日本东京工业大学将开始新的炼铁技术“碳循环炼铁”的验证实验。使用一氧化碳替代煤炭，回收产生的二氧化碳并重新作为一氧化碳使用。为了实现钢铁脱碳，氢气的使用备受关注，但仍面临很多课题。继高炉、电炉、氢气之后的“第4种技术” 能否成为新选择？

 

       回收二氧化碳重新作为还原剂使用

 

       在东京工业大学的东京大冈山校区内的“零碳能源研究所”一角，正在建设高达数米的实验设备。这是碳循环炼铁的正式实验设备，计划于2023年度上半年投入使用。

 

日本国内企业的钢铁厂

 

       碳循环炼铁不使用煤炭和氢作为从铁矿石提炼铁的还原剂，而是使用一氧化碳。把这个过程中排放的二氧化碳电解成氧气和一氧化碳，再将提取的一氧化碳重新作为还原剂使用。运用东工大推进开发的特殊装置来进行电解。使用的电力也不用化石燃料，因此可以大幅削减二氧化碳排放量。

 

       在实验室层面已确认基础反应没有问题。将从2023年开始实施包括实际炼铁在内的验证实验。同时还会推进与企业合作。据东工大教授小林能直介绍，同样的炼铁方法达到实证水平，从全世界来看也属于首次。

 

 

       日本制铁、JFE钢铁及神户制钢所主要使用高炉法，以煤炭作为还原剂，因此会大量产生二氧化碳。在来自能源的二氧化碳排放量当中，钢铁占到整个产业界的4成。钢材还有着用于很多产业的产品特性，炼铁脱碳对整个日本推进脱碳都至关重要。

 

       氢气炼铁和煤炭一样产生发热反应

 

       在减排技术中，用氢气直接还原炼铁作为中长期的核心技术而受到期待。通过用可再生能源制备的“绿氢”还原铁矿石时，这一阶段不产生二氧化碳。实际上，欧洲等地已有部分企业开展实用化。

 

       不过，氢气炼铁还存在很多课题。最大的缺点是会产生吸热反应。用煤炭还原属于发热反应，因此会连续发生还原，但使用氢气时还需要另外加热炉子。从炉子中产生的铁跟高炉不同，是固体状态，为了进行加工，还需要熔化工序。加热炉子和熔化铁使用的能源和设备将推高成本。

 

       还有一个问题是，在可再生能源成本高的日本，不确定能否以实用价格水平稳定采购绿氢。

 

 

       碳循环炼铁能克服氢炼铁面临的这些课题。用一氧化碳还原跟使用煤炭一样产生发热反应，因此容易保持炉内的高温。由于重新利用二氧化碳，因此也不用担心还原剂的采购。

 

       需要改善生产效率

 

       碳循环炼铁存在的课题是生产效率。与高炉相比，生产效率有可能降低，东工大将通过验证实验来确认可以改善到什么程度。东工大认为二氧化碳的电解装置也需要提高性能。与氢炼铁等相比，制造成本也不确定。

 

       JFE钢铁以相似的理念推进技术开发。JFE钢铁将这项技术叫做“碳循环高炉”，分离并回收高炉产生的二氧化碳。使其与氢发生反应制造甲烷，也就是实现“甲烷化”。把制成的甲烷重新用作高炉的还原剂。

 

       目的之一是充分利用品质及生产效率高等高炉的优势。另一方面，东工大的技术有可能比JFE的碳循环高炉减小设备尺寸。

 

       围绕钢铁脱碳，日本与海外企业的技术开发竞争越来越激烈。中国政府瞄准中长期的商用化，投入了巨额资金。设立500亿元的基金，在宝武钢铁集团的主导下开始研究。在欧洲，瑞典H2 Green Steel及瑞典SSAB正在加快开发面向氢炼铁商用化的技术。

 

       日本炼铁行业过去一直将高品质作为竞争力来源。今后如何减少二氧化碳排放量也将受到考验。正因为难以预测什么技术才是钢铁脱碳的真正王牌，所以需要产业界和学术界合作关注多种方法。

 

       日本经济新闻（中文版：日经中文网）落合修平

 

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