中國報告大廳網訊，隨著全球對碳中和目標的推進，鋼鐵行業作為碳排放的重要來源之一，正面臨著前所未有的挑戰與機遇。2025年，鋼鐵行業的發展趨勢將更加聚焦於綠色低碳轉型，其中碳捕集、利用與封存技術(CCUS)成為關鍵。根據相關數據，2023年全球能源利用和工業過程產生的二氧化碳排放量達到374億噸，其中鋼鐵行業約占全球工業碳排放的7%~9%。我國作為全球最大的鋼鐵生產國，鋼鐵行業在全國碳排放總量中占有重要地位。因此，推廣低碳和零碳技術對於鋼鐵行業實現碳中和具有重要意義。
《2025-2030年全球及中國鋼鐵行業市場現狀調研及發展前景分析報告》指出，鋼鐵行業是全球碳排放的主要貢獻者之一，傳統的鋼鐵生產工藝可分為長流程工藝和短流程工藝，二者在生產路徑、原材料使用、能耗和碳排放上有顯著區別。長流程工藝是以鐵礦石和焦炭為主要原料，通過高爐和轉爐完成鋼鐵生產的傳統方法，每噸粗鋼排放1.8~2.2噸二氧化碳。短流程工藝是以廢鋼為主要原料，通過電弧爐熔煉廢鋼生產鋼材的工藝，每噸粗鋼排放約0.3~0.8噸二氧化碳，具體碳排放量取決於電力來源。截至2024年，我國鋼鐵生產以長流程工藝為主，約90%的粗鋼通過長流程工藝生產，約10%通過短流程工藝生產。在全球範圍內，長流程約占70%，短流程約占30%。隨著碳中和目標的推進，我國鋼鐵行業應大力推進廢鋼回收體系建設，鼓勵電弧爐工藝在資源豐富、環境要求高的地區發展，同時引入低碳技術降低碳排放，配套CCUS技術，提高綠色生產能力。
(一)鋼鐵行業溶液吸收法
溶液吸收法是一種通過液體溶劑與氣體中的二氧化碳發生物理或化學反應，從而實現氣體分離和捕集的技術。按吸收原理分為物理吸收法、化學吸收法以及物理-化學混合溶液吸收法等。物理吸收法利用二氧化碳在低溫、高壓條件下於溶劑中具有較高溶解度的特性，將其從氣體混合物中分離出來。化學吸收法是通過鹼性吸收劑與廢氣中二氧化碳反應，形成可逆的鹽類物質。溶液吸收法具有高效氣體分離、操作簡單、選擇性強等優點，但存在能耗高、溶劑損失、溶劑老化和溶劑腐蝕性等問題。
(二)鋼鐵行業固體吸附法
固體吸附法作為碳捕集領域的重要技術手段，其核心機理是通過固體吸附劑表面活性位點與二氧化碳間的相互作用實現選擇性捕集。根據吸附作用力的本質差異，可分為物理吸附與化學吸附兩類典型機制。物理吸附是二氧化碳通過范德華力與固體表面相互作用的過程，通常發生在較低的溫度和壓力條件下。化學吸附是指分子或原子在固體表面形成強烈的化學鍵合。固體吸附法具有能量消耗低、循環性能好、成本相對較低等優點，但也存在再生過程複雜、選擇性較差、吸附容量有限和環境影響等問題。
(三)鋼鐵行業膜分離法
氣體膜分離是在壓力驅動下，由於兩種或多種混合氣體透過膜的傳輸速率不同而產生分離效果的氣體分離技術，具有高效、綠色的特點。膜分離法具有占地面積小、能耗低、易於擴大規模並融入現有技術等固有優勢。膜分離技術的分離機制包括分子篩分、溶解-擴散和促進傳遞等。膜分離法的優點包括設備簡單、節能高效、可調節性強和適用於高純度氣體分離，但也存在膜污染、選擇性差、膜穩定性差、部分膜材料成本較高和膜壽命等問題。
(一)鋼鐵行業溶液吸收法的應用
