綠色鋼材：“低碳鋼”和“零碳鋼”

據ArcelorMittal官網(wǎng)最新報道，汽車(chē)零部件供應商海斯坦普成為汽車(chē)行業(yè)第一家從ArcelorMittal Europe – Flat Products購買(mǎi) XCarb?綠色鋼材證書(shū)的一級供應商。該證書(shū)涵蓋的鋼材將用于生產(chǎn)汽車(chē)零部件，并使海斯坦普能夠深化其對業(yè)務(wù)脫碳的承諾。

“在海斯坦普，我們有一個(gè)雄心勃勃的可持續戰略，以減少我們活動(dòng)的碳足跡，”海斯坦普負責采購和資本支出的公司總監Javier Imaz指出：“這將幫助我們的客戶(hù)通過(guò)使用我們的產(chǎn)品來(lái)減少自己的范圍3排放?！?/p>

什么是“范圍3排放”？

應用最為廣泛的國際排放核算工具溫室氣體（GHG）核算體系，將溫室氣體排放分為3類(lèi)或3個(gè)“范圍”。

范圍1:用于核算企業(yè)擁有或控制的排放源產(chǎn)生的直接排放量。

范圍2:用于核算企業(yè)外購電力、蒸汽、供熱或制冷的生產(chǎn)而產(chǎn)生的間接排放量。

范圍3:包含企業(yè)價(jià)值鏈中產(chǎn)生的所有其他間接排放量。

海斯坦普一直在尋求使工業(yè)活動(dòng)盡可能可持續和環(huán)保的方法。公司制定了到 2030 年減少自身運營(yíng)和供應鏈排放的明確承諾和目標。這些目標是根據“基于科學(xué)目標的倡議 (SBTi) ” 所批準的科學(xué)標準制定的。

SBTi 是 CDP（以前稱(chēng)為碳信息披露項目）、聯(lián)合國全球契約、世界資源研究所 (WRI) 和世界自然基金會(huì ) (WWF)聯(lián)合發(fā)布的規范。

當下游用戶(hù)購買(mǎi)了采用了綠色證書(shū)所涵蓋的鋼材所制造的零部件時(shí)，海斯坦普會(huì )把XCarb?綠色鋼材證書(shū)傳遞給用戶(hù)。這將使世界領(lǐng)先的汽車(chē)制造商能夠利用輕量化的鋼制零部件，并從ArcelorMittal開(kāi)展的減排活動(dòng)中受益。

那么，什么是綠色鋼材呢？

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關(guān)于綠色鋼材的概念可謂是五花八門(mén)、名目繁多，各個(gè)鋼廠(chǎng)和機構對此都有各自的表述。為此，世界鋼鐵協(xié)會(huì )（WSA）發(fā)表了關(guān)于低碳排放鋼的觀(guān)點(diǎn)文章，對“潔凈鋼”、“零碳鋼”、“凈零碳鋼”、“低碳鋼”等流行名詞進(jìn)行了辨析，并給出了WSA的官方觀(guān)點(diǎn)。

文章寫(xiě)道：

在許多方面，人類(lèi)的工業(yè)史就是我們人類(lèi)社會(huì )歷史的反映。自工業(yè)革命以來(lái)，鋼鐵生產(chǎn)一直以煤炭作為能源。但是現在，這種情況正在改變。

像其他行業(yè)一樣，鋼鐵行業(yè)也在轉型，鋼鐵行業(yè)的產(chǎn)品和服務(wù)所要面對的將是一個(gè)大幅降低二氧化碳和其它溫室氣體排放的未來(lái)。

關(guān)于這種轉型，相關(guān)的術(shù)語(yǔ)和定義尚未明確，因此不同的相關(guān)利益方對此使用了不同的表述，各種表述方式存在很大差異。有些時(shí)候，這些表述方式往往可以互換，但有時(shí)，其所指向的東西卻截然不同。

