1 日本钢铁工业的低碳发展概况
 
        2020年10月，日本时任首相菅义伟宣布，日本将在2050年前实现“碳中和”。之后，在2021年3月，内阁批准了《促进全球变暖对策法》的修订案，并在同年4月，政府宣布了从2013财年开始减少46%的温室气体排放的目标，并将在2030财年实现。此外，宣言还呼吁“追求一个更高的目标，即减排50%。”然而，在认识到当前情况下实现这一目标的难度，包括俄乌冲突等事件的持续影响，日本政府的政策发生了巨大变化，因为绿色转型（GX）实施委员会在2022年12月的一次会议上宣布，作为实现脱碳社会的基本政策的一部分，日本将允许核能发电“在未来可持续地使用”。这与自2011年东日本大地震以来一直坚持的“不考虑”新建和额外建设和更换核电站的政策相比，是一个巨大的变化。

        日本铁钢联连盟（JISF）制定了以2030财年为目标的“低碳社会承诺”第二阶段计划，目前正在为实现这一目标而开展活动。这些志愿活动的基本概念有四大支柱，包括“三个生态”，即“生态过程”、“生态产品”和“生态解决方案”，以及“创新技术发展”。生态过程的目标是在钢铁生产过程中节能和减少二氧化碳排放，而生态产品通过提供高功能的钢铁产品有助于减少产品使用阶段的碳排放，生态解决方案通过转让和推广日本钢铁工业开发和实际应用的节能技术，有助于在全球范围内减少排放。作为创新科技发展，日本钢铁工业致力于创新炼钢工艺（COURSE50）的开发和创新炼铁工艺铁焦（Ferro Coke）的开发。2021年2月，JISF公布了《日本政府针对2050年碳中和的日本钢铁工业基本政策》，指出“日本钢铁工业支持日本到2050年实现碳中和的雄心勃勃的目标，将积极迎接实现零碳钢的挑战，为日本政府的降碳目标作出贡献”。具体来说，在继续努力实现上述“四大支柱”的同时，由于实现零碳钢铁生产是一项具有极高难度的挑战，钢铁行业将利用各种可能的手段探索多种途径来减少二氧化碳排放，包括利用COURSE50和目前正在开发的Ferro Coke技术大幅减少高炉炼铁的二氧化碳排放，加上CCUS（二氧化碳捕获、利用和储存），开发如氢基炼铁等“超级创新技术”，以及扩大废钢的利用，中低温废热的回收和生物质的利用。为了实现这些技术，稳定、大批量的零排放（无碳）氢气和电力供应以及开发经济合理的CCUS工艺将是必不可少的。业界还要求政府采取支持实现零碳钢的政策，这将包括建立国家战略、推广体系和制度设计以及对脱碳社会的资金支持等。基于主要联合钢铁企业设备整合、废钢利用率提高等环境变化，JISF于2022年3月在“低碳社会承诺第二阶段”中重新审议了“到2030 财年实现从2005财年减少900万吨”的目标，并将该计划更名为“碳中和行动计划二期”。与此同时，JISF还设定了2030财年二氧化碳排放量比2013财年减少30%的新目标，相当于减少约5790万吨二氧化碳。虽然日本钢铁工业已经达到了世界最高水平的能源效率，但它不仅将引入迄今为止一直在推广的最佳可行性技术，而且还将通过包括废钢资源利用等新方式来持续提升。

        为响应新能源产业技术综合开发机构（NEDO）的申请，日本制铁、JFE钢铁、神户制钢和日本金属研究开发中心（JRCM）共同提出了利用高炉氢还原技术和仅使用氢还原低品位铁矿石的直接氢还原技术的开发，并于2021年12月通过了该方案。2021-2030财年的10年执行期预算为1935亿日元。在利用氢气开发氢还原技术等方面，预计研发期将延长至2029财年左右，到2030年实现实际应用。其他项目预计研发期至2030财年，包括示范试验。另一方面，大同特殊钢公司、爱知钢铁公司、三洋特种钢铁有限公司等采用电弧炉生产钢铁的特殊钢企业，在生产过程中产生的二氧化碳比高炉炼钢企业要少，但由于电力和城市燃气的二氧化碳排放量约占其总排放量的80%-90%，这些公司主要致力于脱碳燃料和电力的开发利用。 
 
        2 日本钢铁工业低碳技术发展及主要钢铁企业采取的行动
 
        根据JISF的“日本政府针对2050年碳中和的日本钢铁工业基本政策”，2021年日本三家联合钢铁企业分别宣布了到2050年实现碳中和的愿景，并将其定位为管理的首要问题，从而提高了每家钢铁企业的活动水平。

        直接还原技术

        由神户制钢的子公司Midrex Technologies技术公司和被许可方Paul Wurth S.A.组成的一个联合体，获得了为瑞典钢铁企业H2绿钢（正式公司名称为H2GS AB）建设Midrex H2TM直接还原炼铁厂的订单。该工厂将是全球首个商用100%氢基还原铁设施，计划于2025年投产，年产能为210万吨。H2绿钢计划建设不使用化石燃料的钢铁厂，目标是与传统的炼铁和炼钢路线相比，减少约95%的二氧化碳排放。神户制钢也决定投资该公司，并开始讨论未来购买绿色热压块铁。JFE钢铁公司将与日本贸易公司伊藤忠商事株式会社（Itochu）和阿拉伯联合酋长国最大的钢铁制造商阿联酋钢铁公司（Emirates Steel Arkan）一起，在阿布扎比的一个候选项目现场，对建立“低碳排放绿色炼铁用含铁原料”供应链进行可行性研究。将采用天然气来还原铁矿石，该过程排放的二氧化碳将注入阿联酋的油田，可以提高石油采收率。

