氢气,钢铁脱碳的未来

钢铁是工业部门第一大碳排放来源,实现减排目标首当其冲,又任重道远。在钢铁行业碳中和研究的🔗第一篇中,我们主要分析了行业现状和减排的挑战与机遇,本文则将聚焦介绍与氢气相关的钢铁冶炼创新应用,及其如何助力行业减排。系列的后续推文中,我们也将带来更多钢铁行业的创新解决方案,欢迎关注。 1.氢气:钢铁行业脱碳的未来 要实现工业脱碳目标,无论是钢铁行业还是水泥或化工行业,未来必然都需要使用大量的绿氢替代化石能源和原料。在钢铁冶金行业,氢能发挥的作用尤为明显。 基础炼铁过程中会使用到三种还原剂:碳、氢和电。基于此,任何清洁生产工艺的目标都是从碳转向氢气和/或电力。根据落基山研究所的最新报告,在清洁效率和技术成熟度的综合考虑下,氢冶金,尤其是清洁氢冶金,是最具前景的钢铁行业脱碳解决方案之一。 氢气炼钢即以氢代替炭作为还原剂,将还原反应中的碳排放转为水排放。由于钢铁行业的碳排放主要集中在炼铁环节,而炼铁的碳排放主要来自碳还原反应,采用氢作为钢铁冶炼过程中的还原剂,不仅可以减少碳排放,提高还原效率,还为冶金全流程生产过程产生的富氢含碳煤气找到了更有价值的利用途径。 截至2020年,我国钢铁企业平均吨钢碳排放量为1765公斤。如采用基于天然气的炼铁工艺,可以将吨钢碳排放降至940公斤; 如使用80%的氢气和20%的天然气,则可以降至437公斤; 如果完全使用氢气炼钢,则可以实现二氧化碳的“零排放”。 氢冶金正处于技术导入期。预计到2030年,基于绿氢的氢冶金将逐渐扩大在钢铁行业中的规模化应用,到2050年,钢铁行业的用氢需求将达到980万吨,氢冶金成为钢铁行业实现碳中和目标的主要路径之一。    高盛发布的《氢能深度报告》也指出,绿氢已成为实现全球净零排放的关键支柱。要想在2030年实现净零排放,预计需要在绿氢供应链累计投资5万亿美元。 2.氢冶金的应用场景 氢气可用于钢铁生产的方式有两种: ● 氢气可作为高炉-转炉 BF-BOF 路线(长流程)的辅助还原剂 ● 氢气可用作铁的直接还原或 DRI(短流程)过程中的唯一还原剂 氢气在高炉中的应用 对于以高炉-转炉为主的既有产能,可以通过高炉喷吹氢气技术充分利用焦炉煤气回收氢或直接生产的氢气替代部分作为还原剂的煤炭,积累利用氢气作为还原剂的冶铁实践经验。但是,该路线并无法改变以煤为基础的高-转炉工艺路线,减排力度可达到21%(如果使用绿氢)。 氢气在非高炉冶铁中的应用 为了更进一步地实现炼铁的完全零碳化,应考虑直接还原铁、熔融还原和电解冶铁等非高炉冶铁产能,对产能进行全面更新改造或建立新产能。 直接还原炼铁工艺是以非焦煤为原料,在低于矿石熔化温度以下进行还原,获得固态金属铁的工艺,所得的产品称为直接还原铁(Direct Reduction Iron,简称DRI,也称海绵铁),一般采用气基竖炉,还原气体主要来源于天然气。基于氢气的直接还原铁(DirectReduced Iron, DRI)技术提供了一种完全脱碳的炼铁方式,其技术成熟度(TRL)达到了6-8的较成熟水平。该技术可以电力为主要能源来生产零碳粗钢。 氢等离子体熔融还原(HPSR)技术正在发展中,利用氢,而不是煤,作为熔融还原的还原剂。该路线将完全替代高炉-转炉路线,并且省去烧结、炼焦等步骤。不过,目前该技术的技术成熟度仍低于直接还原铁。 3.氢能应用面临的挑战 从中长期来看,我国可再生能源资源丰富,在绿氢的供给上具有巨大潜力,将有助于实现化工、冶金等工业难以减排领域的深度脱碳。中国产业发展促进会氢能分会预计,随着技术成熟和清洁氢的应用,我国钢铁行业2025年前后可实现工艺成熟,对氢需求达36万吨/年,有望实现行业碳达峰。 聚焦我国氢冶金领域发展方面,尚处于探索阶段,产业发展存在以下挑战: 挑战1:经济化制氢 当下,世界上超过95%的氢气来自天然气和煤炭,每生产一吨氢气,就会产生9至12吨二氧化碳排放(麦肯锡)。虽然氢气是一种清洁气体,燃烧时只释放水蒸气,但用氢气代替炼钢中使用的焦炭、煤或液化天然气是没有意义的——除非氢气是由可再生能源(绿色)生产的,或者在其生产过程中排放的二氧化碳被捕获并存储(蓝色)。 根据国际能源署汇总数据,在中国生产氢气各种不同技术路径的成本排序如下:电网电解水制氢成本最高(约 5.5 美元/公斤); 可再生能源发电制氢成本(约 3 美元/公斤); 天然气加碳捕捉与贮存制氢(约 2.5 美元/公斤);天然气制氢(约 1.8 美元/公斤); 煤制氢(1 美元/公斤);煤加碳捕捉与贮存制氢 (1.5 美元/公斤)。 按照中国目前氢能市场价格(约每吨6万元人民币或7800欧元),采用氢能炼铁工艺成本比传统高炉冶炼工艺至少高五倍以上。据测算,氢气成本需降至1.26元/标方,或者对吨碳排放征收碳税25元,才能达到氢碳还原平价。 但据麦肯锡预测,在未来十年绿氢的价格会降低一半。绿氢价格的下降是由以下因素驱动的:a) 太阳能和风能价格降低导致可再生电力成本降低;以及 b) 电解槽成本下降。由于对二氧化碳排放的处罚越来越多,灰氢价格将受到影响。蓝氢的价格前景相对稳定。 挑战2:规模化储运氢… 继续阅读氢气,钢铁脱碳的未来

