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2022-05-27

無碳鋼鐵?瑞典煉成「綠色鋼鐵」!Volvo推全球首輛綠鋼電動車!綠鋼生產如何幫助實現綠色經濟?

  鋼鐵素有「工業之母」之稱,無論是馬路上的汽車,還是住家中的家電,均是以鋼材製成的工業製品。但鋼鐵業卻是污染最嚴重的產業之一,全球7%碳排放都可歸咎於它。因此,世界各國要達到碳中和的目標,便非要推動鋼鐵業綠色轉型不可,於是造就「綠色鋼鐵」(Green Steel)的誕生。瑞典搶先全球推出綠鋼,被譽為綠色經濟的先驅。究竟這種無碳鋼鐵與普通鋼鐡有何差別?綠鋼生產又如何幫助瑞典實現綠色經濟呢?

 

歐洲鋼鐵業者加快減排腳步

 

  全球暖化帶來的高溫與乾旱,現已對糧食種植造成嚴重威脅。全球暖化現象持續惡化,碳排放量極高的鋼鐵業被指為最大元凶。根據世界鋼鐵協會的資料,每製造1公噸的鋼鐵就會產生1.8億公噸的二氧化碳;2020年鋼鐵業碳排量達到26億公噸,佔去全球碳排量的7%。

 

  國際能源署認為,假如要達成《巴黎協定》(Paris Agreement)的目標,阻止地球溫度升高攝氏1.5度,以鋼鐵為首的重工業,務必在2050年前降低93%的碳排放量。歐盟於2019年頒布《歐洲綠色新政》(European Green Deal),亦要求當地工業與供應鏈必須在2050年達到碳中和。

 

  在《巴黎協定》與《歐洲新政》的兩重壓力下,歐洲鋼鐵業不得不加快減排腳步,當中以瑞典業者跑得最前。2021年8月,瑞典鋼鐵製造商SSAB旗下的HYBRIT(HYdrogen BReakthrough Ironmaking Technology),生產了全球首批無化石燃料參與的綠色鋼鐵,跟著交付給瑞典汽車廠富豪集團(Volvo);同年10月,Volvo利用這些無碳鋼材製造出首輛綠鋼電動貨車,讓瑞典向綠色工業邁進一大步。

 

HYBRIT以氫氣代焦煤煉鋼

 

  目前鋼鐵煉造的主要方法是「高爐冶煉」:把鐵礦石與焦煤(Coking Coal)放進高爐分層混合,跟著向爐內吹入熱空氣,讓焦炭將鐵熔化成液態,並脫碳成為鋼液,過程中會排放很多二氧化碳。

 

傳統煉鋼過程中,將鐵礦石、焦煤放進高爐,再吹入熱空氣,使焦炭將鐵熔化成為鋼液,期間會排放大量二氧化碳。(圖片來源:HYBRIT官網)

 

  HYBRIT的鋼鐵冶煉採用氫氣取代焦煤作為還原劑,氫氣與鐵礦石中的氧氣結合後,不會排放二氧化碳,只會排出水蒸氣;之後水蒸氣又會被凝結成水,回收後再製成氫氣,達至完全零排效果。

 

  其實,HYBRIT是由SSAB、瑞典國有能源公司Vattenfall、以及國營礦產公司LKAB於2016年合資成立。2020年9月,HYBRIT首間完全不用化石燃料煉鋼的試驗工廠正式啟動,結果1年後便成功製造出無碳的綠色鋼鐵。

 

HYBRIT由SSAB、LKAB、Vattenfall共同投資,用氫氣取代焦煤來冶煉鋼鐵,現已成功製造出零碳排放的綠色鋼鐵。(圖片來源:HYBRIT官網)

 

  Vattenfal表示,HYBRIT工廠現仍處於試驗階段,預計2026年將可全面投產,正式向市場供貨,屆時可幫助瑞典降低10%的碳排放量,這相當於整個國家工業總排放量的三分之一。

 

H2GS用綠能造氫供電煉鋼

 

  除HYBRIT以外,瑞典國內還有另一家綠鋼企業H2 Green Steel(H2GS)。這家成立於2020年的初創公司,不但以氫代煤來冶煉鋼鐵,更會用可再生能源發電來產生氫能,然後再以氫能供電給電爐煉鋼,預計每生產1噸鋼鐵僅會排放0.1噸二氧化碳,遠低於傳統煉鋼廠每噸鋼產出的2噸二氧化碳。H2GS綠鋼技術先後吸引了Spotify創辦人埃克(Daniel Ek),以及Mercedes-Benz母公司丹拿集團(Daimler)的投資。

 

  獲取足夠資金後,該公司於2021年底跟西班牙最大能源集團伊比德羅拉(Iberdrola)合作,在歐洲西南角的伊比利半島興建一座由太陽能和風能驅動的氫能源廠,供電給H2GS的綠色鋼鐵廠,讓其具備年產25至50萬噸綠鋼的能力。整個項目的投資額高達23億歐元(約192億港元),預計在4年內完成。

 

參照H2 Green Steel的研究報告,其綠色鋼鐵不是完全零化石燃料冶煉,惟相比傳統煉鋼程序仍可減少達95%的碳排放量。(圖片來源:H2 Green Steel臉書專頁)

H2 Green Steel與伊比德羅拉(Iberdrola)共同投資23億歐元,合作興建一座電解能力為1GW(Gigawatt)的綠氫能源廠。(圖片來源:Iberdrola官網)

 

