实现气候中立的钢铁生产技术现已具备--完全可以在现有和未来的工厂中实施。如何实施，实施什么，何时实施，以及在何处实施，决定因素有太多。作为冶金行业的知名企业西马克集团在这方面进行了探索和实践，来看看西马克集团在钢铁行业的三个脱碳案例。

通过在新建或现有钢铁厂引入创新的综合工艺解决方案，以及为使用非化石能源（如氢气、生物质或绿色电力）建立额外的基础设施，所有这三种主要的脱碳路线都有可能实现气候中和。碳捕获可以进一步应用于实现气候中和的“最后一公里”。

现有钢厂案例：蓝色高炉升级改造

目前联合型的高炉-转炉（BF-BOF）路线是铁钢生产的主要配置。尽管由于使用大量的铁矿石（大部分是低铁含量）和有限的废钢，导致5其二氧化碳排放量很高，但高炉技术仍然是钢铁生产过程中的一个重要组成部分。迅速减少温室气体排放需要逐步转换现有工厂和基础设施。于是西马克集团开发了蓝色高炉技术，作为通往绿色钢铁生产未来道路上的桥梁。

蓝色高炉的决定性特征和实现EASyMelt（一种电气化的直接还原和熔化工艺）的第一个主要步骤是生产合成气，并通过高炉下部炉腰部的一个新鼓风口注入合成气，以实现高达28％的减排量。合成气主要由一氧化碳和氢气组成，作为一种还原性气体来替代焦炭。

合成气可以通过各种技术生产。一种是新的重整工艺，即所谓的在重整炉中对焦炉煤气进行干法重整。在此过程中，高炉煤气和焦炉煤气在高温下进行重整。由于该工艺只使用钢铁厂的废气，并且可以替代煤炭，因此减少二氧化碳的潜力很大。除了重整炉外，还有其他可用的技术来生产合成气，如天然气或焦炉气和焦油的重整。

在ROGESA的试点工厂：保尔沃特冶金技术公司在德国的迪林根ROGESA钢铁公司成功运行了一个试点工厂，用于测试焦炉煤气与高炉煤气的干法重整工艺。这是干法重整技术和合成气生产发展的一个重要里程碑。该工艺涉及使用高温无催化剂的重整工艺生产合成气。最初几个月的运行证明了该工艺的可行性，其出色的转化率高达98％。保尔沃特的干法重整工艺生产的合成气具有极佳的成分和温度，可在BF工艺中作为还原气通用，大大超过了传统催化重整工艺生产的合成气质量。还原气的质量和高温不仅允许在炉腰层面，也可在风口层面利用。

基于但领先于蓝色高炉的减排潜力，西马克集团正在开发EASyMelt。这种电辅助合成气冶炼炉将作为直接还原路线的替代品，并作为填补铁矿石供应和绿色钢铁需求之间的缺口。

EASyMelt仅需使用少量的焦炭，用焦炉煤气、天然气、氢气和氨气等气体完全取代传统的热风炉。根据输入的能量，与传统的BF-BOF路线相比，该技术可以实现60％以上的减排。剩余的直接排放可以通过应用碳捕获、或通过使用生物质或沼气作为原料来减少。以现有的工厂为基础，EASyMelt技术比其他低碳炼铁技术的投资都要低。

现有钢厂案例：直接还原到开式熔炉

在对现有钢厂进行脱碳的竞赛中，另一个领先的候选方案是将成熟的利用竖炉的MIDREX®直接还原工艺和开放式电炉（OBF）相结合，以替代现有高炉。这个案例的第一个运用将安装在蒂森克虏伯钢铁公司。

该技术结合了两个关键过程：在竖炉中直接还原铁矿石产生海绵铁，然后转化为高质量的钢。最初可以使用天然气运行直接还原厂（DRP），之后逐渐引入更多的氢气。

DRP-OBF路线同时适用于现有和新建钢厂项目。在现有的钢铁厂，这种组合取代了BF及其相关的烧结、热风和焦化设施。DRP和OBF的理想组合是在设计一开始就将两者就近安装。这可以使DRI热装到OBF，利用显热来降低吨钢能耗。

与传统的BF-BOF路线相比，基于天然气的直接还原与OBF的组合已经减少了约50％的二氧化碳排放。这些排放的减少是由于天然气中较高的氢气含量而实现的。在第二步中，天然气可以逐渐被作为还原气体的氢气所取代，这可以使二氧化碳进一步减少到约65％。

这项技术的主要好处之一是，它减少了对焦煤的需求，而焦煤是传统钢铁生产工艺的关键原料。采用直接还原配合OBF和BOF转炉的直接还原技术具有高度灵活性和适应性。如今的直接还原竖炉需要球团或高品位块矿。之后的OBF可以很理想的实现热装DRI，大大减少电能消耗。另外，OBF也接受任何预还原的铁矿石原料，包括热压块铁（HBI）、冷DRI球团，甚至DRI细粉。由于其还原性，OBF对低品味矿不敏感，解决了电弧炉处理低品位铁矿石的低效问题，并使未来以低品位矿石为原料的氢基绿色钢铁更加可行。除了热装到OBF的DRI外，OBF的入炉原料最多可有10％是结块的废料或流通废钢。这使得钢铁厂可以通过将现有造块中产生的废料加入炉中来降低成本。OBF还能产生类似于BF炉渣，可以在水泥工业中进行造粒和稳定。

新建钢厂案例：直接还原铁装入电弧炉

在一个新建钢厂项目中，如果能以有竞争力的价格获得足够数量的绿色氢气，直接还原和电炉炼钢的组合是最好的解决方案。

要运行任何直接还原技术并保持竞争力，充足的天然气或绿色电力是必要的。这就是为什么在中东、北非、北美和俄罗斯等地都建立了天然气直接还原工厂的原因。预还原的高品位铁矿石颗粒在MIDREX®竖炉中被还原，随后DRI热送入电弧炉。再之后电弧炉将其熔化并生产钢水。不需要任何中间步骤，而且取决于所使用的MIDREX®技术--只需要轻微的渗碳来降低钢中的氮。

从天然气转向可再生氢气，这条路线最接近碳中和。由低碳至氢气零碳DRI的切换可以在竖炉的下锥体，也叫冷却区进行。废钢可以按照下游对污染物和品质要求的上限添加到电炉。这条路线对新建钢厂项目特别有意义，尤其是新建的炼钢厂。

位于瑞典博登的H2绿色钢铁公司项目是这项技术的一个优秀范例，标志着欧洲钢铁行业向气候中立化转型的一个重要里程碑。该项目旨在证明使用100％的氢气作为原料气体生产高质量DRI的可行性。作为世界上第一个几乎碳中和的钢厂，H2绿色钢铁公司有可能引领一个更可持续的炼钢工业。

（内容来源于西马克集团、世界金属导报）