“未来之家”这么酷:小龙虾盖房子、空气洗手液、地板自发电!

刚刚过去不久的冬奥会不仅是体育盛宴,还可称为一场大型潮物新品“种草机”: 从设计师款运动羽绒服到奥运村的同款按摩床……与生活相关的产品总能收割一波大众“尝新欲”。但让我们特别关注的是,冬奥会所展示的新设计和新技术,尤其与“可持续发展”目标化合后的实际应用,恰是为我们打样了一个“绿色生活”的范本。 全球范围内,越来越多听起来“高精尖”的可持续发展创新技术与产品正在进入”寻常百姓家”。所以,在一个未来的“高科技可持续之家”中,到底可能出现一些什么令人惊喜的场景? 冬奥会期间“火了”的智能按摩床,在“绿色奥运”理念之下,将在由冬奥村转化成的公寓、酒店中继续利用 ©️OFweek 零碳之家:自发电地板和空气洗手液 本届冬奥会上的“颜值担当”可能要数1.2万块光伏发电玻璃拼接而成的“冰丝带”。不过除了长相能打之外,这种宝石蓝色的特殊玻璃幕墙还是建筑承重部件,更可以通过吸收转化太阳能输出源源不断的清洁电力,在长达数十年的生命周期中为场馆持久输送电力。该建筑体可谓当前“太阳能光伏建筑一体化”(Building Integrated Photovoltaic,简称 BIPV)的巨型应用的最新代表。 “冰丝带”国家速滑馆夜景外观 ©️中新社 大到被越来越多建筑物开始采用的 BIPV 、小到我们日常消杀用的洗手液,从“地板发电”到“空气洗衣”……虽然离迈入真正的“零碳之家”还有不小距离,种种创新案例让我们依然充满期待。 走两步就能发电的地板 光伏发电固然美好,但是地域光照的间歇性和波动性也限制了部分地区对这一技术的应用。一些研究者另辟蹊径,从更恒定的物质上找发电灵感。比如,苏黎世联邦理工学院的研究团队发明出了一种木地板,通过对木材进行特殊处理,配合收集地板上的人类活动,实现为家庭供电。 该创新的充电系统由两层经过处理的木材薄层组成,一层覆盖硅涂层,另一层嵌入金属离子,带电极的一层在下面。当人们走过地板时,电极会通过”摩擦电效应”而振动发电。 发电原理:当从轻木中去除稳定的木质素时,柔性纤维素层仍然存在(中间图示),然后挤压产生电压 ©️ETH Zurich 研究人员发现:该过程使木材产生的电流比普通木材自然产生的电流强 80 倍。实验数据显示:只需在 A4面积大小的木地板上反复按压摩擦几秒钟,地板的发电量就足够支撑整个家庭的 LED 照明系统。在该技术的早期展示阶段,实验室人员已做到仅通过在地板上走几步就能点亮台灯。 “史上最白”的白漆 美国普渡大学材料科学家开发出一种“超级白色涂料”,可以反射高达98%的太阳热量——相比之下,普通白漆只能反射80-85%。如果广泛地应用于屋顶和建筑物,这种新涂料可以显著降低建筑物冷却成本,从而减少碳排放,因为建筑运行最主要的碳排来源正来自于空调制热和制冷等供能。 普渡大学科学家向大家展示“最白白漆”的样本。 ©️Purdue 用‘脏空气”洁手、洗衣服 除了尽量减少排放温室气体的建筑和用电系统,在创新者引领的“零碳之家”中,常见家用日化用品甚至还可能承担起“负碳”的使命。 比如,美国纽约初创企业空气公司(Air Co.),开发了空气中提取二氧化碳、并将之与水结合,然后借助可再生的太阳能来转化为纯乙醇的工艺。 在新冠疫情前,Air Co. 主打产品是这一“阳光、空气、水”技术生产的充气伏特加酒。疫情爆发后,市场对含酒精消毒液的需求大增,而乙醇恰巧也是洗手液中的关键活性成分。Air Co.响应政府号召和社会需求,将全部产能转向生产洗手液。 Air Co.“二氧化碳”洗手液外包装 ©️Air Co. 而就在不久前,国际日化巨头联合利华也推出用碳捕捉技术收集到的工业二氧化碳制成的洗衣凝珠,让我们离“用‘脏空气’洗衣服”又更近了一步。 联合利华旗下的奥妙洗衣凝珠中的关键成分——表面活性剂由工业二氧化碳为生产原料 ©️Unilever 循环经济:3D打印小橘灯、小龙虾“再就业” “一个人的垃圾,另一个人的宝藏”,这句话用来描述循环经济打造的家居空间非常应景。在循环经济的“3R原则”——减量化、再利用、再循环(reduce, reuse, recycle)下,创新团队以各种创新材料和商业模式让产品生命实现无限“续杯”。 “化作春泥更护花”的咖啡胶囊 以一杯暖香的咖啡开启活力满满的一天,是很多人理想的居家场景。近年来,胶囊咖啡由于可以很好保存咖啡的新鲜度,受到了全球各地消费者的热捧。但是胶囊包装也会产生大量塑料和铝废弃物,绝大多数通过焚烧或者填埋处理。 加拿大植物材料公司 Nexe Innovations 以植物基包装方案解决了这一美味和环境“两难”的问题,经过5年的测试,研制出了 NEXE… 继续阅读“未来之家”这么酷:小龙虾盖房子、空气洗手液、地板自发电!

