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传统钢铁业是碳排大户！绿色钢铁是什么？打造零石化的永续钢铁有可能吗？又有哪些挑战需要克服？

你知道吗?光是钢铁产业就占全球碳排放量的百分之九。据国际能源署（IEA）的报告，2019 年，钢铁业的直接碳排放量已超过水泥和化工产业，成为碳排放的大户。更糟糕的是，在未来的 30 年中，全球对钢铁的需求量预计将增加 1.5 倍。

钢铁产业是高耗能产业，因此会产生大量的碳排放。此外，钢铁生产的“原料”中也包含大量的“碳”，这使得钢铁产业很难完全摆脱碳排放。

然而，难题也会成为契机。如果我们能找到新的制程，开发出低碳甚至零碳的炼钢新技术，那么我们不就能够一口气减少全球大量的碳排放了吗?

钢铁是各种工业的基础，也是基础建设的骨干，对于钢铁的需求估计只会持续增加。图/envatoelements

传统钢铁如何制成?为何会产生大量的“碳”?

在探讨传统钢铁如何改变制程、达到减碳的目标前，我们先简单了解一下钢铁的炼制过程。从地壳中开采出来的铁矿通常含有各种铁的氧化物，而在氧化物被还原成铁的过程中，需要加入焦炭来把氧化物的氧拿走。在高温下，焦炭会先变成一氧化碳，接着与熔融铁矿中的氧化铁进行反应，形成二氧化碳和生铁。生铁中含有部分的碳成分和其他杂质，需要进入转炉中进行高温处理，才能炼成各种钢材。

要达到炼钢所需的高温，还需要燃烧大量的化石燃料，排放大量二氧化碳。在氧化铁的还原过程中，使用焦炭也会产生额外的二氧化碳。因此，平均每产出一公吨钢就需要排放快两公吨的二氧化碳，相当于钢材自身重量的两倍。

目前，钢铁工业的能源依赖性仍有 75% 是煤炭，这种依赖化石燃料的现状绝非减碳目标的好消息。国际能源署估计，为达成目前设定的减碳目标，钢铁产业至少需要在 2050 年之前将碳排放量砍半。

但钢铁是许多基础建设的基石，对钢铁的需求估计只有增加、不会减少。目前全球钢材回收率已达 90%，仍无法满足钢铁不断增长的需求;传统制程的能源效率经过不断地改良，也已达到技术上的极限。这该如何解决呢?

近十年来，一些钢铁企业开始引进碳捕捉技术，利用特殊材料吸附二氧化碳并储存，供化工产业作为原料，或冷却后封存到地底。如此一来，就能避免排放到大气中。

然而，因为炼钢废弃的组成非常复杂，目前的碳捕捉效率也无法做到百分之百。要实现 2050 年的碳中和目标，势必就要去思考解决炼钢技术的创新议题。阻止全球暖化脚步刻不容缓，欧洲有几家企业想到了新方法，运用洁净的氢气来炼钢。

炼钢需要极高的温度，因此也需要大量燃烧化石燃料。图/envatoelements

零碳排炼钢?氢气的成本是挑战

提到炼造零石化钢铁，就必须抛开传统使用焦炭还原氧化铁的方法。这种方法以氢取代焦炭作为还原剂，反应完成后，氢气就会氧化成水蒸气，完全不会产生二氧化碳，真正实现减低碳排的目的。

然而，氢气要从哪里来?目前工业上最广泛使用的制氢方法就是从天然气中提取，过程中不可避免的也会排出二氧化碳。因此，真正想要朝减低碳排迈进，就必须使用绿能来电解水，产出“绿氢”。

不过，绿氢炼钢要面对的第一个现实问题就是资金投入的大量成本。由于电解水产氢的能源消耗差不多是固定的，因此绿氢的价格可以说和绿能的价格直接相关。根据欧洲议会的报告指出，现有绿氢的价格大约落在每公斤 3.6 到 5.3 欧元。相较之下，由天然气提取氢气的成本约每公斤 1.5 欧元。

虽然绿氢的价格高了两三倍，但是在同一份报告中，欧洲议会也提到由于绿能的价格持续下修，绿氢价格已经在过去十年内已经下降了 60%，并且很有机会在未来持续下降。保守估计，绿氢价格有机会在 2030 年降至每公斤 1.8 欧元。到时候，绿氢炼钢的成本只会比煤炭炼钢高出不到 10%。

因此，相较于碳捕捉或其他新型态炼钢技术，绿氢炼钢的技术和成本皆较为乐观，是各界目前较看好的零碳钢铁解决方案!而且也早就有企业着手开始设置生产计划。

在 2016 年，位于瑞典的钢铁厂 SSAB、便和能源公司 Vattenfall 与铁矿集团 LKAB 联手开启了 Hybrit 计划，预计透过绿氢和绿能，完全排除化石燃料的使用，走向绿色钢铁的新挑战，目标将瑞典全国的碳排放减少 10%。

在制程中，除了改用绿氢进行还原反应之外，炼钢过程中也不再透过燃煤加热，而是采用电弧炉，用绿能产生的电弧放电，来产生炼钢所需的高温。

2020 年，Hybrit 计划设立了首间完全零化石燃料的试验炼钢厂，并在仅仅一年后产出了第一批零石化钢铁，预计在 2026 年开始进行商业规模的大量生产，可以说是领先全球的零石化程表。而且，Hybrit 计划在 2021 年生产的首批零石化钢铁可不只是做出来展示用的，这批别具意义的钢材已经交付给瑞典车厂 VOLVO，拿来打造未来的环保低碳汽车。

用氢来炼造零石化钢铁的第一步：氢气要从哪里来? 图/envatoelements

踏出世界的第一步：VOLVO 零石化钢材车

在汽车生产过程中，钢铁是碳排放的主要来源之一。依据 2021 年的资料，制造一辆 VOLVO 汽车所需钢材产生的碳排放量占整体制程中的约 33%。

但目前 VOLVO 旗下车款都已开始着手使用零石化钢材，成为全球首家运用零石化炼钢制程的汽车制造商。虽然零石化钢材的使用率尚未达到百分之百，但 VOLVO 已签署 SteelZero 倡议计划，支持无石化炼钢的制程。并承诺在 2030 年达成这项协议中，对钢铁采购的严格要求，以在 2050 年前完成采购的钢材皆要“干净、零碳”为目标。

此外，VOLVO 也计划在 2030 年达到所有车款都百分之百不使用动物皮革，降低对畜牧业的需求，减少温室气体的排放。

除了在工艺选材上的用心，VOLVO 也透过供应商管理、生产制程、转型电动化等各种方式贯彻友善环境与永续经营。像自 2008 年起，VOLVO 在欧洲的所有工厂都开始使用水力发电所提供的电力。到目前为止，全球工厂已使用超过 80% 的碳中和电力。

最关键的是，VOLVO 产品本身的全面电气化目标，所有车款都有电动版本可供选择，并目标在 2030 年成为纯电动汽车品牌，以达到《欧洲绿色新政》设下的 2050 净零排放目标。

总结而言，绿色钢铁是实现零石化的永续钢铁生产的关键。虽然面临着一系列挑战，但只要政府、企业和大众共同努力，我们有信心打造一个更加环保、永续发展的未来。VOLVO 作为汽车行业的领头羊，将继续挑战永续创新，成为更环保的典范。