的,以及未来的挑战。
为改变而奋斗
炼钢需要从铁矿石中去除氧气以生产纯铁金属。在传统的炼钢中,这是在释放二氧化碳的过程中使用煤或天然气完成的。在绿色钢铁生产中,由可再生能源制成的氢气取代了化石燃料。
澳大利亚每年出口近9 亿吨铁矿石,但仅生产550 万吨钢铁。这意味着我们有很大的能力来提高钢铁产量。
Grattan Institute去年的一份报告发现,如果澳大利亚占据全球钢铁市场约 6.5% 的份额,则每年可产生约 650 亿澳元的出口收入,并在昆士兰州和新南威尔士州创造 25,000 个制造业工作岗位。
炼钢是一个复杂的过程,主要通过三个过程之一来实现。从理论上讲,它们中的每一个都可以用来生产绿色钢材。我们在下面检查每个过程。
1. 高炉
在全球范围内,大约 70%的钢是使用高炉法生产的。
作为该过程的一部分,在熔炉主体中使用加工煤(也称为焦炭)。它充当进出炉子的材料的物理支撑结构,以及其他功能。它也在熔炉底部部分燃烧以产生热量并产生一氧化碳,一氧化碳从铁矿石中剥离氧气,留下金属铁。
这种煤炭驱动的过程会导致二氧化碳排放。用氢气代替一部分一氧化碳是可行的。氢气可以从矿石中去除氧气,生成水而不是二氧化碳。这需要可再生电力来生产绿色氢。
而且氢气不能以1:1的比例代替一氧化碳。如果使用氢气,与煤法相比,高炉需要更多的外部热量来保持高温。
更重要的是,炉体主体中的固体煤不能用氢气代替。已经开发了一些替代品,包括生物质——一种由生物体开发的燃料——与煤混合。
但可持续地大规模采购生物质将是一个挑战。而且这个过程仍然可能会产生一些化石燃料衍生的排放。因此,为了确保该过程是“绿色”的,必须捕获和存储这些排放物——目前这项技术昂贵且未经大规模验证。
2. 再生钢
世界上大约 30%的钢材是由回收钢材制成的。钢铁是任何材料中回收率最高的之一。
钢铁回收主要在电弧炉中进行,由电力驱动。使用这种方法生产的每吨钢会产生约0.4 吨二氧化碳——主要是由于燃烧化石燃料发电所产生的排放。如果电力来自可再生能源,二氧化碳排放量将大大减少。
但钢铁不能连续回收。一段时间后,铜、镍和锡等不需要的元素开始在钢中积聚,从而降低其质量。此外,钢材寿命长,周转率低。这意味着再生钢不能满足所有的钢需求,必须生产一些新钢。
3、直接还原铁
“直接还原铁”(DRI) 技术通常使用甲烷气体来生产氢气和一氧化碳,然后用于将铁矿石转化为铁。这种方法仍然会产生二氧化碳排放,并且比高炉方法需要更多的电力。然而,它的整体发射强度可以大大降低。
该方法目前占产量的不到 5%,为使用绿色氢提供了最大的机会。
高达 70% 的源自甲烷的氢气可以被绿色氢气替代,而无需对生产过程进行太多修改。然而,在这种方法中使用 100% 绿色氢的工作正在进行中。
成为绿色钢铁超级大国
绿色钢铁转型不会在一夜之间发生,重大挑战依然存在。
将需要廉价、大规模的绿色氢和可再生电力。即使使用绿色氢,为了实现净零排放,高炉方法仍然需要碳捕获和储存技术——DRI 也将暂时如此。
需要私营部门投资来创建全球规模的出口产业。澳大利亚政府在培养技能和能力、帮助工人再培训、资助研究和协调土地利用规划方面也可以发挥重要作用。
革新澳大利亚的钢铁工业是一项艰巨的任务。但如果我们打得好,澳大利亚可以成为绿色制造革命的主要参与者。