创业聚光灯 Vol.5: 初创团队如何讲好品牌故事?

 创业聚光灯 Makeable Spotlight  由专注于提供可持续创新创业服务的线上平台 Makeable 倾情推出,旨在聚焦创业者所关注的、正经历的、想探索的创业过程中的实际问题,以期为可持续发展领域的创业者和未来创业者提供创业指导和支持,在全国范围内激荡起可持续发展的脉动   对于可持续发展领域的创新创业者而言,无论是产品品类还是品牌本身都基本尚未在消费者、投资方、产业企业等相关方中建立起心智。根据R.I.S.E.可持续时尚实验室近期的调研报告显示:对可持续时尚认知度高且切身购买过可持续产品的消费者中有71%表示“当我接触一个新品牌的时候,我会去了解品牌的文化和故事”。可见,目标消费者们本身对品牌故事充满了期待。但讲好品牌故事并不容易,作为初创团队又该怎么做呢?   10月26日(周一)晚8-9点,两位嘉宾在线为你支招! 本 期 导 师 杜怡佳 Impact Hub Shanghai 可持续时尚业务总监 R.I.S.E. 可持续时尚实验室主理人     怡佳全面负责 Impact Hub Shanghai 的可持续时尚业务,通过发起“R.I.S.E.可持续时尚实验室”,与来自时尚行业的品牌方、生产者、零售生态等方面的创新行动者和推动者合作共创,帮助产业方在更好地推动自身可持续发展的同时,促进其与消费者更加良性的互动,让更多的人参与到时尚行业的可持续变革中,推动时尚行业更加理性(Rational)、包容(Inclusive)、智能(Smart)和生态友好(Eco-friendly)。 怡佳在化妆品、时尚行业拥有丰富的可持续发展和品牌建设等方面管理经验。她致力于实现商业价值与社会价值的共创,与联合国等国内外机构达成多年可持续发展项目的深度合作,担任上海美国商会可持续发展委员会等业内工作。   在本期聚光灯中,她将从品牌策略及实操方法的角度,手把手指导创业者讲好品牌故事。   Karen Yang Marketing Communications Manager Asia Pacific, Fibers Eastman Chemical (China) Co., Ltd.   Eastman 伊士曼成立于1920年,是一家全球性的特种材料公司。伊士曼始终致力于可持续发展,在全球范围为人们的生活提供更安全、更健康的解决方案。同时致力于通过保护环境、承担社会责任和推动经济增长来经营业务,为今天与未来创造价值。   在2021春夏上海时装周上,伊士曼也应邀展示了其 Naia 纤维素纤维(一种取材自木浆的可持续纤维)在全球服装成衣品牌的应用,以及最新研发的新型可持续面料。在未来的发展战略上,伊士曼也在尝试做更多的消费者沟通。在本期聚光灯中,Karen 将分享百年企业开创全新可持续材料品牌的实践经验,为创业者们“打个样”! 活动详情 主办方 战略合作方

