PRISM:钢铁废料是否成为新的黄金? 钢铁废料是否成为新趋势黄金? 亚瑟·D·利特尔 作者 阿诺德·儒戎、马丁·拉霍纳、吉里·斯蒂芬、玛尔塔·佩雷斯 钢铁生产占7%1 全球二氧化碳(CO2)排放量,强调减少的紧迫性 其碳足迹以实现碳中和 目标。监管机构正在加强他们的努力;例如,欧洲旨在削减 二氧化碳在钢铁生产中的排放量几乎到2030年,将达到25%。 钢铁是全球经济不可或缺的组成部分,在建筑、汽车和工业机械行业扮演着至关重要的角色。它对绿色技术,如风力涡轮机、电动汽车和先进制造工艺也至关重要。尽管存在波动,钢需求预计将上升,因此实现钢铁的脱碳对于实现更绿色经济至关重要。 两种关键技术为钢铁生产带来更可持续的未来:直接还原铁(DRI)用于原生钢铁生产,以及电弧炉(EAFs)用于二次生产,这些电弧炉可以再利用废钢 。部署这些绿色钢铁技术至关重要,以 钢铁是全球经济的基石,在建筑、汽车和工业机械等行业中扮演着至关重要的角色。 降低排放并取代传统的、燃煤的鼓风炉 。 然而,成功建设和运营DRI和EAF炼钢厂需要大量投资、供应具有竞争力的绿色能源以及——主要杠杆 对于电弧炉(EAF)——获取足够的废钢。2022年,在1885万吨粗钢产量中,有1340万吨是通过高炉生产的(每吨液态金属约产生两吨二氧化碳),这些应被熔融还原铁(DRI)和电弧炉所取代。在同一时期,电弧炉的产量为538万吨。这将推动废钢市场大规模的需求增长。稀缺性可能推高价格,尤其是由制造工艺产生的清洁废钢价格。 1.根据IRENA的报告(《迈向循环型钢铁工业》,2023年7月),钢铁生产占全球二氧化碳排放的大约7%。 65 PRISM:钢铁废料是否成为新的黄金? 为了确保他们的未来并满足这种重要材料的需求,钢铁制造商必须转型以创造更多循环经济,以确保并有效利用废料。他们需要从挖掘地下获取材料转变为挖掘回收资源。这需要与回收商和整个生态系统中那些将废料作为其活动副产品的制造商,如汽车制造商,进行更紧密的合作,以收集足够的废料来为他们的新工厂提供动力 。 这些变化促使钢铁制造商在全球范围内寻找废钢,从非洲、中国、拉丁美洲 、欧洲和北美洲获取这种新的“黄金”。这种扩张需要新的战略和运营模式。 如何钢铁生产商应对绿色转型,以及对其他行业在实现经济更加可持续和循环时有哪些启示? 应对全球钢铁脱碳的紧迫需求 监管压力 传统钢铁生产方法涉及使用炼焦煤作为燃料的鼓风炉,不可避免地产生大量二氧化碳。大约85%的钢铁生产由化石燃料供电 传统的钢铁生产方法涉及使用焦煤作为燃料的炼铁高炉,不可避免地会产生大量二氧化碳。 在2022年,根据世界经济论坛 。2尽管正在进行减少或捕获排放的努力,例如通过碳捕获和储存(CCS),但由于经济、技术和其他因素的影响,大规模部署仍然有限。 基础设施挑战。许多项目仍处于概念验证阶段,例如阿塞洛米塔尔在比利时的Steelanol项目,该项目的目标是捕捉钢铁生产中的二氧化碳并通过生物过程将其转化为乙醇。 同时,监管的时钟正在滴答作响。钢铁生产的年度排放量占欧盟总二氧化碳排放量的5%。这导致欧盟监管机构将目标定为从2021年的191亿吨减少到2030年的150亿吨。个别公司也设定了自己的目标;例如,美国钢铁公司计划到2030年将温室气体排放强度降低20%,并在2050年实现净零排放。监管变革是由一系列目标、碳税(包括欧盟的碳边境调节机制[CBAM],旨在确保进口材料如钢铁的可持续生产)以及国家/国际补贴转向更清洁的技术(如DRI和EAF)的组合所推动的。 客户压力 主要客户也在日益要求低碳钢铁,这是由他们自身的可持续性目标所驱动的。例如,领先的美国汽车制造商,如福特和通用汽车,已经加入了“先行者联盟”,这是一个致力于实现供应链脱碳的全球组织,包括钢铁行业。 技术革新的重要性 共同,这些监管和客户压力正在推动钢铁行业进行变革的需求,这体现在从排放密集的鼓风炉转向依赖以下三个要素的清洁技术: 1.