全球首个无化石燃料海绵铁中试线投产了！

　　编者的话

　　为实现《钢铁绿色协议》中到2050年温室气体排放量较1990年减少80%~95%的承诺，欧洲钢铁工业联盟（Eurofer，简称欧钢联）确定了2条主要的技术路线，即“智能碳使用”和“碳直接避免”技术路线。　　为帮助广大钢企了解欧洲钢铁工业低碳发展路径，《观海听潮》特推出欧钢联碳减排技术路线系列报道，跟踪欧洲钢铁工业相关技术项目进展。本期聚焦刚刚于8月31日投产的全球首个无化石燃料海绵铁中试线——HYBRIT项目。

　　刘献东　　8月31日，全球第一个无化石燃料海绵铁中试线——HYBRIT（突破性氢能炼铁技术）项目在瑞典吕勒奥（Luleå）举行了启动仪式。瑞典首相Stefan Löfven（斯特凡·勒文）出席了仪式。仪式全程在网上进行了直播。　　HYBRIT项目由SSAB（瑞典钢铁）、LKAB（瑞典矿业集团，欧洲最大铁矿石生产商）和Vattenfall（瑞典大瀑布电力公司，欧洲最大电力生产商之一）3家行业巨头合资创建的HYBRIT发展有限公司负责推进。合作的科研机构包括瑞典皇家理工学院、吕勒奥理工大学、瑞典国家研究院、瑞典钢铁研究所Swerim等。SSAB、LKAB和Vattenfall计划打造世界上第一个“无化石燃料钢铁制造”价值链，目标是：到2026年，通过HYBRIT技术，在世界上率先实现无化石燃料冶炼技术；到2045年，完全按无化石燃料工艺路线制造钢铁。　　HYBRIT项目中试线3个主要单元　　无化石燃料海绵铁中试线主要包括3个单元：　　一是位于吕勒奥的直接还原铁、制氢单元。　　该单元负责生产氢气，采用氢气DRI（直接还原铁）制备技术和电弧炉工艺，用电和氢代替煤炭，每年需要15太瓦时的电力，相当于瑞典年发电量的1/10。该单元运行的主要能源将来自Vattenfall的非基于化石燃料的电力。　　二是位于瑞典马尔姆贝格特（Malmberget）和吕勒奥的无化石燃料球团单元。　　该单元将通过用可再生的生物燃料替代化石燃料，以实现基于无化石燃料工艺的铁矿石球团矿制造技术，相关试验在吕勒奥的一个实验燃烧炉和马尔姆贝格特的一个工厂中进行。目前，LKAB正在马尔姆贝格特的一个球团厂中，围绕“用生物燃料代替化石燃料”进行全面试验。在试验期内，马尔姆贝格特球团厂化石燃料燃烧产生的二氧化碳排放量将减少40%，相当于每年实现约6万吨的碳减排，试验期将持续至2021年。　　三是位于吕勒奥的储氢单元（计划于2021年建设）。　　HYBRIT项目计划建造一个储氢研究设施，试验工厂在SSAB位于吕勒奥的工业区。目前该项目方正在调查在SSAB工业区附近的LKAB Svartöberget老铁矿石储存区建造一个位于地下25米~35米的小型临时储存区的可能性。该储氢设施将是未来支撑和维持能源系统稳定的重要组成部分。　　预计HYBRIT项目中试阶段的总费用在20亿瑞典克朗左右。瑞典能源署已承诺出资5.99亿瑞典克朗，剩余部分将由SSAB、LKAB和Vattenfall三方等额出资。　　HYBRIT项目未来规划　　按照规划，未来HYBRIT项目将分以下步骤推进。　　HYBRIT工业级示范工厂与HYBRIT项目中试线同步建设。　　HYBRIT工业级示范工厂的启动比原计划提前了3年，计划于2023年开工建设，于2025年投产。该示范工厂年产能为100万吨。　　与此同时，SSAB将对Oxelösund高炉进行改造，计划于2026年实现商业化的铁矿石基、无化石的冶炼工艺路线。