深度报告 | SDGs 视角下的创新创业机遇: 女性经济

可持续发展目标(SDGs, Sustainable Development Goals),是联合国在2015年通过的针对2016年至2030年的可持续发展议程,其核心为17个可持续发展目标。 我们从《中国落实2030年可持续发展议程进展报告2019》(简称《进展报告》)中提取了5个关键领域——乡村振兴、绿色发展、教育普惠、民生保障、女性经济,与大家共同探讨创新创业的新机遇。 本篇作为这个系列的第五篇,将着眼于女性经济的进展和机遇。   根据《进展报告》,“女性经济”的概念在不同的 SDGs 中均有体现,涵盖了妇女儿童权益和性别平等重要领域。 女性经济围绕 SDG 3 展开的重点工作内容强调关注妇女与儿童的各项权益,包括生存权、健康权和发展权。如何保障女性在生育期间的健康安全是衡量社会健康福祉的重要指标。 2015年至2018年,我国孕产妇死亡率大大降低,由20.1/10万下降至18.3/10万,同时,婴儿的死亡率也同比由8.1‰降至6.1‰。2018年农村和城市孕产妇的死亡率数据大幅度下降,并且城乡和地区的数据差距持续缩小。 经济性别平等一直是近来的热点话题,社会各阶层均对这一话题提出了探讨和观点。如何保障女性的就业创业和教育健康权利,特别是如何保障女性在社会中获得平等的经济权力和生存发展,鼓励和支持女性自主创业,是女性经济围绕 SDG 5 的重点工作内容。 截至2018年底,全国累计发放女性创业担保贷款3838亿元,帮助了657万女性创业,累计培训贫困女性830万人,实现了415万的贫困增收;同时,在生育技术服务质量也实现了显著提高,2018年全国孕产妇住院分娩率达99.9%,2015至2019年共为4000多万农村女性进行宫颈癌免费筛查,为800完农村女性进行了乳腺癌免费筛查。 根据《进展报告》,“女性经济”的概念在不同的 SDGs 中均有体现,涵盖了妇女儿童权益和性别平等重要领域   1 健康服务创新 女性健康的保障是实现女性经济发展的重要前提。随着近年来宫颈癌、乳腺癌等与女性健康相关的医学知识普及,人们对该类病情的防控和相关疫苗的关注也越来越高。初创者们可以考虑从健康知识的普及推广、医疗药物研发、后期门诊服务创新与预防等方面把握创新创业机遇。 2 母婴健康保障 母婴健康通常与女性经济环环相扣,保障孕产妇和新生儿的健康能够进一步促进女性经济的发展。如今,随着科技的发展,出现了越来越多母婴健康教育上的创新,在该领域有相关经验和资源的创业者们,可以考虑从全产业链的角度入手,建立 O2O 的教学、购物、社群一体化的网络平台,更高效的完善母婴健康保障。 3 女性就业创业机遇 国家大力支持和促进女性就业,特别是针对农村地区。结合当下的互联网消费趋势,创业者们可以考虑进军农村,与当地女性群体进行合作,通过开设网店、运营电商等互联网渠道,拓宽其农产品售卖渠道,进一步实现农商户与消费者之间桥梁的搭建,与此同时,也帮助了更多的农村女性实现就业。   以上,是我们基于《进展报告》和国家文件的分析,对“女性经济”相关的创新创业机遇进行的挖掘和思考,也是深度报告系列的最后一篇。