COP28的挑戰
綠色鋼鐵全球暖化下的減碳趨勢

文/張雅淩(澳洲昆士蘭大學環境管理碩士)圖/達志影像 (2024/1/20)

 二○二三年,微軟創辦人比爾‧蓋茲出席第二十八屆聯合國氣候峰會(COP28),提到各國應重視「綠色鋼鐵」的發展。這是什麼概念呢?讓我們一探究竟。

鋼鐵產業碳排放高

 許多製造業需要鋼鐵,例如建築、汽車、飛機、造船、機械、鐵路等,鋼鐵產業已成為全球碳排極高的產業。

 鋼的原料是天然鐵礦,而鐵礦非純鐵,是鐵的氧化物(氧化鐵),須透過化學反應將氧移除,才能獲得真正可以使用的鐵。傳統的「高爐煉鋼」方法是使用焦炭(或粉煤)作為還原劑,在燃燒焦炭時與氧化鐵反應,產生鐵與二氧化碳,這過程稱為「熔煉」,過程中會大量排出二氧化碳,這時的鐵帶有許多雜質,包括氮、矽、磷、硫等,稱為「生鐵」。

 由於氮、矽、磷、硫這些元素與鐵結合會讓鐵容易脆化,因此須透過「吹氧」將雜質氧化,形成爐渣排出,這過程也會產生許多二氧化碳。接著,鐵會被加入其他金屬及碳,透過高溫製成堅韌的鋼材。

傳統鋼鐵製造過程為熔煉、鑄造、加工,熔煉過程會產生大量二氧化碳。

減碳三種發展策略

 既然傳統的鋼鐵產業會產生大量二氧化碳,於是衍生「綠色鋼鐵」這個概念,有三種發展策略:

 碳捕捉技術:捕捉製鐵過程產生的二氧化碳。碳捕捉技術包括物理吸收、物理吸附、低溫冷凝、薄膜分離與化學吸收等。然而煉鋼排放的廢氣不只有二氧化碳,還有一氧化碳、二氧化硫、硫化氫等,因此仍須持續研發,捕捉效率才能更好。

 鋼鐵回收:廢棄鋼鐵可回收,目前回收率已達百分之九十五。透過電弧爐發電產生高溫熔解,氧化精煉除去雜質後,再加入其他金屬,重新製成鋼材。此外,電弧爐的電源如果改採太陽能或風能,也可減少燃燒化石燃料。

 綠氫煉鋼:用氫取代焦炭(還原劑),與氧化鐵反應生成鐵與水,過程不會產生二氧化碳。稱為「直接還原鐵」技術。

綠氫煉鋼最佳解方

 「氫能煉鋼」的成本是傳統煉鋼的兩倍,因為透過電解水產生氫的成本很貴。但隨著技術越進步,使用越普及,歐盟推估未來綠氫的價格會越來越便宜。此外,電解水所需的能源也可使用太陽能與風能,減少對化石燃料的依賴。

 已有許多國家逐步提升使用電弧爐的比例,以減少耗能。綠氫煉鋼也採用電弧爐,氧化鐵被氫還原後會形成充滿雜質的海綿鐵(直接還原鐵)。再透過廢鋼鐵氧化,除去雜質,取代傳統用高爐吹氧除雜質的方式。所有過程不會產生二氧化碳。

 瑞典的鋼鐵公司已成功透過綠氫煉鋼技術生產「綠色鋼鐵」,提供給汽車製造業使用。未來如果克服綠氫高成本的問題,將有機會使這項技術普及發展,有效降低鋼鐵製造過程的碳排放。

氫能、太陽能與風能都是綠色能源。

氫氣的顏色定義

 透過電解水生成氫氣不會產生二氧化碳,所取得的氫稱為「綠氫」,成本較高。

 目前普遍產生氫氣的方法是透過分解天然氣,取得的氫稱為「灰氫」,成本較低,過程中會產生二氧化碳;但如果在過程中加入碳捕捉技術,所取得的氫稱為「藍氫」。