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生物碳、H2-DRI在未来转型变革中可有力支撑巴西钢铁行业碳减排

2023/5/31 14:37

文章来源:世界金属导报
 
        01、巴西的生物碳

        当前,巴西钢铁行业在利用生物质炼铁技术研发方面,形成了三种模式:传统的“guseiro”模式、优化木炭高炉模式、可持续发展的冶金生物碳模式。

        传统的“guseiro”模式以巴西Guseiros公司采用木炭高炉冶炼小块铁矿石生产生铁为代表。这种模式使用的桉树有时无法追溯来源,并且来源没有经过认证。这种模式还有以下四个缺点:一是碳化过程排放了大量温室气体(主要是甲烷);二是产量低、没有副产品;三是生产消耗劣质木炭;四是由于一般高炉的额定年产能介于5万吨到15万吨之间,所以不具备规模经济效益。 

        采用优化木炭高炉模式的企业有瓦卢瑞克(Vallourec)公司和安普朗(Aperam)公司。该模式使用的桉树100%来自重新种植并经认证的桉树林。与Guseiros木炭相比,它使用高质量的木炭和球团矿。生产木炭可以伴生出有价值的副产品,并且没有温室气体排放,而且高炉的产量相对较高。高炉的年产能约为30万-50万吨。在钢铁行业碳减排的时代,对巴西来说这是一个可行的解决方案。

        可持续发展的冶金生物碳模式采用的生物质原料是重新种植并经认证的桉树和农林业的残留物。这种模式采用新兴技术,如Tecnored熔炉或连续卧窑技术。该模式具备两个优势:1)可生产出有价值的副产品;2) 可将生产出的木炭粉压制成强度和密度比木炭更高的产品。这些产品既可以在Tecnored炼铁设备中使用或在具有类似工艺的炼铁设备中使用,同时也可以在焦化厂中用作喷煤粉(PCI)的替代品。在古利特看来,第三种模式有可能成为全球性的解决方案。

        同时,生物碳和“碳捕获、碳利用和碳储存(CCUS)”的结合甚至可以使钢铁生产出现负的碳足迹。在烧结厂和高炉中使用生物碳(通过替代喷煤粉,最大限度地将喷吹量提高到18万吨/吨)每吨粗钢可以减排0.75吨温室气体,或者焦化厂的温室气体排放量可以减少大约35%。此外,采用碳捕获、碳利用和碳储存(CCUS)技术,每吨粗钢可以捕获1.68吨温室气体,这样每吨粗钢排放的温室气体将达到负0.43吨。

        生物碳技术可以成为钢铁行业实现碳减排的一种有效的补充方案。尽管如此,单独使用任何一种新兴技术都不能使全球钢铁行业在2050年实现净零排放的目标。所有这些技术都需要联合使用。然而,生物碳技术需要改善其在监管者和科学界眼中的认知,至少应该解决两个问题:1)对实现可持续性发展的怀疑;2)打消大规模生产生物碳将取代粮食生产的假设疑虑。总之,生物碳是巴西钢铁行业实现碳减排的一种富有吸引力的替代方案,但其未来表现可能面临一些问题。
 

        02、氢基热压块铁(HBI)的出口

        得益于碳减排的需要,巴西钢铁业迎来了第二个利好机会,即向欧洲市场出口氢基热压铁块。未来几十年,欧洲的绿色氢能将快速发展。以德国为例,估计绿色氢能的需求将从2020年的150万吨扩大到2030年的340万吨,2040年甚至达到690万吨。同时,相应的供应量将从零扩大到170万吨和320万吨。

        巴西可以弥补欧洲绿色氢能的短缺,这是因为巴西的可再生能源供给充足且具有很强的竞争优势,所以该国成为世界上最具竞争力的绿色氢能供应国之一。然而,将氢能从巴西运到德国将是相当昂贵的。截至2040年,在巴西生产绿色氢能的成本将是1.20美元/千克,但氨的成本将增加0.88美元/千克,运输成本(包括运输和裂解)将增加1.34美元/千克。

        考虑到这种情况,从巴西向欧洲出口氢基热压块铁(HBI)似乎更经济。为了得出这样的结论,研究者提出了以下假设:

        1)原材料和运费:过去两年的平均值;

        2)电力成本(美元/兆瓦时):欧洲(37美元)×巴西(23美元); 

        3)H2生产成本(美元/千克):欧洲(2.4美元)×巴西(1.7美元); 

        4)通过氨化路线从巴西到欧盟的H2运输(美元/千克H2):2.1美元; 

        5)碳价(欧元 二氧化碳当量/吨):85美元; 

        6)汇率(美元/欧元):1.2美元。

        图1表明,使用由H2-DRI/埋弧炉(SAF)-BOF组成的技术路线,到2030年,生产板坯的到岸成本将相当于595美元/吨。然而,通过从巴西进口氢能,在欧洲生产热压块铁(HBI),成本将是670美元/吨。考虑到在巴西生产H2-DRI并将其出口到欧洲的可能性,总成本将达到565美元/吨。此外,如果只在欧洲进行轧制活动,成本将达到521美元/吨。因此,出口板坯和H2-DRI是可行的,但是出口H2将不太经济。使用H2-DRI-EAF技术路线的类似运用和结论,如图1所示。
 

        在全球产业因碳减排而将面临巨大挑战的情况下,生物碳作为巴西钢铁行业的一个独有特点,它和H2-DRI在未来的转型变革中有望发挥更大价值。

        (信息来源:中国钢铁工业协会官网)

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