阿聯政府、馬斯達爾清潔能源公司、阿布達比國家石油公司及阿聯鋼鐵公司合作，於2016年建成全球鋼鐵行業首個實現全流程商業化運行的CCUS工業項目。該項目採用MEA吸收工藝，每年可捕集80萬噸二氧化碳，使碳排放量大幅降低22%，再生能耗為4~5GJ/t二氧化碳。COURSE50項目通過富氫還原和捕集回收高爐煤氣中二氧化碳降低碳排放。該項目採用ESCAP化學吸收工藝，使用新型胺液吸收劑對煉鋼廠高爐中產生的二氧化碳進行分離和捕集。2011年，韓國浦項產業科學研究院在浦項鋼鐵廠建立了氨水吸收捕集二氧化碳的中試項目，該項目的二氧化碳捕集率超過90%，二氧化碳純度高於95%，吸收劑再生能耗為1.5~2.5GJ/t二氧化碳。
(二)鋼鐵行業固體吸附法的應用
固體吸附法在鋼鐵行業的應用相對較少，但一些企業已經開始探索其潛力。例如，某些鋼鐵企業嘗試使用活性炭等吸附劑對廢氣中的二氧化碳進行吸附，取得了初步成效。固體吸附法在處理小規模或中等規模的二氧化碳捕集方面具有一定的優勢，尤其是在需要快速響應和靈活操作的場景中。
(三)鋼鐵行業膜分離法的應用
膜分離法在鋼鐵行業的應用還在發展階段，但由於其能效較高、占地面積小，逐漸成為研究熱點。一些鋼鐵企業已經開始嘗試將膜分離技術應用於高爐、轉爐等煙氣處理過程中，以提高二氧化碳的捕集效率。例如，某些企業正在開發新型的膜材料，以提高膜的穩定性和選擇性，降低膜污染的風險。
(一)推廣電爐煉鋼和氫冶金技術
在粗鋼生產過程中，積極推廣電爐煉鋼，利用廢鋼循環，減少高爐-轉爐長流程的二氧化碳排放。通過氫氣直接還原鐵礦石，減少化石燃料的使用。同時增加可再生能源在鋼鐵冶煉中的應用，減少煤炭依賴。
(二)開發多功能材料和集成技術
為提高碳捕集系統的綜合性能，應開發具有多種功能的材料。例如，將吸附和催化性能結合，可以在捕集二氧化碳的同時將其轉化為有價值的化學品或燃料。也可以將不同類型的捕集技術(如吸附法、吸收法和膜分離法)進行集成，提高整體捕集效率。
(三)提升吸附劑性能和研發新型複合材料
可將金屬有機框架(MOFs)與活性炭、沸石等傳統吸附材料複合製備複合吸附劑，同時提高吸附容量和吸附速率。此外，一些新型複合材料(如納米結構材料、功能化吸附劑)能夠增加吸附劑的比表面積和孔隙結構，從而進一步提高吸附性能。未來，吸附劑的研發可以與現有碳捕集技術(如化學吸收、膜分離、深冷法等)集成，實現高效碳捕集。
(四)優化捕集材料的微觀結構設計
鋼鐵行業現狀分析指出，捕集材料的微觀結構設計與二氧化碳捕集-再生性能之間的耦合匹配機制是未來工業碳捕集技術發展的關鍵。通過優化材料的孔隙結構、化學官能團、熱穩定性以及濕氣適應性，能夠實現高效的二氧化碳捕集和低能耗的再生過程。隨著納米技術、智能材料和人工智慧等新興技術的應用，捕集材料的微觀結構設計將趨向智能化、自適應和高效化。
2025年，鋼鐵行業在碳中和目標的推動下，正朝著綠色低碳的方向轉型。碳捕集、利用與封存技術(CCUS)成為鋼鐵行業實現低碳轉型的關鍵途徑之一。通過總結鋼鐵行業的碳排放現狀，分析溶液吸收法、固體吸附法和膜分離法等主要碳捕集技術的原理、優缺點及應用案例，本文提出了推廣電爐煉鋼和氫冶金技術、開發多功能材料和集成技術、提升吸附劑性能和研發新型複合材料、優化捕集材料的微觀結構設計等未來發展方向。這些措施將有助於鋼鐵行業實現碳中和目標，為全球碳減排做出貢獻。
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