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采用ENERGIRON專利技術(shù)實(shí)現(xiàn)直接還原。
以氫氣為還原劑的直接還原鐵生產(chǎn)是一種技術(shù)成熟的“綠色”煉鋼解決方案，其具有優(yōu)化電力成本的潛力。鋼鐵在我們的生活中無處不在，是現(xiàn)代社會(huì)可持續(xù)發(fā)展的核心。鋼鐵行業(yè)是全球循環(huán)經(jīng)濟(jì)不可或缺的一環(huán)，因此也是實(shí)現(xiàn)成功交付和維護(hù)可持續(xù)未來的一部分。鋼鐵是真正的“綠色”材料，可無限循環(huán)利用，其副產(chǎn)品和余能也是寶貴的資源。然而，如今鋼鐵行業(yè)的二氧化碳排放量占全球的7%，在過去十年中，每生產(chǎn)一噸鋼，就會(huì)排放1.83噸二氧化碳。世界要想可持續(xù)發(fā)展，就需要大量的鋼鐵。由于發(fā)達(dá)經(jīng)濟(jì)體對鋼鐵的需求如此之大，而世界上約四分之三的地區(qū)仍處于發(fā)展階段，因此需求預(yù)測表明，到2050年，鋼鐵年消費(fèi)量將在26億噸左右。盡管有回收或再利用現(xiàn)有庫存，但仍必須解決對環(huán)境的影響（圖1）。
現(xiàn)有技術(shù)為設(shè)備提供了非常高的能源效率，因此為了與《巴黎協(xié)定》的目標(biāo)保持一致，即全球平均氣溫較前工業(yè)化時(shí)期上升幅度控制在兩攝氏度以內(nèi)，并朝著減少二氧化碳排放的方向邁進(jìn)一步，在初級煉鋼中需要徹底改變生產(chǎn)模式。歐盟委員會(huì)的發(fā)展藍(lán)圖要求到2050年，歐洲工業(yè)的二氧化碳排放量要比1990年減少80%至95%，目前歐洲的二氧化碳排放量稅率為25歐元/噸，未來幾年將會(huì)穩(wěn)步增長，這將影響所有設(shè)備的整體運(yùn)營成本和競爭力。其中一種可行性減排方案，理論上可以在2010年至2050年間使每噸鋼的排放量減少60%，這取決于利用爐頂氣回收技術(shù)對現(xiàn)有高爐進(jìn)行改造的效果，并在歐洲全面部署碳捕獲和儲(chǔ)存（CCS）。然而，這項(xiàng)技術(shù)在工業(yè)規(guī)模中的可行性尚未被驗(yàn)證。此外，到目前為止，CCS在歐洲的經(jīng)濟(jì)可行性和普遍適用性似乎存在問題。由于越來越多的成員國抵制CCS，并且也缺乏相關(guān)商業(yè)案例，該技術(shù)在可預(yù)見的未來內(nèi)能否被整個(gè)歐洲所接納尚未可知。盡管如此，目前也還有一種成熟且經(jīng)過工業(yè)驗(yàn)證的解決方案可以將初級冶煉生產(chǎn)中的二氧化碳排放量即刻減少50%：基于氣體的直接還原。達(dá)涅利正在積極推動(dòng)從傳統(tǒng)高爐（BF）-氧氣頂吹轉(zhuǎn)爐（BOF）向更靈活、更環(huán)保的直接還原（DR）-電弧爐（EAF）轉(zhuǎn)變，并向市場推出由特諾恩和達(dá)涅利共同開發(fā)的Energiron專利技術(shù)。由于其先進(jìn)的設(shè)計(jì)，Energiron將是唯一的一種能夠使每種補(bǔ)給氣體均保持標(biāo)準(zhǔn)工藝配置的技術(shù)，從而可確保操作人員完成多功能操作。