SSAB最早将于2025年前将二氧化碳排放量减少25%。　　HYBRIT工业级示范工厂建成后，SSAB将对传统工艺路线进行彻底改造。SSAB计划于2030年~2040年将其全部的传统高炉换成电弧炉。同时，SSAB开始逐步淘汰轧钢厂和热处理厂的化石燃料工艺，到2045年完全实现无化石燃料的钢铁制造。　　HYBRIT项目发展历程　　•2016年，SSAB，LKAB和Vattenfall联手创建了HYBRIT项目。目标是使用非基于化石燃料的电力和氢气替代传统化石燃料，实现无化石燃料的钢铁冶炼。　　•2016年~2017年为可行性研究阶段。研究的结论是，考虑到当今的电价、煤炭价格和二氧化碳排放成本，采用无化石燃料技术炼出的钢材的价格将比传统钢材高20%~30%。不过，随着无化石基能源电价的下降，以及欧盟碳排放交易系统（ETS）推动的二氧化碳排放成本上升，无化石基钢材将具备成本竞争力。　　•2018年夏季，HYBRIT项目进入中试阶段，开始在吕勒奥的SSAB工厂建设全球第一个无化石燃料钢铁生产中试线。　　•2019年夏季，HYBRIT项目开始在瑞典马尔姆贝格特的LKAB工厂建造基于无化石燃料的球团机组。另外，该项目还计划在HYBRIT中试线附近建造一个氢气存储中试线，预计将在2022年~2024年间投入运行。　　•2020年8月5日，HYBRIT项目在球团工艺中使用无化石燃料的试验取得成功。　　•2020年8月31日，全球第一个无化石燃料海绵铁中试线投运。　　链接　　欧钢联“碳直接避免”技术路线实施路径和主要项目　　目前基于铁矿石的冶炼技术已经处于热力学极限，电力冶炼工艺还不能完全依靠可再生能源。这就是“碳直接避免”技术路线诞生的根本原因。“碳直接避免”首先要避免碳氧化物的生成。　　欧钢联于8月3日发布了“碳直接避免”技术路线的实施路径和主要项目。　　实施路径有2个：一是氢基冶金技术，即在钢铁生产过程中用氢来代替碳作还原剂，而且要采用可再生能源制造的“绿色氢”；二是采用电力进行冶金，其用电更注重可再生能源。　　主要项目包括：HYBRIT、H2Steel、tkH2Steel、GrInHY（绿色工业制氢）、SALCOS（萨尔茨吉特低碳炼钢）HydrogenHamburg和SIDERWIN。进一步的项目聚焦废钢循环利用和直接还原铁工艺，包括循环经济解决方案、工艺整合以及通过氢和电的使用直接避免碳排放。　　其中，HYBRIT项目主要采用氢气替代煤炭作为还原剂进行钢铁冶炼，副产物是水，而非二氧化碳。　　H2Steel项目旨在研发氢基冶金技术，包括SUSTEEL和H2FUTURE两个子项目。　　GrInHY项目旨在研发可逆高温电解绿色工业制氢技术，采用可逆式固体氧化物电解工艺生产氢气和氧气，并将多余的氢气储存起来。　　SALCOS项目集风力发电制造绿色氢、氢基冶炼等技术于一体，旨在把以高炉为基础的碳密集型炼钢工艺逐步转变为直接还原炼铁—电弧炉工艺路线，同时实现富余氢气的利用。　　SIDERWIN项目由安赛乐米塔尔负责，旨在研发一种直接电解铁矿石技术（据公开发布的信息判断，属于碱溶液低温电解类技术）。　　此外，目前欧洲正在运行的“碳直接避免”相关技术项目还包括奥钢联的HYFOR氢基粉矿还原技术、Tenova（意大利特诺恩集团）的HYL/ENERGIRON-ZR直接还原铁技术。　　《中国冶金报》（2020年09月04日 02版二版）