關(guān)于“綠色鋼材”，我們該如何看待這一表達日益多樣化的術(shù)語(yǔ)的使用呢？對一部分人而言，“綠色鋼材”只是一個(gè)營(yíng)銷(xiāo)術(shù)語(yǔ)，既沒(méi)有定義，也沒(méi)有范圍。還有另一個(gè)極端，一部分人認為，“綠色鋼材”是一個(gè)需要認證的術(shù)語(yǔ)，這個(gè)術(shù)語(yǔ)需要覆蓋可持續發(fā)展的全部范疇。

然而，問(wèn)題還不僅僅是“綠色鋼材”?！拔摇彼傅摹熬G色鋼材”，是不是“你”所指的“潔凈鋼”或“零碳鋼”？“凈零碳鋼”、“零碳鋼”以及“低碳鋼”之間的分界線(xiàn)究竟在哪里？

為了使我們討論的這些話(huà)題的概念更加清晰，世界鋼鐵協(xié)會(huì )正在對一些術(shù)語(yǔ)的定義進(jìn)行標準化。

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當前，世界鋼鐵行業(yè)以及世界鋼鐵協(xié)會(huì )的會(huì )員們正在努力開(kāi)發(fā)和啟動(dòng)一個(gè)全新的鋼鐵產(chǎn)品系列，與過(guò)去的同類(lèi)產(chǎn)品相比，該系列產(chǎn)品產(chǎn)生的碳排放將低得多。

相比傳統方式，采用先進(jìn)科學(xué)技術(shù)和實(shí)踐經(jīng)驗生產(chǎn)的低碳排放鋼（簡(jiǎn)稱(chēng)低碳鋼），其污染物的排放將顯著(zhù)降低。

直到2021年，大部分鋼材仍然主要使用化石燃料作為還原劑進(jìn)行生產(chǎn)，但世界上一些領(lǐng)先的鋼鐵企業(yè)已經(jīng)在探索新的可能。例如：

?巴西綠色鋼鐵公司正在使用百分百木炭，生產(chǎn)低碳排放鋼鐵產(chǎn)品。

?安賽樂(lè )米塔爾公司正在比利時(shí)根特興建一處大型設施，將鋼廠(chǎng)的廢氣轉化為乙醇，轉化后的乙醇用途廣泛，可用于生產(chǎn)合成燃料等。2018年，中國首鋼集團也開(kāi)始運營(yíng)一處類(lèi)似的商業(yè)性設施，第一年就生產(chǎn)出3000萬(wàn)升可用于銷(xiāo)售的乙醇。

廢氣轉化為乙醇

?位于阿聯(lián)酋的酋長(cháng)國鋼鐵公司，每年從煉鐵工廠(chǎng)產(chǎn)生的二氧化碳富集煤氣中捕獲80萬(wàn)噸二氧化碳，然后將其注入成熟的油田進(jìn)行永久封存。

?耶弗拉茲集團設在美國科羅拉多州的洛基山鋼鐵公司正在從煤炭轉向太陽(yáng)能。它將成為該國規模最大的就地配套的太陽(yáng)能發(fā)電廠(chǎng)，專(zhuān)門(mén)為單一客戶(hù)服務(wù)。

?河鋼集團，作為中國一家領(lǐng)先的鋼鐵企業(yè)，正在興建一座120萬(wàn)噸/年產(chǎn)能的氫冶金直接還原鐵示范項目。該項目將使用綠氫和藍氫技術(shù)，為鋼鐵生產(chǎn)工藝探索一條零碳排放路線(xiàn)。

氫冶金直接還原鐵

?紐柯鋼鐵公司在美國密蘇里州興建的小型鋼鐵廠(chǎng)，是美國首個(gè)以風(fēng)能作為能源的鋼鐵廠(chǎng)。該廠(chǎng)是紐柯鋼鐵公司與當地公用事業(yè)公司的合作項目，在雙方達成電力采購協(xié)議后，將為鋼鐵廠(chǎng)供應電力。

