绿色钢材：“低碳钢”和“零碳钢”

据ArcelorMittal官网最新报道，汽车零部件供应商海斯坦普成为汽车行业第一家从ArcelorMittal Europe – Flat Products购买 XCarb®绿色钢材证书的一级供应商。该证书涵盖的钢材将用于生产汽车零部件，并使海斯坦普能够深化其对业务脱碳的承诺。

“在海斯坦普，我们有一个雄心勃勃的可持续战略，以减少我们活动的碳足迹，”海斯坦普负责采购和资本支出的公司总监Javier Imaz指出：“这将帮助我们的客户通过使用我们的产品来减少自己的范围3排放。”

什么是“范围3排放”？

应用最为广泛的国际排放核算工具温室气体（GHG）核算体系，将温室气体排放分为3类或3个“范围”。

范围1:用于核算企业拥有或控制的排放源产生的直接排放量。

范围2:用于核算企业外购电力、蒸汽、供热或制冷的生产而产生的间接排放量。

范围3:包含企业价值链中产生的所有其他间接排放量。

海斯坦普一直在寻求使工业活动尽可能可持续和环保的方法。公司制定了到 2030 年减少自身运营和供应链排放的明确承诺和目标。这些目标是根据“基于科学目标的倡议 (SBTi) ” 所批准的科学标准制定的。

SBTi 是 CDP（以前称为碳信息披露项目）、联合国全球契约、世界资源研究所 (WRI) 和世界自然基金会 (WWF)联合发布的规范。

当下游用户购买了采用了绿色证书所涵盖的钢材所制造的零部件时，海斯坦普会把XCarb®绿色钢材证书传递给用户。这将使世界领先的汽车制造商能够利用轻量化的钢制零部件，并从ArcelorMittal开展的减排活动中受益。

那么，什么是绿色钢材呢？

1

关于绿色钢材的概念可谓是五花八门、名目繁多，各个钢厂和机构对此都有各自的表述。为此，世界钢铁协会（WSA）发表了关于低碳排放钢的观点文章，对“洁净钢”、“零碳钢”、“净零碳钢”、“低碳钢”等流行名词进行了辨析，并给出了WSA的官方观点。

文章写道：

在许多方面，人类的工业史就是我们人类社会历史的反映。自工业革命以来，钢铁生产一直以煤炭作为能源。但是现在，这种情况正在改变。

像其他行业一样，钢铁行业也在转型，钢铁行业的产品和服务所要面对的将是一个大幅降低二氧化碳和其它温室气体排放的未来。

关于这种转型，相关的术语和定义尚未明确，因此不同的相关利益方对此使用了不同的表述，各种表述方式存在很大差异。有些时候，这些表述方式往往可以互换，但有时，其所指向的东西却截然不同。

关于“绿色钢材”，我们该如何看待这一表达日益多样化的术语的使用呢？对一部分人而言，“绿色钢材”只是一个营销术语，既没有定义，也没有范围。还有另一个极端，一部分人认为，“绿色钢材”是一个需要认证的术语，这个术语需要覆盖可持续发展的全部范畴。

然而，问题还不仅仅是“绿色钢材”。“我”所指的“绿色钢材”，是不是“你”所指的“洁净钢”或“零碳钢”？“净零碳钢”、“零碳钢”以及“低碳钢”之间的分界线究竟在哪里？

为了使我们讨论的这些话题的概念更加清晰，世界钢铁协会正在对一些术语的定义进行标准化。

2

当前，世界钢铁行业以及世界钢铁协会的会员们正在努力开发和启动一个全新的钢铁产品系列，与过去的同类产品相比，该系列产品产生的碳排放将低得多。

相比传统方式，采用先进科学技术和实践经验生产的低碳排放钢（简称低碳钢），其污染物的排放将显著降低。

直到2021年，大部分钢材仍然主要使用化石燃料作为还原剂进行生产，但世界上一些领先的钢铁企业已经在探索新的可能。例如：

•巴西绿色钢铁公司正在使用百分百木炭，生产低碳排放钢铁产品。

•安赛乐米塔尔公司正在比利时根特兴建一处大型设施，将钢厂的废气转化为乙醇，转化后的乙醇用途广泛，可用于生产合成燃料等。2018年，中国首钢集团也开始运营一处类似的商业性设施，第一年就生产出3000万升可用于销售的乙醇。

