鋼鐵快報(bào)：配備碳捕集、利用與封存（CCUS）技術(shù)的“革新高爐”，直接還原鐵+電熔爐工藝，直接還原鐵+電弧爐工藝，電解電化學(xué)還原工藝。

報(bào)告強(qiáng)調(diào)，應(yīng)用上述任何一條脫碳路徑都需要大量的技術(shù)研發(fā)投入、較高的操作運(yùn)行能力和充足的配套基礎(chǔ)設(shè)施。鋼鐵行業(yè)需要認(rèn)識(shí)到，不是所有的發(fā)展模式都有效。即便是對(duì)于有效的發(fā)展模式，鋼鐵企業(yè)在“何時(shí)采用”“在何地采用”“如何采用”“能在多大程度上采用這些技術(shù)”等方面，也必須因地制宜。因此，報(bào)告認(rèn)為，對(duì)于鋼鐵企業(yè)來(lái)說(shuō)，最謹(jǐn)慎的做法就是將上述幾條路徑都納入考慮范圍。

部署“革新高爐”且達(dá)到可觀產(chǎn)量

需花費(fèi)較長(zhǎng)時(shí)間

報(bào)告認(rèn)為，鋼鐵行業(yè)要想在本世紀(jì)30年代大幅降低礦基鋼鐵冶煉工藝的溫室氣體排放強(qiáng)度，減少高爐流程的碳排放是必不可少的一環(huán)。

高爐流程具有高效、可靠、規(guī)?；瘧?yīng)用的優(yōu)勢(shì)，對(duì)鐵礦石品位要求較為靈活，目前為全球范圍內(nèi)主要的鋼鐵冶煉流程（高爐流程在中國(guó)的使用比例較高，占比高達(dá)90%左右）。能夠直接集成或應(yīng)用到現(xiàn)有高爐的低碳技術(shù)，為鋼鐵行業(yè)近10年乃至未來(lái)10年的加速減排提供了重要契機(jī)。這些低碳技術(shù)能夠充分利用鋼鐵行業(yè)已有的龐大資本存量，并避免低周轉(zhuǎn)率。

報(bào)告認(rèn)為，由于高爐流程是現(xiàn)有鋼鐵冶煉領(lǐng)域的“主角”，應(yīng)用此類低碳技術(shù)就相當(dāng)于“直接解決了主要矛盾問(wèn)題”。鋼鐵行業(yè)要想在本世紀(jì)30年代，即在絕大部分高爐資產(chǎn)使用壽命期限內(nèi)，大幅降低礦基鋼鐵冶煉工藝的溫室氣體排放強(qiáng)度，需重點(diǎn)開(kāi)發(fā)和廣泛部署配備碳捕集、利用與封存技術(shù)的“革新高爐”，以減少排放。雖然其他流程也很重要，但是高爐流程的“綠色改造”需要花費(fèi)更長(zhǎng)的時(shí)間才能達(dá)到較為可觀的產(chǎn)量及應(yīng)用規(guī)模。

目前，必和必拓已與全球領(lǐng)先的鋼鐵企業(yè)開(kāi)展技術(shù)合作，積極推動(dòng)高爐減排技術(shù)的發(fā)展，包括爐頂煤氣循環(huán)、富氫噴吹和利用生物碳替代化石碳等。必和必拓表示，雖然并非所有技術(shù)在所有地區(qū)都具備商業(yè)可行性，但是其相信會(huì)有越來(lái)越多的高效碳減排技術(shù)成功應(yīng)用于鋼鐵行業(yè)。此外，原燃料優(yōu)化對(duì)上述技術(shù)的應(yīng)用也有著重要的助力作用。為此，必和必拓目前正針對(duì)低灰煉焦煤應(yīng)用、強(qiáng)化塊礦利用、西澳鐵礦粉用于球團(tuán)礦生產(chǎn)等展開(kāi)研發(fā)。

直接還原鐵+電爐

需巨大可再生電力支撐

直接還原鐵是指在低于鐵礦石熔點(diǎn)的溫度下，通過(guò)固態(tài)還原將鐵礦石還原成金屬鐵的形態(tài)。報(bào)告指出，采用直接還原鐵+電爐工藝非常有益于鋼鐵行業(yè)大量減少溫室氣體排放。

