2025年11月7日

 

• 德國航空航天中心（DLR）利用各種情境分析，研究如何減少全球鋼鐵生產過程中的溫室氣體排放。
• 它考慮了以下技術方案：碳捕獲與封存（ CCS）、氫能利用和電力製鐵。
• 研究結果表明，透過碳捕獲與封存技術減少燃煤電廠的排放不足以從長遠角度實現氣候目標。
• 另一方面，以氫能為基礎、採用綠色電力的電氣化技術是關鍵技術。
• 重點領域：能源、氫能、鋼鐵生產

 

德國航空航天中心（DLR）進行了一項研究，探討全球鋼鐵業如何大幅減少二氧化碳排放。這對於應對全球暖化至關重要，因為鋼鐵生產約佔全球溫室氣體排放量的9%。在這項研究中，DLR網路能源系統研究所的研究人員分析了多種情景，以確定引入新技術將如何影響全球鋼鐵生產的溫室氣體排放。分析的核心技術有三項：碳捕獲與封存（ CCS ）、氫能利用、電力驅動的鋼鐵生產 。

「研究表明，亟需採取全面而深遠的措施，並輔以國際層面的政治框架。唯有如此，才能在確保德國乃至歐洲競爭力的同時，充分推進鋼鐵行業的脫碳進程。此外，快速大規模地擴大可再生能源發電規模也是一項根本前提，」德國航空航天中心（DLR）能源與交通執行委員會成員梅克·吉普教授總結道。 「同時，由於歐盟排放交易體系的存在，二氧化碳排放成本未來將逐步上升，從而推高現有生產流程的成本。因此，現在就必須激勵新技術的發展並加以推廣應用。”

 

分離和儲存二氧化碳是不夠的。

鋼鐵是在高爐中生產的。其主要能源是焦炭，一種特殊的煤。因此，鋼鐵生產的二氧化碳排放量很高：每生產一噸鋼會產生1.6至2.2噸二氧化碳。對現有高爐進行改造，採用二氧化碳捕集與封存技術，可顯著降低排放。 「我們的分析表明，這些技術可以在短期內減少排放，因為碳捕集與封存技術能夠對現有的現代化工廠進行改造。然而，碳捕集與封存技術的長期減排潛力不足，」德國航空航天中心（DLR）研究員卡琳娜·哈普雷希特總結道。她和能源系統分析部門的同事撰寫了這項DLR研究。 「生產過程的電氣化是顯著減少排放的關鍵策略，」哈普雷希特解釋。

利用永續生產的「綠色」氫氣生產鐵被認為具有廣闊的技術前景。氫氣可以取代含碳焦炭，因此在鐵生產過程中幾乎不產生二氧化碳排放。另一個尚處於早期階段的替代方案是直接用電電解鐵礦石原料，也稱為「電解精煉」。這種方法的優點在於可以直接利用電力。如果先用電力透過水電解制氫，則能源效率較低，因此鋼鐵生產的 二氧化碳排放量可能會更高。

 

情境分析顯示：氣候目標對鋼鐵業構成重大挑戰。

2020年，全球鋼鐵業粗鋼年產量已達約16億噸。到2060年，全球鋼鐵年產量可能超過26億噸。有鑑於此趨勢，到2060年，全球溫室氣體年排放量最多只能減少67%（從2020年的34億噸二氧化碳當量/年降至2060年的12億噸）。剩餘排放主要來自碳捕獲與封存（CCS）技術，這些技術在成本優化方案中將佔據主導地位，但其長期減排潛力不足。

「這意味著任何方案都無法實現目標——即，將全球鋼鐵業的二氧化碳排放量控制在本研究設定的預算範圍內，從而將全球氣溫升幅限制在1.5攝氏度以內，」德國航空航天中心（DLR）專家卡琳娜·哈普雷希特解釋道。 「鋼鐵業也表明，未來十年對於氣候保護至關重要，而留給我們進一步開發和應用新技術的時間已經非常有限。鋼鐵業的高額投資以及現有高爐仍較長的使用壽命，再加上碳捕獲與封存（CCS）技術的潛在應用，都構成了巨大的挑戰。」

將初級鋼鐵生產轉向可持續生產的氫氣，預計2060年可使鋼鐵業的溫室氣體累計排放量減少15%。然而，即便如此，仍不足以滿足該情境框架下1.5攝氏度溫控目標的二氧化碳排放預算。因此，鋼鐵業需要更快、更徹底地實現脫碳和減排，其減排幅度應超越當前全球情境預測值。實現這一目標的一個有效途徑是減少初級鋼鐵產量，同時更加重視鋼鐵回收。

 

低碳鋼鐵業需要大量的再生電力。

無論是氫能還是電解精煉——這些減少鋼鐵生產排放的技術替代方案都會大幅增加對再生能源電力的需求：根據德國航空航天中心 (DLR) 對德國鋼鐵業的一項研究，到 2050 年，德國鋼鐵業的電力需求可能會比現在高出 15 倍。

 

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聚焦鋼鐵生產（示意圖）

鋼鐵是在高爐中生產的。其主要能源是焦炭，一種特殊的煤。因此，鋼鐵生產的二氧化碳排放量很高：每生產一噸鋼會產生1.6至2.2噸二氧化碳。