以“氢”为终点 浦项制铁这样布局“碳中和蓝图”

在全球应对气候危机的环保法规日趋严格的大背景下，钢铁产业的绿色转型已从选择题变为必答题。近日，韩国浦项制铁官网发布《从碳捕集到氢还原：浦项制铁全面布局可持续钢铁产业的降碳战略》（From CCUS to HyREX: The Full Lineup of POSCO Group’s Decarbonization Strategies for a Sustainable Steel Industry）报告，向外界详细展示了其从短期改造到长远革命的“碳中和蓝图”。

根据这份报告，浦项制铁为自身的低碳转型规划了3个阶段的行动路径。短期内，其将聚焦现有高炉能效升级，推行喷氢工艺与低碳燃料替代。中期内，其计划大规模应用电弧炉，并研发低铁水比工艺，同时积极部署碳捕集、利用与封存（CCUS）等过渡性技术。长期而言，其计划实现HyREX氢基直接还原炼铁技术的商业化应用，并全面替代原有高炉设备，重构自身钢铁制造流程。

“碳减排桥梁技术”

成为过渡期支柱

多元化的“碳减排桥梁技术”（Carbon Reduction Bridge Technologies）同步推进是浦项制铁通往“氢能未来”的过渡支柱。报告介绍，目前浦项制铁正并行推进多项“碳减排桥梁技术”，以期在当下实现有效减排。

就高炉而言，浦项制铁认为改进原料与还原工艺至关重要。根据报告，浦项制铁正通过球团矿、热压块铁（HBI）及富氢燃气3类工艺改造推进高炉碳减排。首先，通过破碎筛分铁矿石并将其塑形为均匀球状，球团矿可替代传统高炉原料烧结矿。仅将原料从烧结矿替换为球团矿，即可减少烧结矿生产过程中的化石燃料消耗，从而降低二氧化碳排放强度。其次，通过去除铁矿石中的氧分制成直接还原铁，再压缩成“枕状压块”投入高炉，可大量减少还原过程中的煤炭消耗量。据浦项制铁在报告中的测算，每生产1吨铁水使用100公斤热压块铁，约可减少100公斤二氧化碳排放。最后，是其对富氢燃气技术的研究，即以天然气替代煤炭作为还原剂。天然气主要成分甲烷在重整过程中转化为一氧化碳与氢气，生成富氢燃气。该气体经高炉底部风口注入炉内作为还原剂，有效降低煤炭用量。报告介绍，浦项制铁已于2023年上半年完成高炉天然气喷吹系统建设并验证碳减排效果。同时，其正携手29家产研学机构参与（韩国国家低碳炼铁技术研发项目COOLSTAR），以此为基础研发高炉氢喷吹技术，计划将其整合为“碳减排桥梁技术”并建立“低碳高炉”模型。

聚焦转炉，浦项制铁坚持工序优化，降低铁水依赖程度。报告介绍，由于每吨钢水生产过程中超过80%的二氧化碳排放产生于铁水制备阶段，减少转炉铁水用量成为碳减排的关键。浦项制铁目前正在研发低铁水比操作技术，以降低转炉中铁水的投入比例。一是“废钢熔化后兑入法”（The Melted Scrap Charging Method）。该技术通过将高炉铁水与电弧炉生产的钢水混合，减少转炉中铁水使用量。应用电弧炉—废钢路线后，年产250万吨铁水预计可比传统高炉工艺减排350万吨二氧化碳。但受废钢中残余元素影响，该技术在生产高级别钢种时存在局限。为此，浦项制铁正研发高炉铁水与电弧炉钢水混合技术，实现碳减排与高级别钢种生产的协同推进。二是顶底复吹转炉技术（The Oxygen Top &Bottom Blown Converter Technology）。该技术指通过顶部与底部同时供氧获取额外热源，提升转炉内废钢投料量。转炉冶炼过程中无外部热源供应，所需热量全靠铁水中杂质氧化释放。降低铁水比例并提高废钢掺入率会导致熔池温度下降。顶底复吹技术通过强化二次燃烧与传热效率，能有效突破这一限制。报告介绍，基于自身现有转炉设施，浦项制铁现已形成提升废钢应用比例的技术体系。通过优化废钢投料模式及采用双联转炉工艺，目前该公司废钢使用率已提升至30%以上。此外，当结合浦项制铁自主研发的FINEX熔融铁水应用低铁水比技术时，转炉铁水比可降至70%以下，有望显著减少炼铁流程温室气体排放。

为直接应对欧盟碳边境调节机制（CBAM）等所带来的挑战，浦项制铁于2022年8月份成立专项CBAM应对工作组，与浦项制铁欧洲分公司、浦项国际积极协同合作，强化相关应对体系建设。与此同时，浦项制铁正投资6000亿韩元（约合4.09亿美元）建设年产能达250万吨的大型电炉工厂，预计于2026年投产。据报告介绍，该电炉相较于传统高炉最高可减少75%的二氧化碳排放。通过应用熔融废钢装料工艺，该工厂还有望生产传统电炉工艺难以制造的高端钢材。浦项制铁计划通过此举积极应对欧盟碳边境调节机制，同时确保低碳排放钢铁产品的稳定供应。