?塔塔鋼鐵公司正在通過(guò)HIsarna項目，開(kāi)發(fā)新式熔融冶煉技術(shù)。HIsarna技術(shù)可在不使用煉焦爐或燒結設施的情況下生產(chǎn)鐵，并且產(chǎn)生的二氧化碳富集煤氣完美地適合CCS技術(shù)。

HIsarna技術(shù)

?蒂森克虜伯公司和日本制鐵兩家公司已經(jīng)啟動(dòng)一系列高爐氫利用的測試，目的是大幅降低鋼鐵生產(chǎn)過(guò)程中排放的二氧化碳。

高爐氫利用技術(shù)與傳統技術(shù)對比

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采用上述新技術(shù)生產(chǎn)的鋼材，大體上都可視為低碳排放的鋼材，盡管隨著(zhù)法規、社會(huì )期望以及科技的巨變，今天的“低碳”內涵可能與2050年的“低碳”內涵會(huì )有所不同。如何稱(chēng)呼這些采用新一代技術(shù)生產(chǎn)出來(lái)的鋼材，業(yè)內和相關(guān)機構存在不同的表達方式，如下所述。

目前，世界鋼鐵協(xié)會(huì )傾向于使用“低碳鋼”（low-carbon steel）這個(gè)術(shù)語(yǔ)。如同“低碳電”一樣，WSA認為，該術(shù)語(yǔ)更加方便直觀(guān)，易于理解，并且含義清晰。

當然，WSA的這個(gè)名詞，這個(gè)跟我們通常概念里的“低碳鋼”（碳含量約為0.05–0.30%的鋼）是完全不同的兩個(gè)概念。WSA關(guān)注的是鋼材生產(chǎn)過(guò)程的碳排放，而后者關(guān)注的是鋼本身的冶金特性。

除此之外，在行業(yè)和利益相關(guān)方內部，還存在許多其他的表述方式，用于描述采用新一代生產(chǎn)技術(shù)生產(chǎn)的鋼鐵產(chǎn)品。

許多團體也在使用和闡述“綠色鋼材”，通常在營(yíng)銷(xiāo)環(huán)保性更好的新款產(chǎn)品時(shí)使用。它主要指采用突破性技術(shù)生產(chǎn)的鋼、利用廢鋼生產(chǎn)的鋼、再利用和再制造的鋼，以及通過(guò)購買(mǎi)碳排放指標或碳匯生產(chǎn)的傳統鋼。

鑒于“綠色鋼材”自身含義的不確定性和多樣性，世界鋼鐵協(xié)會(huì )將不會(huì )采用“綠色鋼材”這種表述方式。

要實(shí)現真正的“零碳”排放，鋼鐵生產(chǎn)過(guò)程中將不能排放任何二氧化碳。這是一個(gè)門(mén)檻極高的標準，難以想象在2021年會(huì )有某一生產(chǎn)技術(shù)能夠達到這一標準。

許多技術(shù)雖然正在朝著(zhù)這個(gè)方向發(fā)展，但“零碳”過(guò)于絕對，如果不使用碳匯來(lái)抵消殘余的碳排放，那么很有可能無(wú)法實(shí)現。在供應鏈中，由于使用含碳電極，或者關(guān)聯(lián)工藝中使用天然氣，均可能會(huì )產(chǎn)生殘余的碳排放。

最后，鋼最終還需要含有部分碳，這也是鋼材與純鐵的區別。雖然這種起核心作用的合金化元素碳可以取自非化石能源，然而碳的存在也足以表明所謂“零碳鋼”這一術(shù)語(yǔ)的不恰當性。

不過(guò)，如果鋼材生產(chǎn)時(shí)排放到大氣中的溫室氣體與利用碳匯設施從大氣中收集的排放物之間能夠取得平衡，那么這種鋼材就可以被稱(chēng)作“凈零碳鋼”或“碳中和鋼”。