報(bào)告認(rèn)為，與高爐不同，直接還原鐵的生產(chǎn)不需要使用含碳焦炭，而是利用含氫氣體將鐵礦石還原為金屬鐵，由此降低二氧化碳排放強(qiáng)度。直接還原鐵過(guò)程不發(fā)生熔化，而是在電爐采用電力進(jìn)行，因而在經(jīng)濟(jì)可行的情況下，采用可再生電力電解生產(chǎn)的“綠氫”和進(jìn)行電爐冶煉，可實(shí)現(xiàn)煉鋼過(guò)程的“近零排放”，可鋼鐵行業(yè)仍需對(duì)此持謹(jǐn)慎態(tài)度。這是因?yàn)殇撹F行業(yè)還需要克服重大的技術(shù)障礙，而且鋼作為一種鐵碳合金，必須在特定環(huán)節(jié)加入碳。

此外，報(bào)告指出，無(wú)論是電弧爐還是電熔爐，直接還原鐵+電爐工藝都需要巨大的可再生電力供給量做支撐。據(jù)必和必拓估算，一座年產(chǎn)量為200萬(wàn)噸的直接還原鐵工廠需要相當(dāng)于一座小型核電站當(dāng)量的可再生能源供應(yīng)才能獲得所需的氫氣，再加上電爐冶煉所需的電力，一座直接還原鐵工廠所需的可再生電力總量接近一個(gè)常規(guī)中型核電站的發(fā)電量（1兆瓦）。

電熔爐較電弧爐更具原料優(yōu)勢(shì)

必和必拓認(rèn)為，電弧爐可主要用直接還原鐵作原料，可是其適用運(yùn)行范圍較窄。作為一種“替代品”，必和必拓正在研究應(yīng)用電熔爐。其認(rèn)為電熔爐比電弧爐的性能更優(yōu)且原料靈活性更高。必和必拓早期相關(guān)研究已證實(shí)電熔爐技術(shù)的可行性，并建議其客戶認(rèn)真考慮。近期，塔塔鋼鐵歐洲公司、蒂森克虜伯、奧鋼聯(lián)、博思格、浦項(xiàng)制鐵等企業(yè)紛紛加入到了必和必拓的電熔爐開(kāi)發(fā)及應(yīng)用隊(duì)伍。

鐵礦石主要由鐵氧化物和其他雜質(zhì)組成，要將鐵礦石冶煉成鋼鐵，需經(jīng)歷還原、熔化、精煉。在高爐流程中，還原和熔化過(guò)程均在高爐內(nèi)完成，而精煉則是在轉(zhuǎn)爐中和精煉爐內(nèi)進(jìn)行。無(wú)論是電弧爐還是電熔爐，在直接還原過(guò)程中都只進(jìn)行還原而不熔化，因而雜質(zhì)仍保留在還原鐵中，必須經(jīng)過(guò)后續(xù)的熔化和精煉，才能去除這些雜質(zhì)。

報(bào)告指出，目前主流的電弧爐設(shè)計(jì)以廢鋼為主要原料。電弧爐針對(duì)以電弧作為熱源快速熔化廢鋼而設(shè)計(jì)和優(yōu)化，對(duì)原料的質(zhì)量要求較高。電弧爐煉鋼不適用于鐵礦石還原，無(wú)法將鐵礦石轉(zhuǎn)換成鐵，因而鐵礦石在進(jìn)入電弧爐之前，必須首先將其“還原”（或者說(shuō)“金屬化”）成金屬形態(tài)。來(lái)自高爐的鐵水和直接還原的海綿鐵均屬于金屬形態(tài)，可作為重要原料送入電弧爐，以稀釋廢鋼中難以脫除的殘余雜質(zhì)，如銅、錫等。隨著未來(lái)廢鋼供應(yīng)量的增加，行業(yè)對(duì)能稀釋廢鋼雜質(zhì)的礦基金屬化爐料的需求也將增加。此外，電弧爐用直接還原鐵的鐵礦石原料品位通常高于67%，脈石含量低于2.5%并含有少量的磷（其余主要是氧，即還原需要去除的部分）。為了降低電弧爐中的鐵損，企業(yè)要盡可能提高直接還原鐵的金屬化率，且一般要與至少50%的廢鋼一起冶煉。

