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

行业洞察 | 如何让消费者甘心为“可持续”买单?

10月,Impact Hub 发起的 R.I.S.E 可持续时尚实验室在上海时装周上发布了一份名为《2020年后疫情时代,聚焦中国可持续时尚消费人群》的深度调研报告。  这份历时6个月精心准备,调查了2251位消费者和20位品牌方样本数据的报告,在构建出一份中国可持续消费者行为模式图谱的同时,也为品牌在如何讲好故事,尤其是如何与消费者沟通“可持续”理念时,提供了极有价值的建议。  以下是小博从这份报告中提炼出的干货清单,也是 Makeable 与 R.I.S.E 合作的可持续时尚行业洞察系列第一篇。 1. 分享你的“可持续性”信息 报告聚焦可持续时尚认知度高的消费者,将其分为“领跑者“及“潜在行动者“两类。领跑者指对可持续时尚认知度高,且清楚知道自己购买过可持续时尚产品的消费者。潜在行动者指对可持续时尚认知度高,但未购买过、或不清楚自己是否购买过可持续时尚产品的消费者。 报告发现,在这两类人群中,超过90%表示自己希望“了解时尚产品在企业社会责任上所作出的贡献”,但与此同时,绝大多数人对于产品的可持续性相关信息认知不足。 数据来源:《聚焦中国可持续时尚消费人群2020》 因此,对于可持续创业创新品牌而言,应该尽可能利用各种渠道去与消费者分享自己产品的可持续信息,包括: 第三方权威认证 产品吊牌/标签标示 可持续相关信息披露(碳排放、产品生命周期、劳工权益等) 产品相关核心技术创新 Stella McCartney在网站上详细标明面料的供应链 Source:Stella McCartney 案例分享|唯链科技 X COS Source:唯链科技 通过使用基于唯链区块链技术 VeChain ToolChain™ 开发的数字化认证产品 My Story™,H&M 集团旗下品牌 COS 增强了其可持续产品的可追溯性,记录着包括边角料收集以及之后的物料粉碎、压实、纺丝、针织、染色直到产出新品等流程,而消费者可通过扫描产品上的 My Story™ 二维码快速了解更多相关信息。 2. 不要在沟通中试图科普 虽然分享可持续信息非常重要,但是,中欧国际工商学院市场营销及可持续教授 Lydia Price 强调,不要让公众不熟悉的概念(例如透明供应链、劳工公平等)成为品牌传递的首要信息。如果一个概念还没有被广泛认知,还没有存在公众的脑海里,那么即使这个概念被品牌努力宣传,很大几率上,它依然会被忽略。消费者只会看到他们想看到的。 换句话说,就是要用消费者听得懂的话去与消费者沟通。 对于初创企业而言,提高公众意识很难,它应该是政府、行业领导者、NGO 等的工作。如果希望公众能提高对某个新概念的意识,那么可以与上述伙伴进行合作,而不是通过品牌广告来做这件事。 3. 将可持续变成“很酷的事” BBMG, GlobeScan 和 SustainAbility 进行的一项新的全球消费者研究显示:全球正在崛起25亿结合风格、社会地位和可持续性价值观来重新定义消费的消费者,其中有三分之一可以被称为理想消费者 (Aspirationals)… 继续阅读行业洞察 | 如何让消费者甘心为“可持续”买单?

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分类:行业洞察