        电弧炉和废钢

        日本制铁在广畑地区濑户内工厂新建的电弧炉于2022年10月开始投入商业运营，实现世界上首次可以生产和销售利用电弧炉工艺生产的高级电工钢板。未来，日本制铁计划开发一种以直接还原铁和废钢为原料的大型电弧炉（处理能力约300吨）集成工艺的实体装置。该公司的目标是在2030年之前建立诸如控制杂质含量等技术，用于生产可用于汽车外板的高等级钢材。JFE钢铁公司计划于在2027年至2030年期间关闭一座高炉，并在其西日本工厂仓敷厂引进一台高效的大型电弧炉。该公司还计划通过技术开发来提高生产效率和生产高质量的钢材，作为GI（绿色创新）基金项目，在其东日本工厂建造了一个测试电弧炉。

        CCUS

        日本制铁与澳大利亚deepC Store有限公司就计划开发的大型海上浮式二氧化碳捕获和储存项目签订了关于二氧化碳捕获、液化和海上运输的联合研究协议，并计划对钢铁厂100万-500万吨/年二氧化碳捕集、液化和海上运输的商业可行性进行研究。日本制铁还与美国埃克森美孚在新加坡的子公司和日本贸易公司三菱商事签署了一份谅解备忘录，以实现CCUS，并宣布合作伙伴将开始一个项目，将日本钢铁厂产生的二氧化碳分离和捕获，然后将其储存在澳大利亚、马来西亚和其他地方的地下CCUS设施。JFE钢铁公司正在进行二氧化碳利用技术的实际应用试验。在JFE钢铁公司和地球创新技术研究所（RITE）联合发起的“开发利用二氧化碳合成甲醇的最佳系统”项目中，双方计划在JFE钢铁公司的西日本工厂建造一个测试设施，旨在实现将大型CCUS工艺与碳回收高炉等创新炼铁工艺相结合的实际应用。

        电力与氢能

        爱知钢铁公司以脱碳用电为目标，计划在日本电力交易所的非化石燃料能源交易市场上购买FIT非化石燃料证书（通过FIT计划购买的FIT电力的非化石燃料能源价值证书），引进可再生电力。这些采购的店里将有助于减少约10000吨/年的二氧化碳，相当于该公司的四个工厂的排放量，即卡里亚、关市、岐阜和东仓工厂。卡里亚和岐阜工厂从2021年开始引入“碳中和城市燃气”。随着可再生电力的引入，关市、岐阜和东仓工厂将同时实现碳中和。卡里亚厂除了引进可再生电力外，还将通过完成燃油炉的燃料转换，在2022财年实现碳中和。神户制钢计划从2023年3月开始，在其高坂工厂进行“混合动力型氢气供应系统”的示范试验，以实现2050年的碳中和目标。该系统由低温液氢汽化器、水电解型高纯氢氧发生器（HHOG）和运营管理系统组成，旨在提供“稳定、经济的制氢”解决方案，这将成为中小企业引进氢气的关键。通过采用液氢汽化过程与使用可再生能源的水电解制氢装置并联布置的混合型系统，将同时满足成本最小化和消除可再生能源固有缺点——供应不稳定性。大同特殊钢于2021年开始开发使用氢燃料的径向管燃烧器，并进行了多次燃烧试验。在2022财年，该公司成功进行了氢气混合燃烧和专用燃烧测试，这将使其能够在氢气基础设施到位之前的转换过渡期运行。目前正在开发用于热处理炉的燃烧器，并计划在未来对其进行评估。

        低二氧化碳钢铁产品

        采用高炉-转炉路线的联合钢铁企业已经开始采取行动，通过质量平衡法销售“低二氧化碳产品”，即将自己工艺的二氧化碳减排效果分配给特定产品。神户制钢是日本第一家将低二氧化碳钢铁产品商业化的钢铁企业，该产品以“神户制钢”的商品名称销售，通过在加古川厂的高炉中加入使用其Midrex技术生产的大量HBI来减少高炉的二氧化碳排放。该公司已决定将这些产品应用于制造汽车零部件和钢架。。日本制铁和JFE钢铁也将在2023财年开始销售低二氧化碳钢产品。虽然销售量仍然受到二氧化碳减排规模的限制，但日本制铁计划在2023财年实现约30万吨的供应量，而JFE钢铁公司预计在2030财年实现500万吨的销售量。

        区域合作

        JFE钢铁公司签署了一份谅解备忘录，为实现千叶市工业园区的碳中和而进行联合研究。根据这份谅解备忘录，横河电机集团和其他九家不同行业的公司，包括能源行业、石化行业、化学行业、钢铁行业、基础材料行业等，将合作研究商业化活动的可行性，包括：（1）引入行业间能源管理系统，以尽量减少二氧化碳排放；（2）通过产业间合作实现二氧化碳的捕集和有效利用；（3）到2030年左右，通过产业间合作利用现有工艺产生的氢气和其他副产气体来减少二氧化碳的排放，并研究2050年在区域工业园区实现碳中和的必要措施。JFE钢铁公司还参加了冈山县水岛工业园区的脱碳会议。在中部地区，日本制铁和JFE钢铁等参加中部氢利用委员会的18家公司与当地市政府和地方经济组织的合作，正在加快改善氢的进口、储存、供应和使用基础设施，制定相关计划，并努力促进氢的使用。以社会实施氢供应链为目标，这将为在2050年实现碳中和发挥关键作用。