據(jù)能源咨詢公司伍德麥肯茲（WoodMackenzie）估計(jì)，目前全球只有大約3%的海運(yùn)鐵礦石符合上述高品位鐵礦石的要求。必和必拓認(rèn)為，開(kāi)發(fā)新的礦山以滿足鋼鐵行業(yè)綠色轉(zhuǎn)型所需要的直接還原品位鐵礦石（經(jīng)過(guò)加工后的鐵礦石），并不切合實(shí)際。鋼鐵行業(yè)亟待開(kāi)發(fā)出“近零排放”的技術(shù)路徑，不僅需要適應(yīng)不同品位的鐵礦石，而且需滿足全球的鋼鐵產(chǎn)量需求。

據(jù)報(bào)告介紹，必和必拓正在進(jìn)行一項(xiàng)選礦技術(shù)研發(fā)以提高鐵礦石品位和回收率，目前其正評(píng)估在西澳大利亞皮爾巴拉地區(qū)金布巴礦區(qū)建設(shè)一座選礦廠的可行性。必和必拓認(rèn)為，對(duì)于金布巴礦區(qū)和絕大部分皮爾巴拉地區(qū)的礦山而言，在可預(yù)見(jiàn)的未來(lái)實(shí)現(xiàn)所有出產(chǎn)的鐵礦石達(dá)到現(xiàn)有直接還原等級(jí)并不現(xiàn)實(shí)。此外，必和必拓表示，其通過(guò)與擁有球團(tuán)礦廠的中國(guó)客戶合作研發(fā)，已經(jīng)證明必和必拓的西澳鐵礦石能夠與多種類型的鐵礦石混合生產(chǎn)球團(tuán)礦，其質(zhì)量與其他商業(yè)海運(yùn)球團(tuán)礦相當(dāng)。

電熔爐或許可成為解鎖直接還原用

鐵礦石品位靈活性的關(guān)鍵

報(bào)告指出，與電弧爐不同，電熔爐設(shè)計(jì)專門冶煉直接還原鐵，并可使用不同品位和形狀的原料（如球團(tuán)礦、粉礦、塊礦、團(tuán)礦），擴(kuò)大了鐵礦石原料的適用范圍，包括必和必拓西澳鐵礦的中等品位鐵礦石（包含塊礦、粉礦，以及球團(tuán)礦、壓塊等）。

報(bào)告強(qiáng)調(diào)，采用直接還原鐵+電熔爐工藝可以生產(chǎn)出高爐流程可生產(chǎn)的所有高質(zhì)量產(chǎn)品。過(guò)去，由于主流的高爐流程具有強(qiáng)大的競(jìng)爭(zhēng)力，所以電熔爐技術(shù)不太具備商業(yè)化的條件。如今，由于鋼鐵企業(yè)可利用電熔爐生產(chǎn)“近零排放”的鋼鐵，所以扭轉(zhuǎn)了電熔爐的市場(chǎng)前景。

電熔爐究竟有什么特別之處？報(bào)告指出，與電弧爐一樣，電熔爐的工作原理也是通過(guò)電極通電從而加熱含鐵爐料，可是其內(nèi)部過(guò)程與電弧爐完全不同。電熔爐是連續(xù)運(yùn)行，通過(guò)在爐內(nèi)添加少量碳來(lái)形成“維持還原氣氛”，并密封爐頂以避免空氣進(jìn)入，同時(shí)可以通過(guò)對(duì)電極的不同操作來(lái)改變電極周圍的電弧、功率等。直接還原鐵被不斷送入電熔爐，在電極周圍保有一層逐漸還原和熔化的固態(tài)原料，并漂浮在熔融金屬和熔渣上。電熔爐爐膛的工作環(huán)境、熔渣化學(xué)反應(yīng)的控制方式雖與高爐類似，但明顯不同于電弧爐，其在確保爐膛正常運(yùn)行的情況下，可以通過(guò)出鐵孔定期排出鐵水。