针对碳捕集、利用与封存技术

探索三大路径

浦项制铁对CCUS技术的研发分为3个方向，构建了从利用到封存的完整技术矩阵。

一是焦炉二氧化碳注入与转化技术（CO2 Injection and Conversion Technology in Coke Ovens）。该技术指分离并捕获钢铁生产过程中产生的二氧化碳，将其注入焦炉，作为副产煤气发电的热源。自2021年起，浦项制铁一直与韩国工业科学技术研究院合作，共同推进一项公私合营的国家级别研发项目，以示范二氧化碳捕获与转化技术。2024年1月份，浦项制铁进行的一项示范性试验证实，该过程无需高纯度精炼能源，中等纯度的二氧化碳即可有效注入焦炉。其表明，焦炉产生的副产煤气发热量有所增加。焦炉煤气可作为燃料气体、副产氢气以及高附加值化工产品的能源，其发热量的提升直接增强了其实用价值。基于这些成果，此项焦炉二氧化碳注入与转化技术被韩国产业通商资源部评选为“十大研发技术”之一。

二是矿物碳酸化（mineral carbonation）技术。浦项控股未来技术研究所正在研发碳捕集与利用（CCU）技术，可将捕获的二氧化碳矿化，用于陆地封存或作为建筑材料回收利用。2024年7月份，浦项控股被选为由韩国产业通商资源部组织的国家试点项目“利用废弃矿井进行二氧化碳陆地封存”的主要参与单位。该项目旨在使钢厂排放的二氧化碳与钢渣发生反应，从而固定碳元素，并以300吨的规模生产碳酸化渣，随后将其回填至废弃矿井中。基于2023年11月份开始与韩国江原道南部三陟市合作运营的示范工厂，浦项控股计划通过此试点项目，突破韩国碳捕集与封存（CCS）计划中碳封存能力不足这一关键限制，并为该国钢铁行业整体降碳做出贡献。

三是逐步应用碳捕集与封存技术。浦项制铁一直利用商业化的二氧化碳捕获方案，探索最适合焦炉、烧结厂、热风炉及发电厂等多种设施的碳捕获技术。基于这些评估，浦项制铁计划从最高效的设施开始，逐步扩大二氧化碳捕获范围。捕获的二氧化碳经过压缩、液化和净化后，具备运输和封存所需的物理性质。处理后的二氧化碳被注入具有封闭地质结构的咸水层或枯竭的油气田中，实现永久封存。封闭地质结构是指非渗透性岩层覆盖在渗透性沉积层之上，能阻挡气体逸出的地层构造。浦项制铁在印尼和澳大利亚西北部勘探有潜力的二氧化碳封存场所。2024年，浦项制铁参与韩国进出口银行支持国际减排项目可行性研究的计划。通过该计划，该公司在印尼进行了初步碳捕集与封存可行性研究。该公司计划基于研究结果进一步开发碳捕集与封存应用方法，并逐步推广至韩国本土钢厂。

HyREX氢还原炼铁技术是“王牌”

HyREX氢还原炼铁技术作为浦项制铁自主研发的技术，是其推进低碳转型战略的“王牌”技术。

其在报告中介绍，氢还原炼铁是一种通过使用氢气替代传统上用于从铁矿石中去除氧气的还原剂和焦煤，从而减少炼铁过程中温室气体排放的工艺。浦项制铁基于其已实现商业化的FINEX工艺的流化床还原炉技术，正在开发氢还原炼铁技术。与海外钢铁制造商普遍使用的竖炉法不同，浦项制铁所选用的流化床还原炉在原材料和设备技术方面存在显著差异。竖炉需要用加工成均匀球形的高品位直接还原级球团矿作为原料，而流化床还原炉可以直接使用矿山的普通粉矿，无需任何额外加工，这在成本和运营上具有明显优势。

浦项制铁在报告中指出，据不完全统计，全球铁矿石总供应量约达17亿吨，其中直接还原级球团矿仅占约4%。这种有限的供应量难以满足全球钢铁需求。在日益激烈的竞争环境中，浦项制铁采用流化床还原炉法，可直接使用来自矿山的粉矿，无需额外加工，这使得生产成本相对较低，并提高了原料保障度。在设备技术方面，流化床还原炉也比竖炉更容易控制温度。浦项制铁基于流化床还原炉并结合了氢气注入和直接还原铁生产技术的FINEX工艺，被视为氢还原炼铁领域最具竞争力的技术之一。

根据报告所述，浦项制铁计划到2030年实现HyREX氢还原炼铁技术商业化，目前正积极推进示范工厂建设。2021年，浦项制铁批准了135万平方米土地用于建设氢还原炼铁工厂的提议。2022年7月份，浦项制铁与普锐特冶金技术公司签署了工程合作协议，共同设计HyREX氢还原炼铁技术示范工厂的主要设施，并计划建设一座年产能为30万吨的试验设施。该技术已被韩国指定为“国家战略技术”，浦项制铁也正积极通过组建全球研发联盟，加速技术落地。（中国冶金报）