鋼鐵是現代生活中不可或缺的材料，對交通運輸、建筑和能源等眾多行業都至關重要。零碳鋼具有與傳統剛才相同的所有功能，但不能凈化溫室氣體 (GHG) 排放。
由于鋼鐵行業的復雜性，不存在單一的全球脫碳技術路徑；然而，結合能源效率投資、電氣化、碳捕獲與封存（CCS）和低排放的煉鋼技術為該行業的脫碳目標提供了途徑。為了加速創新、降低成本和減少溫室氣體的排放，各國政府需要實施聯邦和私營部門的創新政策以及支持性的監管和貿易政策。
鋼鐵行業對實現全球能源系統、建筑業、制造業和運輸業的廣泛脫碳至關重要。鋼鐵生產本身也是導致全球二氧化碳 (CO 2 ) 排放量增加的原因。生產每噸鋼鐵平均產生 1.9 噸CO 2排放量，而鋼鐵行業CO 2排放量占全球的 7% 至 9%，如果將全球鋼鐵行業比作一個國家，其CO 2排放量將位居世界第三。
鋼鐵需求預計將上升，部分原因是風力渦輪機、太陽能電池陣列、電動汽車和其他清潔能源解決方案的需求增加。目前全球鋼鐵需求量為 19.85 億噸，其中中國占據了將近 55%，其次是印度、日本和美國。在過去的 50 年里，產量增加了兩倍。國際能源署（IEA）預測，到 2050 年，全球鋼鐵需求將增長三分之一以上。鋼鐵行業將需要全球凈零德 解決方案來滿足這一需求的增長，同時減少排放。
1.高爐-轉爐法 (BF-BOF) 煉鋼是一種使用大量能源將原鐵礦石與碳源（主要是煤或天然氣）、石灰石和少量廢鋼一起轉化為通用鋼的過程能量。鐵在高溫高爐中熔煉，石灰石被送入高爐去除雜質。然后將熔化的鐵或生鐵與廢鋼一起放入轉爐，用氧氣噴射以進一步去除雜質。
2.電弧爐 (EAF) 使用電流和添加的合金熔化廢鋼，可以將液態鋼澆鑄成二次形狀并形成最終的鋼產品。
3.直接還原鐵 (DRI) 可以替代EAF中的液態鋼，它是通過使用還原氣體還原鐵礦石。還原氣體——稱為“合成氣”，是氫氣 (H 2 ) 和一氧化碳 (CO) 的混合物，通常由天然氣或煤制成，但可以用低碳氫代替。
目前存在于實驗室的技術可能為進一步脫碳提供了途徑，最有希望實現完全脫碳的途徑是使用低碳氫作為還原劑。該途徑結合了已經商業化的DRI工藝（使用低碳氫而不是天然氣）和EAF工藝。
另一個潛在的技術途徑是碳捕獲、利用和封存 (CCUS) 技術，可以將其改造到現有或新的BF-BOF和DRI工廠。CCUS的工作原理是捕獲煙囪中的CO 2氣體，將其封存并長期儲存或再利用。其結果是一種低碳排放的鋼鐵產品。?
目前已經在實驗室規模上測試了幾種途徑，包括高溫固體氧化物電解制氫技術和低溫水系電解質技術，這兩種方法都涉及使用電解法從礦石中提取鐵。
圖：低碳鋼生產的途徑（來源：美國信息技術與創新基金會）
鋼鐵本質上是一種碳基產品，因此想要實現完全去除碳的目標，要么成本極低，要么技術上不可行，具體取決于技術途徑。即使工業能夠有效地實施上述的脫碳途徑，也可能會有殘余排放，需要抵消或碳負排放技術，如直接空氣捕獲、生態系統保護或其他生態方法。
大多數降低鋼鐵行業碳排放的途徑尚未在商業上得到廣泛應用。位于瑞典呂勒奧的突破性氫能煉鐵技術 (HYBRIT) 工廠是瑞典鋼鐵生產商SSAB、瑞典鐵礦石生產商LKAB和瑞典電力生產商Vattenfall的合資企業，是第一個使用DRI-H2的大型示范工廠。其他幾家全球鋼鐵公司也宣布了試點的DRI-H2 設備的計劃，總產能約為2000萬噸，承諾資本至少為 500 億美元。唯一一家全面運行的CCS-DRI鋼廠是位于阿布扎比的Al Reyadah工廠，每年能夠從天然氣中捕獲 800,000 噸 CO 2 。隨后，捕獲的 CO 2將被用于附近的提高采收率的氣田。? 新興的生鐵直接電解途徑已廣泛應用于全球多個研發項目。Siderwin是一個由歐盟資助的項目，目前正在研究一種低溫水溶液，預計十年內有望實現商業化。如果成功，該技術有可能大幅減少煉鋼生產的大約 95% 或更多的總排放量。
美國的進展
美國鋼鐵行業生產的碳密集程度已經低于其他競爭對手，因為生產途徑的不同，美國的碳排放量比全球平均水平低 75% 至 320%。美國采取了多項措施，投資于低碳排放的鋼鐵生產途徑，并刺激私營部門對新技術的吸收和投資。《2022 年通貨膨脹削減法案》（IRA）包括用于先進工業設施部署方案的 58 億美元，該計劃為創新的工業碳減排技術提供資金，特別是在鋼鐵等難以減排的行業。IRA 和《基礎設施投資和就業法案》為CCS和低碳氫等相關技術提供了進一步的激勵措施。
美國開始在鋼鐵行業實施更具變革性的脫碳技術。美國能源部 （DOE）化石能源和碳管理辦公室宣布為克利夫蘭克利夫斯提供150萬美元的撥款，用于BF-BOF 煉鋼工藝的CCS系統。波士頓金屬公司（Boston metals）開發了一種鐵水電解平臺，用可再生電力替代煉鋼過程中使用的化石燃料，并計劃在十年內擴大其早期技術的規模。
文章來源:知領