废气转化为乙醇

•位于阿联酋的酋长国钢铁公司，每年从炼铁工厂产生的二氧化碳富集煤气中捕获80万吨二氧化碳，然后将其注入成熟的油田进行永久封存。

•耶弗拉兹集团设在美国科罗拉多州的洛基山钢铁公司正在从煤炭转向太阳能。它将成为该国规模最大的就地配套的太阳能发电厂，专门为单一客户服务。

•河钢集团，作为中国一家领先的钢铁企业，正在兴建一座120万吨/年产能的氢冶金直接还原铁示范项目。该项目将使用绿氢和蓝氢技术，为钢铁生产工艺探索一条零碳排放路线。

氢冶金直接还原铁

•纽柯钢铁公司在美国密苏里州兴建的小型钢铁厂，是美国首个以风能作为能源的钢铁厂。该厂是纽柯钢铁公司与当地公用事业公司的合作项目，在双方达成电力采购协议后，将为钢铁厂供应电力。

•塔塔钢铁公司正在通过HIsarna项目，开发新式熔融冶炼技术。HIsarna技术可在不使用炼焦炉或烧结设施的情况下生产铁，并且产生的二氧化碳富集煤气完美地适合CCS技术。

HIsarna技术

•蒂森克虏伯公司和日本制铁两家公司已经启动一系列高炉氢利用的测试，目的是大幅降低钢铁生产过程中排放的二氧化碳。

高炉氢利用技术与传统技术对比

3

采用上述新技术生产的钢材，大体上都可视为低碳排放的钢材，尽管随着法规、社会期望以及科技的巨变，今天的“低碳”内涵可能与2050年的“低碳”内涵会有所不同。如何称呼这些采用新一代技术生产出来的钢材，业内和相关机构存在不同的表达方式，如下所述。

目前，世界钢铁协会倾向于使用“低碳钢”（low-carbon steel）这个术语。如同“低碳电”一样，WSA认为，该术语更加方便直观，易于理解，并且含义清晰。

当然，WSA的这个名词，这个跟我们通常概念里的“低碳钢”（碳含量约为0.05–0.30%的钢）是完全不同的两个概念。WSA关注的是钢材生产过程的碳排放，而后者关注的是钢本身的冶金特性。

除此之外，在行业和利益相关方内部，还存在许多其他的表述方式，用于描述采用新一代生产技术生产的钢铁产品。

许多团体也在使用和阐述“绿色钢材”，通常在营销环保性更好的新款产品时使用。它主要指采用突破性技术生产的钢、利用废钢生产的钢、再利用和再制造的钢，以及通过购买碳排放指标或碳汇生产的传统钢。

鉴于“绿色钢材”自身含义的不确定性和多样性，世界钢铁协会将不会采用“绿色钢材”这种表述方式。

要实现真正的“零碳”排放，钢铁生产过程中将不能排放任何二氧化碳。这是一个门槛极高的标准，难以想象在2021年会有某一生产技术能够达到这一标准。

许多技术虽然正在朝着这个方向发展，但“零碳”过于绝对，如果不使用碳汇来抵消残余的碳排放，那么很有可能无法实现。在供应链中，由于使用含碳电极，或者关联工艺中使用天然气，均可能会产生残余的碳排放。

最后，钢最终还需要含有部分碳，这也是钢材与纯铁的区别。虽然这种起核心作用的合金化元素碳可以取自非化石能源，然而碳的存在也足以表明所谓“零碳钢”这一术语的不恰当性。

不过，如果钢材生产时排放到大气中的温室气体与利用碳汇设施从大气中收集的排放物之间能够取得平衡，那么这种钢材就可以被称作“净零碳钢”或“碳中和钢”。

为实现真正意义的碳中和，“净零碳钢”的生产可能需要通过其他部门进行抵偿。如果生产企业认为自己实现了碳中和，那么就要保证自己生产边界的透明、统计方法的透明以及所采用的抵偿办法的高质量和高可信度，这一点至关重要。

少数几家钢铁企业已在开始推广“零化石燃料钢”。所谓“零化石燃料钢”，指钢材生产过程中，既没有使用任何化石燃料（例如煤炭或天然气），也没有使用任何化石燃料的衍生能源。

所有“零化石燃料钢”都是世界钢铁协会此处所指的“低碳钢”，但不是所有“低碳钢”都可以被称为“零化石燃料钢”。

例如，对于采用碳捕获和碳存储技术（CCS）生产的“低碳钢”，它可能仍在使用天然气或煤炭，但没有排放二氧化碳。如果采用生物质能，则要确保生物质能是负责任的采购。

“洁净钢”是钢铁行业使用的一个术语，指含有较低水平杂质、氧化物、掺杂物的钢材，或者含有较低或超低水平金属溶解碳的钢材。这个词已经普遍使用，世界钢铁协会曾在2004年《洁净钢生产工艺技术》中使用，并且含义特定。因此，在气候变化背景下，世界钢铁协会没有使用“洁净钢”一词。

