二氧化碳捕集、利用與封存(CCUS)技術在鋼鐵業中的應用,以降低碳排放,達成業界的「雙碳」目標。據《氣候變遷與鋼鐵生產》的分析,全球鋼鐵業的碳排放佔人類活動總量的7%-9%,成為工業領域降碳的重要挑戰。二氧化碳的排放主要來自於長製程煉鋼,而CCUS技術可以透過直接捕集和建構低碳能源系統等方式直接和間接的減少鋼鐵業的碳排放。
中國預計將在2030年左右開始在鋼鐵業中廣泛應用CCUS技術,並且在2050年左右將該技術在鋼鐵業中的滲透比例達到15%-35%。目前,CCUS技術已被廣泛的應用於電力和水泥產業的降碳,為CCUS技術在鋼鐵業的應用提供了豐富的經驗。
CCUS技術在鋼鐵業的應用主要分為三類分別是捕集技術、利用技術、封存技術。
捕集技術主要分為兩大類,一是化學吸收技術。主要利用溶劑與二氧化碳之間的化學反應進行捕集。目前日本鋼鐵工程控股公司(JFE)使用有機胺作為吸收劑從高爐煤氣中直接捕集二氧化碳,而韓國的浦項製鐵則使用低濃度氨水從高爐煤氣中捕獲二氧化碳。二是變壓吸附技術。使用吸附劑的吸附容量隨著壓力變化而變化,在加壓時對混合氣體進行吸附分離,降壓時完成吸附劑的再生,實現二氧化碳對的分離和吸附劑的循環使用。目前日本在其氫冶金計畫COURSE50中使用沸石和活性碳作為吸附劑來實現二氧化碳捕捉達80%。
利用技術主要分為三類,一是化學利用技術。將捕集到的二氧化碳用於製造甲醇、尿素等化學品。目前中國首鋼2012年運作一套全球唯一300噸工業廢氣制乙醇計畫。二是生物利用技術。主要包括生物發酵技術和微藻固碳技術。三是鋼鐵冶金利用。在高爐中使用二氧化碳代替壓縮空氣或氮氣作為傳輸媒介進行高爐噴煤。
封存技術主要分為兩大類,一是礦化封存。將捕集的二氧化碳以人工方法轉化為能源或化學品。目前中國包鋼集團利用二氧化碳與鋼渣生產高純度碳酸鈣。二是地質封存。將二氧化碳注入地質結構中,減少二氧化碳在大氣中的含量。
目前中國鋼鐵企業已經開展多項CCUS示範計畫的開工建設,待相關項目建成並投產之後,中國鋼鐵業實現「雙碳」目標的路徑可望全部打通。
目前中國產業在CCUS技術的應用上仍面臨較多的問題。一是建設成本和技術成本普遍較高。目前的CCUS技術還無法在現有的鋼鐵生產設備的基礎上進行建設,在CCUS項目的建設、運營和維護過程中都需要大量資金,對於鋼廠而言是較大的成本負擔,而且其經營成本可能會分攤到相關大宗商品的價格中,帶動有關大宗商品的價格上漲,對下游企業的生產帶來較大的成本壓力。
二是缺乏政策和商業機制的支持。與國際上擁有豐富CUSS應用經驗的國家和地區相比,中國在CUSS應用上的相關政策還不夠完善,並且缺乏相應的政策激勵促進中國鋼鐵業採用這項技術進行降碳。同時CUSS技術需要一個穩定的市場來促進其實施。由於當下中國鋼鐵業尚未進入碳市場,導致中國鋼鐵業也缺乏相應的市場誘因促進CUSS技術的應用。
三是資源匹配不佳。中國的鋼鐵生產大多集中在東部地區,而適合封存的盆地主要分佈在東北和西北地區,再缺乏中國性管網的支撐下,地理分佈的空間差異使得中國的二氧化碳封存受到一定的限制,影響部分CUSS技術的應用。
展望未來,中國鋼鐵業作為重點排放業或將較早納入碳市場進行管理,一旦鋼鐵業被納入碳市場,必將面臨來自強制排放市場和自願減排市場的挑戰和機會。而CCUS計畫是否能夠透過自願減排市場的CCER方法學關乎其在鋼鐵業應用與發展的重要一環。因此,面對產業減碳的必然要求疊加碳市場帶來的壓力和動力,CCUS計畫必將得到中國鋼企的青睞,並在日常生產中加以研究和應用,確保鋼鐵業在實現「雙碳」目標的最後一公里順利前進。