从黑色冶金到绿色冶金

一、从黑色冶金到绿色冶金

钢铁本身并非黑色的，冶炼钢铁的工艺倒是不无“黑”色。迄今为止，主流的炼铁技术是煤基的，是煤为钢铁抹了黑。钢铁冶炼用碳作为铁矿石的还原剂，自然会产生大量的二氧化碳。

（一）碳排放压力

钢铁冶炼需要消耗大量黑色能源。炼钢越多，耗能越多，排放也就越多。在这个意义上，排放权的确就是钢铁的“生存发展”权。

世界钢铁业吨钢平均排放二氧化碳水平若以1.9吨计，2010年的二氧化碳排放量应为26.8亿吨，约占全球二氧化碳排放总量的7%。中国钢铁业的二氧化碳排放量占中国排放总量的比重则在16%以上。中国人均钢铁的产量已达到500千克的水平，大体相当于每人每年排放1吨二氧化碳。中国之外的世界人均产钢量只有150千克左右，相当于人均排放二氧化碳300千克。近年，印度的钢铁生产迅速增长，粗钢产量从2000年的2700万吨增至2010年的6700万吨。但印度的人均产钢量仍然很低，只有55千克左右。试想，如果印度的人均钢铁消费量达到中国的水平，世界钢产量又要增加3成以上，相应二氧化碳的排放量又要大增。

出于对温室气候引致全球气候变化的忌惮，国际社会的碳排放压力与日俱增。碳关税的提出即为一例。

碳关税（carbon tariff）系欧盟原创。征税法案最初由时任法国总统希拉克提出，意在针对那些未严格控制温室气体排放的国家出口到欧盟27个成员国的货物征收碳排放税（根据欧洲的排放许可价格，以及这些产品在欧盟以外生产时所排放温室气体的数量来确定）。支持者认为，该法案将保证欧洲的公司与其他国家的企业处在同一起跑线，共同面对即将实施的碳排放惩罚措施。

欧盟致力的单边减排目标是在2020年之前将温室气体排放削减到1990年排放水平的80%。电力企业的排放定额指标将在现有基础上削减50%，其他企业将削减10%。欧盟拟从2013年开始，实施排放贸易计划。届时，欧洲公司将面对严格的排放惩罚。用完排放配额的公司必须购买排放许可指标（排放配额指标还将继续削减，但拍卖的比例将从目前的10%提高到60%）。

征收碳排放关税容易导致贸易保护主义。欧盟因内部意见不一而暂缓行动：法国为主张征税派的核心，英国为反对陷入贸易保护主义泥潭的代表。忽然，美国扛起了大旗。时任美国能源部长朱棣文声称：如果其他国家没有实施温室气体强制减排措施，美国将征收碳关税，这将有助于公平竞争。美国的策略从消极转为积极，这就是：我减排，大家都得减排。欧盟欲避“贸易保护”之嫌，美国则“我是老大我怕谁”。

如果碳关税真的实施，中国首当其冲。中国的外贸出口量大，高能耗出口商品居多，受“碳关税”的打击将十分惨重。碳减排的压力与日俱增，中国钢铁企业的碳责任尤为重大。

（二）绿色工艺

钢铁冶炼的工艺要“绿”化。中国钢铁企业正致力于开发“新一代钢铁制造流程”，集钢铁制造、能源转换、消纳社会大宗废弃物三种功能于一体。此前，中国钢铁企业主要侧重于单项的工艺改进，如喷煤、连铸、棒线材连轧、节能、高炉长寿和转炉溅渣护炉等技术。今后，中国钢铁业界将在系统和流程上寻求突破性进展，努力集成创新。

当前，钢铁冶金比较现实的绿色工艺路线是走循环经济的路径。总体而言，一是要将钢铁生产过程中约60%的附带产物即渣料处理好，充分回收利用。钢铁工艺产生的渣料可以用于水泥生产，以减少其生产过程中二氧化碳的排放量。钢渣还可在筑路时用来铺底，有时还可用作肥料。目前渣料的利用率已经达到97%。二是将大约40%的二次能量，包括高炉煤气、转炉煤气、余热、余压等充分回收。三是充分回收利用废钢。国际钢铁协会估计，基于目前的工艺技术及废钢的供应增加，到2050年，全球电炉钢的产量比重将从目前的35%上升至43%，加上其他方面的改进，废钢回收量的提高将减少2亿吨的二氧化碳排放。建筑物和汽车的生命周期分别为40～70年和7～15年，废钢回收率均可从85%提高到90%；机械的生命周期为10～20年，废钢回收率可从90%提高到95%；电气和家用电器4～10年，废钢回收率可从50%提高到65%。2007年，全球废钢回收率加权平均值为83%，预期2050年可提升至90%。