必和必拓表示，上述差異有望開(kāi)辟出一條不僅用料靈活還能降低成本及溫室氣體排放強(qiáng)度的全新鋼鐵冶煉工藝路線，或許也可以成為解鎖直接還原用鐵礦石品位靈活性的關(guān)鍵。

深入行業(yè)碳減排

還需加強(qiáng)上下游協(xié)同合作

報(bào)告指出，如果直接還原鐵+電熔爐工藝成功實(shí)現(xiàn)在行業(yè)內(nèi)的規(guī)?；瘧?yīng)用，那么直接還原鐵+電熔爐工藝可逐步取代鋼廠內(nèi)溫室氣體排放密集的前端生產(chǎn)設(shè)施（包括高爐、燒結(jié)廠、煉焦?fàn)t等），且不會(huì)影響下游的精煉和加工等工序。這些都是鋼鐵企業(yè)制造并向最終用戶交付大量成品鋼的必備條件。因此，為了進(jìn)一步推進(jìn)全行業(yè)的碳減排，推廣應(yīng)用直接還原鐵+電熔爐工藝，還需要進(jìn)一步加強(qiáng)上下游的協(xié)同合作。

報(bào)告認(rèn)為，在不放棄下游基礎(chǔ)設(shè)施優(yōu)勢(shì)的前提下，鋼鐵企業(yè)也可以選擇在更具經(jīng)濟(jì)效益的區(qū)域（如綠氫更便宜的區(qū)域）建造獨(dú)立的直接還原鐵廠或者直接還原鐵+電熔爐綜合性工廠。如此一來(lái)，直接還原鐵和由電熔爐將含鐵料熔化產(chǎn)生的鐵水澆鑄成的生鐵均可再運(yùn)輸?shù)狡髽I(yè)現(xiàn)有的鋼廠（上述生鐵被送到鋼廠后需重新熔化造成額外的能源消耗，鋼企如果選擇將綜合性工廠建在鋼廠附近，則可以避免這些消耗)。

必和必拓表示，電熔爐產(chǎn)生的鐵水、熔渣與高爐類似，所以通過(guò)放寬之前適用于電弧爐的直接還原鐵質(zhì)量要求，有助于在上游形成協(xié)同效應(yīng)，不僅能降低熔渣鐵損，還能在下游精煉過(guò)程中除磷。由于生產(chǎn)直接還原鐵需要達(dá)到90%以上的金屬化率，所以其面臨的最大技術(shù)障礙之一是物性（特別是黏結(jié)）改變。然而，如果是直接還原鐵與電熔爐工藝組合，其金屬化率可能只需達(dá)到80%~85%。

此外，必和必拓強(qiáng)調(diào)，電熔爐產(chǎn)生的熔渣與高爐的熔渣相似，所以可以作為水泥的替代品，不僅不需要進(jìn)行處理，而且水泥生產(chǎn)本身就屬于溫室氣體排放密集型活動(dòng)，用爐渣替代水泥后，每生產(chǎn)1噸鐵水，便可額外減少150千克~200千克的二氧化碳排放量。

必和必拓表示，雖然電熔爐的相關(guān)技術(shù)在其他冶金領(lǐng)域（如鐵合金、鈦、鎳生產(chǎn)）已屬于成熟技術(shù)，但是如何利用電熔爐技術(shù)減少用必和必拓皮爾巴拉礦區(qū)鐵礦石在煉鋼過(guò)程中的溫室氣體排放，如何規(guī)定操作要求，目前尚未得到充分論證，還需要上下游加強(qiáng)協(xié)同合作。必和必拓與赫氏聯(lián)合設(shè)計(jì)的電熔爐中試裝置將提供一個(gè)良好的試驗(yàn)平臺(tái)，雙方將合作開(kāi)展系統(tǒng)性研究，降低風(fēng)險(xiǎn)，優(yōu)化皮爾巴拉礦區(qū)鐵礦石處理工藝。

備注：數(shù)據(jù)僅供參考，不作為投資依據(jù)。