當前,巴西鋼鐵行業在利用生物質煉鐵技術研發方面,形成了三種模式:傳統的「guseiro」模式、優化木炭高爐模式、可持續發展的冶金生物碳模式。
傳統的「guseiro」模式以巴西Guseiros公司採用木炭高爐冶煉小塊鐵礦石生產生鐵為代表。這種模式使用的桉樹有時無法追溯來源,並且來源沒有經過認證。這種模式還有以下四個缺點:一是碳化過程排放了大量溫室氣體;二是產量低、沒有副產品;三是生產消耗劣質木炭;四是由於一般高爐的額定年產能介於5萬噸到15萬噸之間,所以不具備規模經濟效益。
採用優化木炭高爐模式的企業有瓦盧瑞克(Vallourec)公司和安普朗(Aperam)公司。該模式使用的桉樹100%來自重新種植並經認證的桉樹林。與Guseiros木炭相比,它使用高質量的木炭和球團礦。生產木炭可以伴生出有價值的副產品、沒有溫室氣體排放,且高爐的產量相對較高。高爐的年產能約為30-50萬噸。在鋼鐵行業碳減排的時代,對巴西來說這是一個可行的解決方案。
可持續發展的冶金生物碳模式採用的生物質原料是重新種植並經認證的桉樹和農林業的殘留物。這種模式採用新興技術,如Tecnored熔爐或連續臥窯技術。該模式具備兩個優勢:1)可生產出有價值的副產品;2)可將生產出的木炭粉壓製成強度和密度比木炭更高的產品。這些產品既可以在Tecnored煉鐵設備中使用或在具有類似工藝的煉鐵設備中使用,同時也可以在焦化廠中用作噴煤粉(PCI)的替代品。在古利特看來,第三種模式有可能成為全球性的解決方案。
同時,生物碳和「碳捕獲、碳利用和碳儲存(CCUS)」的結合甚至可以使鋼鐵生產出現負的碳足跡。在燒結廠和高爐中使用生物碳(通過替代噴煤粉,最大限度地將噴吹量提高到18萬噸/噸)每噸粗鋼可以減排0.75噸溫室氣體,或者焦化廠的溫室氣體排放量可以減少大約35%。此外,採用碳捕獲、碳利用和碳儲存(CCUS)技術,每噸粗鋼可以捕獲1.68噸溫室氣體,這樣每噸粗鋼排放的溫室氣體將達到負0.43噸。
生物碳技術可以成為鋼鐵行業實現碳減排的一種有效的補充方案。儘管如此,單獨使用任何一種新興技術都不能使全球鋼鐵行業在2050年實現淨零排放的目標。所有這些技術都需要聯合使用。然而,生物碳技術需要改善其在監管者和科學界眼中的認知,至少應該解決兩個問題:1)對實現可持續性發展的懷疑;2)打消大規模生產生物碳將取代糧食生產的假設疑慮。總之,生物碳是巴西鋼鐵行業實現碳減排的一種富有吸引力的替代方案,但其未來表現可能面臨一些問題。
得益於碳減排的需要,巴西鋼鐵業迎來了第二個利好機會,即向歐洲市場出口氫基熱壓鐵塊。未來幾十年,歐洲的綠色氫能將快速發展。以德國為例,估計綠色氫能的需求將從2020年的150萬噸擴大到2030年的340萬噸,2040年甚至達到690萬噸。同時,相應的供應量將從零擴大到170萬噸和320萬噸。
巴西可以彌補歐洲綠色氫能的短缺,這是因為巴西的可再生能源供給充足且具有很強的競爭優勢,所以該國成為世界上最具競爭力的綠色氫能供應國之一。然而,將氫能從巴西運到德國將是相當昂貴的。截至2040年,在巴西生產綠色氫能的成本將是1.20美元/千克,但氨的成本將增加0.88美元/千克,運輸成本(包括運輸和裂解)將增加1.34美元/千克。
考慮到這種情況,從巴西向歐洲出口氫基熱壓塊鐵似乎更經濟。
使用由H2-直接還原鐵/埋弧爐(SAF)-轉爐組成的技術路線,到2030年,生產扁鋼胚的到岸成本將相當於595美元/噸。然而,通過從巴西進口氫能,在歐洲生產熱壓塊鐵,成本將是670美元/噸。考慮到在巴西生產H2-直接還原鐵並將其出口到歐洲的可能性,總成本將達到565美元/噸。此外,如果只在歐洲進行軋製活動,成本將達到521美元/噸。因此,出口扁鋼胚和H2-直接還原鐵是可行的,但是出口H2將不太經濟。
在全球產業因碳減排而將面臨巨大挑戰的情況下,生物碳作為巴西鋼鐵行業的一個獨有特點,它和H2-直接還原鐵在未來的轉型變革中有望發揮更大價值。