此外，“零碳钢”也是一个难以处理的术语，无论如何，不含碳的钢就是纯铁，为达到特定工程用途对钢属性的要求，钢中的碳含量要精确控制。此外，即使是氢还原铁也需要添加碳，这样才能通过精炼工艺，把铁变成钢。

4

在气候变化对话中，往往会谈到社会对脱碳的需求。世界钢铁协会一般不会使用“脱碳”一词来表示钢铁生产本身，因为只有钢材生产过程中排放的温室气体（二氧化碳）需要消除，并不是钢材生产工艺本身不允许排放温室气体（二氧化碳）。

当前，许多有前途的突破性技术还要使用碳作为化学还原剂，但要防止有害的温室气体被排入大气。所以，虽然钢铁行业的排放物将最终脱碳，但炼铁、炼钢工艺本身可能不会脱碳。

有别于传统的高炉、直接还原铁或电炉技术，突破性技术以完全不同的方式生产低碳排放的钢材。目前正在开发的突破性技术包括：氢还原技术、CCS应用技术、铁矿石电解技术、碳捕获与封存技术（CCS）以及其他新的炼铁还原工艺等。

特别需要提及的是氢。氢是一种关键的媒介物质，可以显著降低钢铁行业的温室气体排放，世界钢铁协会许多会员企业都在探索该技术方案。根据氢的来源，氢往往被赋予某种颜色。

当世界钢铁协会提及低碳氢时，具体是指：

•绿氢：使用可再生电力通过水电解过程产生的氢。之所以称为绿色，是因为在生产过程中没有二氧化碳排放。水电解过程是利用电将水分解成氢气和氧气的过程。

•黄氢：使用化石燃料电力通过水电解过程产生的氢。

•蓝氢：综合使用蒸汽甲烷转化技术和CCS（碳捕获及封存）技术，利用天然气制成的氢。

•绿松石氢：通过甲烷热解来提取氢。目前还在实验阶段，该过程以固体形式去除CO2。

•紫氢：利用核能和热结合化学热电解，分解水制成的氢。

•粉红色氢：通过使用核电站的电力电解水产生的氢。

•红氢：是使用核能热作为能源，通过高温催化分解水产生的氢。

•白氢：天然存在的氢。

以下为不属于低碳氢：

•灰氢：由化石燃料生产，通常使用蒸汽甲烷重整 (SMR) 方法。由于该工艺不使用CCS技术，在此过程中，会产生CO2并最终释放到大气中。

•黑氢或棕氢：由煤制成。黑色和棕色是指烟煤（黑色）和褐煤（棕色）煤的类型。煤的气化是一种用于生产氢气的方法。然而，这是一个污染严重的过程，CO2和CO作为副产品产生并释放到大气中。

5

能效升级项目

WSA会员企业的钢产量占全球总产量的80%，一直致力于寻求提高能效及产品设计的方法，在突破性技术得以开发之前，通过中短期工艺提效可以有效帮助应对气候变化。

最近，WSA理事会启动一项名为能效升级的全行业新举措。这一涵盖原料、能源投入、收得率和维护的多步骤流程，可用于支持提高工厂运行效率，使其达到与钢铁行业表现最佳企业相当的水平。

WSA制定了一个清晰的四阶段效率评估流程，供所有钢厂采用。该计划于2019年在5家钢厂进行测试，然后在2020年至2025年期间更广泛地推广。

能耗升级分四步走流程：

1.优化原料质量与使用：铁矿石与炼焦煤的品位对于能源强度和二氧化碳排放具有直接影响。

通过从源头选矿和选煤、改用低碳或含氢燃料以及增加碱性氧气转炉的废钢利用率等措施，将有效显著提高生产效率。

2.提高能源效率，减少废弃物：提高能源效率是确保资源效率的一个关键组成部分。

这里列举几个经过测试和证明有效的改进措施：从固体和气体流中回收热量或能源，焦煤干熄焦，热电联产机组，节电措施（旨在自给自足）等。

3.提高收得率：收得率的提高将使钢铁生产过程中的产量增加，并降低能源强度和原料的使用量。

4.提高工艺可靠性：加强钢厂的设备维护，确保了设备运行可靠性，可减少质量和工艺时间损失，从而降低每吨钢材的能耗。

该项目旨在提高世界钢铁协会会员企业厂区的运营效率，从而进一步降低CO2的排放。但是，“能效升级”项目只是一个过渡性计划，并不能为钢铁行业提供应对气候变化挑战的解决方案。