事實(shí)上，Energiron的設(shè)計(jì)不僅可使用天然氣，還可使用氣體還原劑，如焦?fàn)t煤氣（COG）、高爐煤氣、氫氣或由煤氣化或外部轉(zhuǎn)化爐產(chǎn)生的合成氣。因此，Energiron是從BF/BOF轉(zhuǎn)向DRP/EAF（圖3）的完美過渡技術(shù)。例如，在第一步時(shí)可使用COG或NG作為還原氣體，并在高爐中使用產(chǎn)生的DRI。這樣就可以在保持現(xiàn)有BF/BOF設(shè)備的所有下游配置的同時(shí)減少二氧化碳排放。第二步，可以安裝一個(gè)電弧爐并考慮向其連續(xù)輸送（超過600℃的）高溫直接還原鐵，節(jié)約150千瓦時(shí)/噸的直接還原鐵，從而最大限度地提高效率并減少排放。最后也就是在第三步中，可以通過拆除BF/BOF并增加DRP/EAF設(shè)備的容量來完成整個(gè)過渡。這可能只是一種過渡情況，其中可使用Energiron專利技術(shù)（圖2）。
Energiron工藝方案最初是為了使用氫氣而設(shè)計(jì)的，這是朝著綠色和循環(huán)經(jīng)濟(jì)邁出的一步。因此，它非常適合以可持續(xù)的方式生產(chǎn)鋼材。使用氫氣是減少溫室氣體排放的最終答案，因?yàn)檠趸F還原的唯一副產(chǎn)品是水：Fe2O3 + 3H2—> 2Fe + 3H2O！氫氣將消除鋼鐵生產(chǎn)過程中的碳足跡，從而直接避免了碳的排放（CDA）。（見圖3）
很明顯，生產(chǎn)無碳?xì)錃獾奈ㄒ环椒ㄊ且运娊鉃榛A(chǔ)，利用可再生能源提供所需的電力。（見圖4）對于無碳?xì)淠馨l(fā)電，有不同的可用電解槽技術(shù)，如質(zhì)子交換膜（PEM）；對于常壓堿性電解槽（AAE），其設(shè)備已用于生產(chǎn)高純度氫氣，功耗在3.8至4.6 kW/Nm3之間；對于高溫電解槽（HTE），其規(guī)模目前較小，需使用蒸汽，相關(guān)功耗約為3.6 kW/Nm3。根據(jù)替代燃料的可用性，較大的PEM和AAE模塊目前在氫氣的4000 Nm3范圍內(nèi)，這足以運(yùn)行一個(gè)DRI約為40000-50000t/a的DR模塊。對于較大的DR設(shè)備規(guī)模，將按比例復(fù)制可用模塊。在歐洲，以氫氣為目標(biāo)的項(xiàng)目開始出現(xiàn)：總的來說，歐洲正引領(lǐng)著集中使用氫氣煉鋼的潮流。以此為目標(biāo)的項(xiàng)目包括：蒂森克虜伯鋼鐵公司（ThyssenKrupp Steel）的Carbon2Chem?項(xiàng)目旨在利用鋼鐵廠排放的二氧化碳和可再生能源的余能進(jìn)行化學(xué)生產(chǎn)，目前正轉(zhuǎn)向CDA方法。 奧鋼聯(lián)、西門子和Verbund正在林茨為H2 Future項(xiàng)目建一個(gè)“綠色H2”試點(diǎn)工廠。 SSAB、LKAB和Vattenfall共同投資了HYBRIT項(xiàng)目，旨在使用氫進(jìn)行鋼鐵生產(chǎn)。 Energiron正在提供設(shè)備和技術(shù)支持。 薩爾茨吉特公司對高碳DRI進(jìn)行了SALCOS研究，將其作為（終將取代高爐/氧氣頂吹轉(zhuǎn)爐的）高爐和電弧爐的原料，并實(shí)施了GrInHy項(xiàng)目，通過利用可再生能源的可逆高溫電解槽產(chǎn)生氫氣。 薩爾茨吉特公司選擇將Energiron作為綠色鋼鐵轉(zhuǎn)型的最佳可用技術(shù)（BAT）。 在荷蘭，也有一些重要的項(xiàng)目為當(dāng)?shù)氐囊苯鸸I(yè)提供氫氣。