面向未来，钢铁工业仍需要突破性的技术解决二氧化碳的排放问题。与碳收集和封存（CCS）设施相结合的煤基炼铁技术是可能性最大的备选方案。如炉顶煤气回收、以熔池冶炼为基础的融熔还原、只有一个二氧化碳排放源的新型直接还原等技术，均可与碳收集和封存相结合。CCS需要技术性的解决方案。二氧化碳气体需要净化并通过管道传输至安全的封存地点，如枯竭的气田、旧煤矿或地下咸水层。碳收集和封存需要政府予以政策和法规的支持。

更远期的方案基于氢气还原和电解技术。这些技术需将现有的钢铁生产模式全部推倒重建，其特点均为高耗电。倘若电力是清洁、无碳或低碳的，如水电和核电，则该新技术可显著地减排二氧化碳。就时下中国电力主要源于煤炭的现状，这些高耗电技术对于减排二氧化碳是毫无意义的。

电解工艺广泛用于生产钢铁以外的其他金属。如果采用碱性电解铁矿石工艺炼钢，电耗可能极高。熔融电解法的工作原理是让电流通过含有铁氧化物的熔融态矿渣，铁氧化物分解为液态铁和氧气，电解过程不会生成二氧化碳。氢气闪速熔炼在1300℃以上的高温下迅速将铁从铁矿石中还原出来。熔炼过程不排放二氧化碳，但生产氢气需要消耗大量电力。

（三）绿色产品

钢铁产品用途广泛，不可或缺。新世纪的钢铁人肩负着不断改进钢铁产品性能、减少能耗、降低二氧化碳排放量的历史重任。

要提高钢铁产品的生态性价比，首先就要提高钢材产品的性能，使之能轻身登场，“减量化”使用。用高强度、高等级的钢筋取代低等级的传统产品，无疑将可观地减少钢筋的用量。少用钢材可直接节能减排，多用钢材亦可间接节能减排。实际上，后者就是扩大钢铁产品的绿色用途。例如，用钢结构取代混凝土结构，在建筑物的生命周期内据信可减排20%的温室气体。采用钢结构还有很多好处：可预先在场外组装，减少运输量，将来可完全回收再利用等。

钢铁产品在更多场合是间接地发挥绿色效应。先进高强钢（AHSS）取代传统钢材用于汽车车身，通常可减少25%的车身重量，相应减少9%的汽车总重量。减重后的汽车可节省5.1%的燃油，减少5.7%的温室气体等污染物的排放。采用生命周期评价法（LCA），车辆上每使用1千克的先进高强钢，在其整个正常使用年限内将减排8千克二氧化碳当量。假如全世界新生产的车辆都用AHSS来装备，每年二氧化碳的减排量估计将达到1.6亿吨。

高强钢可用于构建桥梁和轨道系统。高性能钢铁可大幅增加桥梁的跨度，桥梁所需的维护更少，使用寿命更长。在其生命周期中，使用高性能钢取代传统钢材可减排40%之多。高速铁路所用钢轨单根可长达120米，可极大地增加运行的平稳性、快捷性和舒适性。高铁的车程在3至4小时内，备受乘客青睐。高铁系统减小时空距离，提高运输效率，节能减排效果显著。就短途而言，用铁路取代航空旅行，可将每人每千米的温室气体排放量减少90%。

用风代替煤发电可减少80%的碳排放量。风机的用钢量（不计底座）高达85%，用高强钢做风机叶片系统，有利于更有效地获取更多的风能，同时可减少钢铁用量。晚近10年，风塔的高度已减少了一半。

中国钢铁企业要在开发绿色产品和产品的绿色用途上狠下工夫。基于产品的开发和管理有三种境界：一是品质，二是品种，三是品牌。产品的高性能体现在品质优，品种特。品种适销对路，有差异化优势、有绿色效应；品质上乘，性能优良，深受市场欢迎。在此基础上，才有可能打造品牌，形成高价值。