绿色能源 2.氢 2.充足的废料供应 DRI和EAF 直接还原炉(DRI)用气体或氢气代替传统在铁矿石还原过程中使用的焦炭,以直接生产(液态)铁。然后,以至少50%的废钢比例,将这种混合物加入电弧炉(EAF)中。该混合物被熔化,形成液态钢。之后,液态钢被浇铸并轧制成钢卷或钢板。 排放量显著减少,特别是在使用绿色原料(如绿色氢气)替代焦煤,且在EAF (电弧炉)内使用的电力来自可再生能源的情况下。然而,如果没有获得便宜 、脱碳的能源来驱动这些流程,生产液态金属的成本将会上升。 展示这种绿色钢铁的潜力,钢铁生产商SSAB、铁矿石采矿公司LKAB和能源公司Vattenfall合作创建了HYBRIT(氢突破炼铁技术),这是一种无化石燃料的炼铁和炼钢技术。2021年6月,这三家公司展示了世界上第一种氢还原海绵铁,随后被用于生产提供给沃尔沃的钢材。SSAB的批量生产计划于2026年开始。 钢铁生产的挑战 五大挑战面临钢铁行业,在从传统高炉过渡到更清洁的DRI-EAF炼钢生产过程中:技术成熟度、不断增长的资本支出/运营支出投资、确保绿色能源、确保足够的废钢,以及需要新的技能/能力。 PRISM:钢铁废料是否成为新的黄金? 1.技术成熟度 电弧炉(EAF)技术已经完全成熟,并且在全球钢铁生产量中占据了相当大的比例 。目前,该技术正在扩展以生产新的钢材类型。然而,它需要结合废钢和来自直接还原铁(DRI)工厂的初级钢,以替代高炉的输入。但是,DRI技术目前处于发展阶段,许多现有设施依赖天然气而非绿色燃料如氢气。尽管已经宣布了对DRI(仅在欧洲就有超过100亿欧元)的大量投资,但尚未建设出消耗氢气的2.5MtDRI设施 。因此,将绿色DRI试点规模扩大到成熟设施对于减少排放和确保钢铁业的绿色未来至关重要。 2.增长的资本支出和运营支出投资 在成熟市场中,许多以前的投资都集中在工艺改进或增加产能/质量上。因此,基于预期的市场需求,业务案例的计算相对简单。然而,保障绿色钢铁项目的投资要复杂得多,因为这需要关于二氧化碳价格、能源成本和计划中的法规/碳税的假设 。根据欧洲钢铁协会的数据,要达到欧盟2030年的目标,生产者需要投资约850亿欧元——其中310亿欧元为资本支出(CAPEX),540亿欧元为运营支出(OPEX )——目前已有150至170亿欧元的投资已被宣布。这导致了对全球范围内新建工厂的巨大依赖,包括: ––6.5亿欧元从法国划拨至阿塞洛米塔尔 –德国政府向蒂森克虏伯提供20亿欧元。 -英国政府向塔塔钢铁公司提供5亿英镑的资金支持 ––美国能源部向钢厂克利夫兰克利夫斯和SSAB各提供5亿美元用于绿色钢铁厂建设 确保绿色能源 生产商必须为DRI和EAF设施获取连续的绿色能源供应。因此,用DRI-EAF取代高炉意味着在当前市场条件下,能源将占据运行成本中更高的比例。以具有竞争力的价格确保这些能源供应对成功至关重要: ––绿色和蓝色氢气用于直接还原铁(DRI):竞争正在增长,以争夺(目前有限的)绿色和蓝色氢供应,分别需要可再生能源和碳捕获技术进行生产。为了使DRI成本具有竞争力,氢气价格的显著降低是必要的。 ––绿色电能为电弧炉(EAF)使用:鉴于持续供电需求以驱动电弧炉,水力发电和核能是最合适的选择,而不是间歇性的太阳能或风能。然而,此类资源的可用性在不同国家和地区差异很大,这又推高了成本,并使靠近这些能源来源的生产商获得优势。 近期宣布的欧洲直接还原铁(DRI)和电弧炉(EAF)项目预计每年需要60吉瓦时(GWh)的绿色能源,这包括直接供应的绿色电力以及通过电解生产氢气所需的绿色能源。 投资也正在进行于新站点,这些站点受益于可获取可再生能源和绿色氢能。VulcanGreenSteel(VGS)已在阿曼杜库姆开始建设一个绿色钢铁综合体。当2027年开始生产时,它将使用100%的可再生风能和太阳能,并在绿色氢能可用时融入绿色氢能。 