利用光伏来炼钢

在科技的发展道路上，离不开能源的助力，特别是再科技飞速发展的今天，而地球上的能源有限，就需要科研人员不断开发新能源，这就再当下最需要研发太阳能的使用。美国的钢铁产业正在迎来绿色转型的重要节点，该国首批以可再生能源为驱动力的炼钢厂即将问世。多年来，廉价量多的煤电和页岩气推动了美国钢铁冶炼的持续扩张，随着全球加速推动绿色能源转型，风电和光伏发电成本持续下降，该国越来越多的钢铁商踏上了“脱碳”之路，寻求最大程度降低“排放大户”钢铁冶炼的碳足迹。

“风能炼钢”或年底实现

美国CNBC新闻网日前报道称，全美首座100%风能供电的炼钢厂预计将于今年底投产运营。这座耗资2.5亿美元的“风能炼钢厂”归美国第二大钢铁公司纽柯(Nucor)所有，厂址位于密苏里州塞达利亚(Sedalia)，该公司将利用风电驱动电弧炉，将废钢熔化进而将其转变为新的再生钢。纽柯在一份声明中表示，公司一直在寻找提高能源效率以减少对环境负面影响的方法，对于即将成为美首个“风能炼钢者”感到高兴。风电正逐渐成为最主要的清洁供电方式之一，可以承担包括钢筋轧制在内等一系列电力需求庞大业务的供电工作。

据了解，纽柯与密苏里州公用事业公司Evergy达成的75兆瓦电力购买协议，是促使这座“风能炼钢厂”诞生的主因。美国中西部地区风能资源相对丰富，这使得密苏里州、内布拉斯加州、堪萨斯州等州的风力发电竞争优势十分凸显，与日渐衰败的煤炭和低成本天然气相比，其可以无限供应干净且便宜的风电。

纽柯最初并没有以“100%风电运营炼钢厂”为目标，而是以“靠近废钢资源”和“最终用途客户”为主，但密苏里州长期、固定且便宜的风电价格太有吸引力，加上纽柯追求可持续发展目标，该公司最终选择在密苏里州“安家落户”，并强调“干净且便宜的电价”对炼钢产业至关重要。值得一提的是，根据密苏里州的《钢铁厂法案》，该州允许公用事业公司为铝和钢铁生产商以及其他购买超过50兆瓦电力的大型企业申请长达十年的折扣电价。目前，Evergy正在为此事向州监管部门提交申请。

Evergy高级副总裁Chuck Caisley表示，随着越来越多的投资者和公司追逐可持续发展和清洁目标，他们会更加频繁地投建或改造此类工厂。“在堪萨斯州和密苏里州，我们拥有很大的价格优势，在满足现有和潜在客户清洁电力需求的同时，进一步改善了环境并创造了就业。”他说，“我们希望未来几年将更多制造商吸引到中西部。”

这座“风能炼钢厂”投产后预计需要250名员工，未来将为塞达利亚地区提供可用于建筑物的再生钢筋。塞达利亚经济发展执行董事Jessica Craig表示，这座炼钢厂在过去18个月的建设中已经创造了500个建筑工作岗位，对于社区的经济发展至关重要。“鉴于这座炼钢厂的供电属性，我们即将迎来一次变革型的发展机遇。“她说，“不管是经济效益，还是社会效益，甚至是应对气候变化危机的积极性。”

“光伏炼钢厂”预计2021年问世

值得关注的是，“光伏炼钢”也已提上日程。彭博社日前报道称，俄罗斯第二大钢铁制造商耶弗拉兹(Evraz)在科罗拉多州运营的一座再生炼钢厂，正在从煤炭发电转向太阳能发电，其有望成为全美首座100%太阳能供电的炼钢厂。

9月下旬，耶弗拉兹北美公司与美国电力公司Xcel Energy，以及欧洲最大太阳能开发商英国石油公司(BP)太阳能子公司光源BP(Lightsource BP)签署了合作协议，将在科罗拉多州共同开发一座价值2.5亿美元、装机240兆瓦的太阳能发电设施，旨在为耶弗拉兹旗下落基山炼钢厂供电。初步预计这座“光伏炼钢厂”将于2021年问世，而且将是美国面向单一客户的最大现场太阳能发电项目。

Xcel Energy一直是美国最积极部署可再生能源目标的公用事业公司之一，该公司此前决定关闭落基山地区的两座燃煤电站，这直接威胁到了这座基于低成本电力炼钢厂的生存前景，其主要生产用于铁路、管道和盘条的钢材，自1800年代就已经存在。光源BP将负责这座太阳能发电设施的融资、建造和运营工作，并在长期电力购买协议下向Xcel Energy销售其所有电力，同时同意制定长达20年的固定费率结构合同，使炼钢厂的固定电价可延长至2041年。

另据美国有线电视新闻网报道，总部位于加利福尼亚州清洁能源初创公司Heliogen，研发出了一种利用人工智能的新型太阳能技术，可以产生1000摄氏度以上高温，并将应用于制造水泥、钢铁等所需热量极高的工业中。截至目前，商业聚光太阳能热系统设计的最高温度只有565摄氏度，这对发电或许很有用，但对许多工业过程而言还不够。Heliogen的创始人兼首席执行官Bill Gross表示，这一技术突破意味着太阳能有望直接用于制造水泥、钢铁等所需热量极高的工业，而且生产过程变得更加经济、环保。

“清洁冶炼”助力钢铁脱碳

落基山研究所在一份报告中指出，钢铁一直是碳排放大户，约占全球温室气体排放总量的6%至7%。为了降低钢铁行业的碳足迹，钢铁商不断尝试各种降低排放量的方法，其中就包括“清洁”旗下炼钢厂。环保主义人士表示，“风光炼钢”的意义不仅限于国家，更是代表着绿色钢铁行业的潜力，钢铁行业是全球最主要的碳排放来源之一。环保组织“非凡地球”(Mighty Earth)专家Margaret Hansbrough表示：“这(绿色炼钢)对能源密集型的钢铁行业的未来具有广泛意义。”

“非凡地球”在一份报告中指出，钢铁领域排放量约占全球碳排放总量的7%，其中大部分来自效率较低的高炉。目前，美国68%的钢铁都利用更高效的电弧炉技术，但该技术对电力需求庞大，如果转换为清洁电力可以产生显著的气候效益。“在钢铁生产中使用清洁电力既有利于企业，也有利于气候。”Margaret Hansbrough坦言，“在削减炼钢成本并减少碳足迹的同时，也为钢铁行业的可持续发展奠定了基础。”

据了解，美国最大钢铁公司美钢(USS)11月时确定了最新减排目标，旨在到2030年将其温室气体排放量减少20%。此外，代表全球钢铁生产量80%以上的世界钢铁协会(Worldsteel Association)也发起了一个“逐步提高计划”(Step Up program)，以期向碳中和的钢铁经济过渡，包括改用含氢燃料等。

落基山研究所高级分析师Thomas Koch Blank指出，氢基炼钢等可持续技术将大大削弱钢铁行业产生的碳排放量。“如果我们不能使炼钢脱碳，那么钢铁行业仍将贡献5%的碳排放量。”目前太阳能还未能更好被人类利用，需要科研人员不断努力，研究出更高效地产品，这样才能保证我们人类的能源够人类发展所需。