在運(yùn)營成本方面，水電解制氫意味著直接與電網(wǎng)成本掛鉤。就4.5 kWh/Nm3左右的氫氣而言，基于Energiron ZR技術(shù)的DRI能耗約為2.5 MWh/t。由于綠色氫氣將由可再生能源生產(chǎn)，因此需要對其電力成本進(jìn)行分析。問題的關(guān)鍵是，氫能發(fā)電能耗較高，導(dǎo)致能源成本也很高。例如，目前在德國，可再生能源的發(fā)電成本已降至0.05歐元/千瓦以下，這就意味著直接還原鐵生產(chǎn)所需的天然氣成本約為13歐元/GJ，仍然很高。但是與補(bǔ)水、電解模塊資本支出、氫氣儲(chǔ)存和運(yùn)輸（如適用）和二氧化碳排放目標(biāo)相關(guān)的成本以及相應(yīng)的信貸，也應(yīng)計(jì)入成本等式。據(jù)國際可再生能源機(jī)構(gòu)（IRENA）稱，可再生能源發(fā)電的成本很快將普遍低于化石燃料發(fā)電。到2020年，目前所有投入商業(yè)使用的發(fā)電技術(shù)都將歸入化石燃料燃燒的成本范圍內(nèi)，其中大部分都處于較低水平，甚至?xí)陀诨剂稀?/section>2016年和2017年，迪拜、墨西哥、秘魯、智利、阿布扎比和沙特阿拉伯的太陽能光伏（PV）能源拍賣價(jià)格創(chuàng)歷史新低。這表明只要條件合適，就有可能實(shí)現(xiàn)0.03美元/千瓦時(shí)的均化發(fā)電成本（LCOE）。據(jù)IRENA稱，新建陸上風(fēng)電場的加權(quán)平均電力成本可低至0.03美元/千瓦時(shí)。為了在基于綠色H2的直接還原鐵生產(chǎn)方案中贏得競爭力，根據(jù)當(dāng)前的電解槽效率，在無二氧化碳排放量的情況下，可再生能源的電力應(yīng)為<0.02美元/千瓦時(shí)。資本支出也必須大幅削減。在未來幾年內(nèi)即有望實(shí)現(xiàn)（表1）。
因此，很容易理解在使用還原性氣體補(bǔ)給方面具有最高能效和靈活性的設(shè)備是多么重要。通過使用100%的氫氣，Energiron工廠可以達(dá)到低至2.0 Gcal/tDRI的消耗值，這一非凡的結(jié)果使其成為未來的技術(shù)。
即使在當(dāng)前這樣充滿挑戰(zhàn)的金融時(shí)代，也需要對新技術(shù)進(jìn)行重大投資。盡管大幅降低鋼鐵生產(chǎn)碳足跡的技術(shù)已經(jīng)成熟，但要想與《巴黎協(xié)定》規(guī)定的規(guī)模和速度相適應(yīng)，就必須依靠大量的長期投資以及行業(yè)和機(jī)構(gòu)之間的合作。由于約30%的鋼鐵貿(mào)易為國際貿(mào)易，因此相關(guān)政策還必須營造一個(gè)公平的競爭環(huán)境，以確保一個(gè)地區(qū)的鋼鐵企業(yè)在與其它地區(qū)的鋼鐵企業(yè)的競爭中不會(huì)處于劣勢。同時(shí)，對于低碳足跡、綠色鋼鐵生產(chǎn)，目前有一個(gè)在技術(shù)上行之有效的解決方案：使用高達(dá)100%氫氣的Energiron ZR工藝。高效電解槽中（由可再生能源提供動(dòng)力）的“綠色”氫氣是一種無碳煉鋼方式，但前提是要保證未來電力成本和投資的最優(yōu)化。
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