确保足够的废料供应 废钢对于电弧炉(EAFs)至关重要,在其中,它与DRI液态铁一起熔化。它主要来源于三个主要来源(见图1): 1.内部“清洁”钢厂废料这是传统上由生产商消费的 2.清洁废料从下游玩家处获得的信息,这些玩家将钢材转化为产品(例如,建筑和汽车)。例如,目前汽车行业中有30-50%的钢材被浪费。 3.“不道德”的拆除废弃物资来自寿命终止(EOL)的商品,例如建筑物、汽车和家用电器 119 0 14 40 40 26 105 26 14 50 9-14 41 2022 欧洲,2022&2030,以百万公吨为单位 2030 内部 清洁/新 总计产品 出口 总计消费者 内部 清洁/总计 新产品 短缺清洁的 废弃 总计消费者 9-22 总计产品 出口总计 消费者 总计产品 出口总计 消费者 65 63 85 126 113 总计 14 79 来源:ArthurD.Little,Eurofer 图1:废料市场供应与需求平衡 PRISM:钢铁废料是否成为新的黄金? 废钢回收和利用率在电弧炉(EAF)渗透率较高的地区已经很高,例如土耳其(占生产量的86%)、美国(79%)和欧盟(43%)。随着电弧炉产能的增长,这些数字预计将增加,而电弧炉产能目前占全球粗钢生产量的14%(2022年粗钢产量为5380万吨)。 废旧物资的经济优势 如图2所示,与氢或天然气驱动的DRI等替代方案相比,使用废钢是钢铁生产中一种高度竞争、高效的选项。 以处理废钢的指数成本100为基准,氢基直接还原铁(DRI)的成本范围在130至164欧元之间;对于天然气基DRI,成本范围在93至158欧元之间,具体取决于当前和目标价格情景。这些数据表明,利用废钢具有经济可行性,尤其是考虑到预期的环境法规的加强将进一步提高二氧化碳的成本。 估计 欧洲联盟,2023年,占废旧E3的百分比 氢干燥 天然气焦化 二氧化碳成本 二氧化碳成本 成本 成本 9 9 板坯连铸 NG@58NG@39NG@30 欧元/兆瓦时欧元/兆瓦时欧元/兆瓦时 模型化模型化目标 NG@120 欧元/千克 当前 H2@4.3H2@3.7H2@3.1H2@1.5 欧元/千克欧元/千克欧元/千克欧元/千克 模型化模型化模型化目标 H2@5 欧元/千克 当前 废弃E3 2023年2月 158 100 100 9 212 93 113 9 100 100 废弃 130 141 152 164 来源:亚瑟·D·利特尔 图2:废料与替代DRI工艺的成本比较 全球对废料的需求增长 对清洁、全新的废料需求最高。ArthurD.Little(ADL)的模型显示,到2030年欧洲将出现每年900万吨的短缺,这很可能会推高价格。这意味着确保和改善“脏”拆除废料对于以成本效益的方式填补缺口至关重要。这意味着废料全球竞争正在增加,推动全球政府和企业采取行动: ––欧洲:预计到2030年将有约50个低碳钢铁项目投入使用,仅在欧洲就需要超过1400万吨废钢,并极大地增加对供应的竞争。例如, 为确保废料供应,阿塞洛米塔尔公司最近在波兰、德国和荷兰购买了废金属回收业务。由于欧洲玩家目前消耗该地区生产的绝大部分清洁废料,他们需要进一步寻找额外的供应。与此同时,欧洲议会批准了一份可能对废钢出口造成限制的报告。 ––美国:美国企业正在进行现代化改革,计划了许多新的DRIs(直接还原铁)投资项目,并正在进行并购活动以保障废旧物资的供应。例如,SimsMetal以1.77亿美元收购了巴尔的摩废旧金属公司,以更好地应对绿色钢铁对废钢的需求,新增了600万吨的产能。 ––中国:中国目前正在构建其废钢供应链,并在废钢使用方面实现快速增长,从2016年的9000万吨增长到2020年的22000万吨。预计到2030年将增至约40000万吨,这一增长由不断增加的绿色钢铁生产投资驱动。尽管由于电弧炉(EAF)渗透率低(生产量不足15%)