為實(shí)現真正意義的碳中和，“凈零碳鋼”的生產(chǎn)可能需要通過(guò)其他部門(mén)進(jìn)行抵償。如果生產(chǎn)企業(yè)認為自己實(shí)現了碳中和，那么就要保證自己生產(chǎn)邊界的透明、統計方法的透明以及所采用的抵償辦法的高質(zhì)量和高可信度，這一點(diǎn)至關(guān)重要。

少數幾家鋼鐵企業(yè)已在開(kāi)始推廣“零化石燃料鋼”。所謂“零化石燃料鋼”，指鋼材生產(chǎn)過(guò)程中，既沒(méi)有使用任何化石燃料（例如煤炭或天然氣），也沒(méi)有使用任何化石燃料的衍生能源。

所有“零化石燃料鋼”都是世界鋼鐵協(xié)會(huì )此處所指的“低碳鋼”，但不是所有“低碳鋼”都可以被稱(chēng)為“零化石燃料鋼”。

例如，對于采用碳捕獲和碳存儲技術(shù)（CCS）生產(chǎn)的“低碳鋼”，它可能仍在使用天然氣或煤炭，但沒(méi)有排放二氧化碳。如果采用生物質(zhì)能，則要確保生物質(zhì)能是負責任的采購。

“潔凈鋼”是鋼鐵行業(yè)使用的一個(gè)術(shù)語(yǔ)，指含有較低水平雜質(zhì)、氧化物、摻雜物的鋼材，或者含有較低或超低水平金屬溶解碳的鋼材。這個(gè)詞已經(jīng)普遍使用，世界鋼鐵協(xié)會(huì )曾在2004年《潔凈鋼生產(chǎn)工藝技術(shù)》中使用，并且含義特定。因此，在氣候變化背景下，世界鋼鐵協(xié)會(huì )沒(méi)有使用“潔凈鋼”一詞。

此外，“零碳鋼”也是一個(gè)難以處理的術(shù)語(yǔ)，無(wú)論如何，不含碳的鋼就是純鐵，為達到特定工程用途對鋼屬性的要求，鋼中的碳含量要精確控制。此外，即使是氫還原鐵也需要添加碳，這樣才能通過(guò)精煉工藝，把鐵變成鋼。

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在氣候變化對話(huà)中，往往會(huì )談到社會(huì )對脫碳的需求。世界鋼鐵協(xié)會(huì )一般不會(huì )使用“脫碳”一詞來(lái)表示鋼鐵生產(chǎn)本身，因為只有鋼材生產(chǎn)過(guò)程中排放的溫室氣體（二氧化碳）需要消除，并不是鋼材生產(chǎn)工藝本身不允許排放溫室氣體（二氧化碳）。

當前，許多有前途的突破性技術(shù)還要使用碳作為化學(xué)還原劑，但要防止有害的溫室氣體被排入大氣。所以，雖然鋼鐵行業(yè)的排放物將最終脫碳，但煉鐵、煉鋼工藝本身可能不會(huì )脫碳。

有別于傳統的高爐、直接還原鐵或電爐技術(shù)，突破性技術(shù)以完全不同的方式生產(chǎn)低碳排放的鋼材。目前正在開(kāi)發(fā)的突破性技術(shù)包括：氫還原技術(shù)、CCS應用技術(shù)、鐵礦石電解技術(shù)、碳捕獲與封存技術(shù)（CCS）以及其他新的煉鐵還原工藝等。

特別需要提及的是氫。氫是一種關(guān)鍵的媒介物質(zhì)，可以顯著(zhù)降低鋼鐵行業(yè)的溫室氣體排放，世界鋼鐵協(xié)會(huì )許多會(huì )員企業(yè)都在探索該技術(shù)方案。根據氫的來(lái)源，氫往往被賦予某種顏色。

當世界鋼鐵協(xié)會(huì )提及低碳氫時(shí)，具體是指：

?綠氫：使用可再生電力通過(guò)水電解過(guò)程產(chǎn)生的氫。之所以稱(chēng)為綠色，是因為在生產(chǎn)過(guò)程中沒(méi)有二氧化碳排放。水電解過(guò)程是利用電將水分解成氫氣和氧氣的過(guò)程。