  盡管H2GS起碼要到2025年始可投產,兼且其綠鋼生產成本也較高,惟卻吸引Mercedes-Benz、BMW等汽車大廠下單,簽訂每年逾150萬噸綠鋼的合約,合約期更長達5至7年。

 

Mercedes-Benz是首家投資H2 Green Steel的汽車大廠,並會在2025年開始採用其綠鋼來生產汽車,終極目標是2039年實現旗下所有汽車製造均為碳中和。(圖片來源:Mercedes-Benz官網)

 

  H2GS首席商務長布拉(Mark Bula)表示,除汽車廠外,他們還收到來自家電、建材、國防、航空工業等領域的客戶訂單,可見市場對綠鋼已有一定需求。該公司的目標是,2030年能夠年產500萬噸綠色鋼材,足以製造300萬輛汽車。

 

Volvo用綠鋼製造電動貨車

 

  汽車業作為鋼材的最大用家之一,當然亦難逃減碳壓力。事實上,汽車廠從汽油車轉型至電動車生產,尚不足以完全解決碳排問題,因為汽車碳排量的最大來源不是內燃機引擎,而是車身鋼材。Volvo採購主管埃諾森(Kerstin Enochsson)指出,鋼鐵佔一輛汽車碳足跡的20%至35%。

 

  因此,當HYBRIT試驗工廠啟動後,Volvo隨即在2021年成為其第一個合作夥伴,取得HYBRIT首批試產的綠鋼,於是集團旗下工程車品牌AB Volvo便嘗試用綠鋼製作一輛原型車——適用於採礦和採石場的電動傾卸貨車(Dump Truck)。廠方之所以選用這款車型來試製原型車,主要因為其7成重量都是來自於鋼材與鑄鐵,有大量可用到綠鋼的部分。

 

Volvo旗下工程車品牌AB Volvo於2021年10月推出全球首輛由綠鋼製成的電動傾卸貨車,車身由逾3,000公斤的綠色鋼材組成,全車重量高達8噸。(圖片來源:Volvo官網)

 

  受制於技術問題,有些幾何形狀的零件(如圓柱軸)無法用綠鋼製成,致使原型車不是以100%的綠鋼製作,但絕大部分的零件,尤其是車輛後半部分的舉斗都是由綠鋼製成。最終廠方使用了逾3,000公斤綠鋼,成功製造出這輛原型車。Volvo擬於2022年內試用綠鋼進行小規模的批量生產,預計在未來10年內將擴大其使用規模。

 

綠色鋼鐵現已被用於富豪汽車部分型號的貨車,包括:Volvo FH、Volvo FM、Volvo FMX等,作為車架縱樑的一部分。(圖片來源:Volvo官網)

 

綠能供電不穩帶來營運挑戰

 

  瑞典鋼鐵業上游的鋼材製造商現正積極煉造綠鋼,下游的汽車業者亦開始試用綠鋼來製造汽車,顯示整個產業鏈已逐步投入綠色轉型,故此敢於定下2045年不用化石燃料煉鋼的宏大目標。難怪歐盟執委會主席范德賴恩(Ursula von der Leyen)稱許瑞典為綠色經濟的先驅。

 

  可是,要真正實現如此宏大目標,鋼鐵業者卻要面對重重困難。查爾摩斯理工大學(Chalmers University of Technology)能源科技教授約翰森(Filip Johnsson)指出,利用氫氣來製造綠鋼,必需耗費大量綠能供電,但太陽能與風力發電卻存有間歇性、不穩定的問題,這為鋼鐵廠要保持穩定運作帶來一定挑戰。

 

  另外,綠色鋼鐵的生產成本較普通鋼鐵高出25%,用綠鋼造車的成本亦會隨之升高。國際諮詢機構麥肯錫(Mckinsy)評估,歐洲民眾平均每年花費200歐元(約1,670港元)在鋼鐵製品上,綠鋼將會讓平均開支大增3成至260歐元(約2,190港元)。

 

碳權交易補貼助降綠鋼成本

 

  幸好,歐盟早在2005年已建立碳排放權交易系統(Emissions Trading Systems),可為綠鋼價格帶來下調空間。若果企業年度碳排放量超過本身的排放配額,就會面臨高額罰款,所以企業會透過碳交易系統,向有剩餘配額的公司購入排放配額。

 

在碳排放權交易系統中,將經核證的減排量做為商品;被納入碳交易體系的公司可按規定獲取排放配額,再依據自身減排狀況,選擇買入或賣出配額。(圖片來源:挪威能源與環境聯盟官網)

 

  譬如電動車龍頭特斯拉(Tesla)於2020年通過出售碳排放額度,淨賺15.8億美元(約123.2億港元),佔年內總收入的5%。因此,綠色鋼鐵廠也可以藉由碳交易來賺取額外收入,補貼綠鋼生產,幫助降低營運成本。

 

  同時,歐盟的「碳邊境調整機制」(Carbon Border Adjustment Mechanism)將於2026年正式啟動,向鋼鐵、鋁、電力、水泥、化肥等高碳排放產業的進口商課徵碳關稅,這亦為歐洲綠鋼業者創造有利的營商環境。

 

  瑞典HYBRIT領先全球造出綠鋼後,刺激了其他歐洲業者急起直追:德國第二大鋼鐵集團薩爾斯吉特(Salzgitter)將於2022年底推出首批綠鋼;歐洲最大鋼鐵廠安賽樂米塔爾(ArcelorMittal)則計畫在2025年開始供應綠鋼。由是觀之,鋼鐵業從高碳排蛻變成零排放的產業,似乎再非遙不可及的事了。

 

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