3月13日，在第十五屆中日鋼鐵業環保節能專家交流會上，日本制鐵執行顧問、日本氫煉鐵財團產業聯盟（GREINS項目）技術顧問村上英樹在做題為《日本鋼鐵工業碳中和轉型的技術挑戰》的報告時表示，當前日本鋼鐵業正通過氫冶金等技術革新推動行業轉型，由日本新能源與工業技術發展組織（NEDO）資助的COURSE50項目和GREINS（煉鋼綠色創新）項目，正逐步發展成為這場轉型的動力引擎。
他介紹，以2022年數據為例，日本作為全球第五大二氧化碳排放國，二氧化碳排放量全球占比約3%，日本鋼鐵行業的二氧化碳排放量又占其排放總量的14%。碳中和目標下，日本鋼鐵行業積極開發氫還原煉鐵技術，以助力實現日本全社會的碳減排目標。
村上英樹介紹，在此背景下，COURSE50項目于2008年啟動，旨在開發可以在高爐應用的氫還原技術。2017年，該項目在試驗高爐首次證實采用相應氫還原技術可使高爐冶煉過程中產生的二氧化碳量減少10%以上。基于COURSE50項目積累的技術經驗，2021年，GREINS項目正式啟動。這可以說是鋼鐵制造工藝中的一個氫能利用項目，還是一個多軌道技術開發項目，涉及高爐工藝、直接還原工藝、電弧爐工藝，并于去年加入了電熔煉爐工藝。該項目的組織者為由日本制鐵、JFE鋼鐵公司、神戶制鋼所、金屬材料研究開發中心(JRCM)組成的日本氫煉鐵財團產業聯盟，與包括北海道大學、日本中央電力研究所、早稻田大學等在內的14個研究單位展開聯合研究。
“雖然利用天然氣直接還原鐵這一生產工藝已很普遍，但仍需要高品位鐵礦石。鑒于用作直接還原鐵的高品位鐵礦石資源有限，對低品位鐵礦石的高效使用在未來鋼鐵工業發展歷程中依舊極為關鍵。目前通過電弧爐生產高端鋼材也面臨著能源有限等困難。在亞洲，高爐—轉爐路線占據主導地位。開發可以應用于高爐的碳減排技術是很有必要的。”他表示。
“在GREINS項目中，日本制鐵致力于高爐—轉爐聯合煉鐵工藝和直接還原—電弧爐及電熔煉爐工藝的開發。”村上英樹介紹，GREINS項目的主要研發內容包括兩大方面：高爐氫還原技術的開發和用于還原低品位鐵礦石的氫直接還原技術的開發。前者包括利用鋼廠內部氫氣的氫還原技術開發（COURSE50高爐直接利用氫氣），以及利用鋼廠外部氫氣和高爐煤氣中二氧化碳的低碳技術的開發（涉及Super COURSE50高爐直接利用氫氣和碳回收高爐間接利用氫氣）；后者包括氫直接還原技術的開發（涉及氫直接噴吹豎爐直接利用氫氣、碳回收豎爐間接利用氫氣），以及生產高端鋼材的電弧爐、生產鐵水的電熔煉爐的開發。
圍繞高爐氫還原技術的開發，COURSE50和Super COURSE50是重點。
村上英樹介紹，COURSE50項目涉及二氧化碳捕集和減排兩部分。一是通過捕集高爐煤氣中的二氧化碳，減少20%的二氧化碳排放量；二是用高爐內的氫氣部分替代焦炭，減少10%的二氧化碳排放量。2020年，該項目進行了室溫條件下氫氣噴吹試驗，在12立方米的COURSE50試驗高爐實現了二氧化碳減排16%。接下來，日本制鐵將在君津廠2號高爐引進富氫氣體噴吹設備，預計于2026財年開始大型實際高爐噴吹試驗。同時，日本制鐵還將在日本制鐵東日本制鐵所君津地區的COURSE50試驗高爐，即Super COURSE50試驗高爐，通過在比COURSE50高爐試驗溫度高的條件下，最大化地噴吹來自外部的氫氣，配合CCS（碳捕獲與封存）或CCUS（碳捕集、利用與封存），實現碳中和。此外，JFE鋼鐵公司東日本制鐵所（千葉工廠）正在建造一座150立方米的碳回收高爐，并將于2025年開始試驗。在配有碳回收系統的高爐中，高爐煤氣中的二氧化碳通過與外部氫氣發生甲烷化反應轉化為CH4（甲烷）；部分還原劑由焦炭改質而來，碳回收的甲烷作為還原劑反復利用，減少了高爐二氧化碳的排放量。
圍繞用于還原低品位鐵礦石的氫直接還原技術的開發，日本制鐵將開發氫直接還原爐、電弧爐和電熔煉爐，使用低品位鐵礦石生產高端鋼材。
村上英樹介紹，針對直接利用氫氣的氫直接還原技術，研究表明，與普通高爐相比，利用氫氣直接還原低品位鐵礦石的技術到2030年可以實現二氧化碳減排50%或更多；針對間接利用氫氣的碳回收直接還原技術，日本制鐵將還原爐煤氣中的二氧化碳通過與氫氣反應轉化為甲烷，生成的甲烷氣體被用作還原劑；針對用于生產高端鋼材的電弧爐，相關研究已驗證大型電弧爐工藝（處理量約300噸規模）利用氫直接還原技術還原低品位鐵礦石中的鐵，到2030年其提純技術可達到高爐工藝（磷含量為150百萬分比濃度或更低，氮含量為40百萬分比濃度或更低）同等水平；針對用于生產鐵水的電熔煉爐，已驗證利用低品位鐵礦石可實現高效生產且可與高爐工藝媲美的雜質控制技術。日本制鐵旗下工程技術株式會社計劃建造一座試驗電熔煉爐，并于2026年試驗。
村上英樹坦言，全面實現低碳排放煉鋼依舊面臨很多挑戰，包括巨大的研發投入，能夠穩定供應的、成本合理的綠氫和綠電，高昂的CCS和CCUS技術成本，同時還需確保國際競爭中的平等地位。
“要實現碳中和目標，就有必要增強日本全社會承擔低碳煉鋼的成本共識，并加強配套基礎設施建設投資，確保有能力為本土鋼鐵企業穩定供應綠電和綠氫。更值得一提的是，低碳排放鋼要合理制訂價格，確保日本的低碳產品與其他國家的處于平等地位，保持競爭力。”他最后表示。