?黃氫：使用化石燃料電力通過(guò)水電解過(guò)程產(chǎn)生的氫。

?藍氫：綜合使用蒸汽甲烷轉化技術(shù)和CCS（碳捕獲及封存）技術(shù)，利用天然氣制成的氫。

?綠松石氫：通過(guò)甲烷熱解來(lái)提取氫。目前還在實(shí)驗階段，該過(guò)程以固體形式去除CO2。

?紫氫：利用核能和熱結合化學(xué)熱電解，分解水制成的氫。

?粉紅色氫：通過(guò)使用核電站的電力電解水產(chǎn)生的氫。

?紅氫：是使用核能熱作為能源，通過(guò)高溫催化分解水產(chǎn)生的氫。

?白氫：天然存在的氫。

以下為不屬于低碳氫：

?灰氫：由化石燃料生產(chǎn)，通常使用蒸汽甲烷重整 (SMR) 方法。由于該工藝不使用CCS技術(shù)，在此過(guò)程中，會(huì )產(chǎn)生CO2并最終釋放到大氣中。

?黑氫或棕氫：由煤制成。黑色和棕色是指煙煤（黑色）和褐煤（棕色）煤的類(lèi)型。煤的氣化是一種用于生產(chǎn)氫氣的方法。然而，這是一個(gè)污染嚴重的過(guò)程，CO2和CO作為副產(chǎn)品產(chǎn)生并釋放到大氣中。

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能效升級項目

WSA會(huì )員企業(yè)的鋼產(chǎn)量占全球總產(chǎn)量的80%，一直致力于尋求提高能效及產(chǎn)品設計的方法，在突破性技術(shù)得以開(kāi)發(fā)之前，通過(guò)中短期工藝提效可以有效幫助應對氣候變化。

最近，WSA理事會(huì )啟動(dòng)一項名為能效升級的全行業(yè)新舉措。這一涵蓋原料、能源投入、收得率和維護的多步驟流程，可用于支持提高工廠(chǎng)運行效率，使其達到與鋼鐵行業(yè)表現最佳企業(yè)相當的水平。

WSA制定了一個(gè)清晰的四階段效率評估流程，供所有鋼廠(chǎng)采用。該計劃于2019年在5家鋼廠(chǎng)進(jìn)行測試，然后在2020年至2025年期間更廣泛地推廣。

能耗升級分四步走流程：

1.優(yōu)化原料質(zhì)量與使用：鐵礦石與煉焦煤的品位對于能源強度和二氧化碳排放具有直接影響。

通過(guò)從源頭選礦和選煤、改用低碳或含氫燃料以及增加堿性氧氣轉爐的廢鋼利用率等措施，將有效顯著(zhù)提高生產(chǎn)效率。

2.提高能源效率，減少廢棄物：提高能源效率是確保資源效率的一個(gè)關(guān)鍵組成部分。

這里列舉幾個(gè)經(jīng)過(guò)測試和證明有效的改進(jìn)措施：從固體和氣體流中回收熱量或能源，焦煤干熄焦，熱電聯(lián)產(chǎn)機組，節電措施（旨在自給自足）等。

3.提高收得率：收得率的提高將使鋼鐵生產(chǎn)過(guò)程中的產(chǎn)量增加，并降低能源強度和原料的使用量。

4.提高工藝可靠性：加強鋼廠(chǎng)的設備維護，確保了設備運行可靠性，可減少質(zhì)量和工藝時(shí)間損失，從而降低每噸鋼材的能耗。

該項目旨在提高世界鋼鐵協(xié)會(huì )會(huì )員企業(yè)廠(chǎng)區的運營(yíng)效率，從而進(jìn)一步降低CO2的排放。但是，“能效升級”項目只是一個(gè)過(guò)渡性計劃，并不能為鋼鐵行業(yè)提供應對氣候變化挑戰的解決方案。