溫室氣體減量已是世界共識,中油近日宣布與原油供應商亞塞拜然國營石油公司(SOCAR TRADING)成為減碳合作夥伴,第一次針對進口原油試行碳中和合作案,透過碳抵減機制,可達約 88 座大安森林公園一年的吸碳量效益。

碳排大戶水泥業、鋼鐵業為各國各項工程及建築市場的工業基礎,水泥和鋼材雖然是建築物、汽車、水壩、橋樑和摩天大樓的基礎原料,但這些行業卻是地球上最「髒」的行業之一。水泥業每年會產生 23 億噸的二氧化碳,鋼鐵則約 26 億噸二氧化碳,分別佔全球溫室排放量的 6.5% 和 7.0%

主要原因是該行業大量使用了「混凝土」材料,它是地球上僅次於飲用水的第二大消耗品,這也都要歸功於我們的碳密集型生產技術,該技術所涉及的化學反應過程都會釋放大量的 CO2,更不用說​​燃燒化石燃料所需的極高溫度也是排放溫室氣體的罪魁禍首之一。

因此我們迫切需要更乾淨的技術來重塑整個水泥和鋼鐵業,即使在工業需求和能源價格兩者數字皆飆升的情況下,2050 年更迫切的淨零碳排目標正著實擺在我們眼前。

工廠高效技術大幅提升減碳效益

首先,確保工廠配備最佳的技術可以立即感受到減碳效益,例如,提高鋼鐵工廠的保溫性能可節省約 26% 的能源使用;更好的熱鍋爐可減少高達 10% 的能源需求;使用熱交換系統將提煉過程的電力降低 25%。

這樣一來,老舊且低效的工廠則逐漸會被更為現代的基礎設施所淘汰,整體工業都會變得更有效率。

建築物過度設計也是碳排主因?

過去建築業為了安全起見,會過度設計許多建築,因此,我們或許可以試著思考,有什麼替代材料可以真正取代鋼鐵?

根據國際能源署的數據,若對整個建築規範重新擬定,再對建築師、工程師和承包商進行教育調整,就可以達到水泥減少 26%、鋼鐵減少 24% 的亮眼成績。

倘若再通過使用現代材料和電腦建模來減少設計、僅使用少量的資源,甚至讓碳足跡較小的替代材料(例如鋁)在某些產品(包括汽車)中取代鋼鐵等措施,絕對能達成雙重效益。

最後則是重塑整個鋼鐵業以及水泥業,而這大工程該如何開始呢?

改變鋼鐵業常規,重塑業界碳排效益!

焦炭是高爐煉鐵用的主要燃料, 也是有史以來尚未改變的常規,其中鐵礦石會在高達 2,300 °C 的溫度下化學還原成金屬鐵,藉由焦炭燃燒產生一氧化碳,將礦石還原為鐵和 CO2,接著再將鐵水精煉成鋼,這一長串步驟通常都會在燃煤爐中進行,但有時(特別是在回收廢料時)在電弧爐(EAF)中。

而該過程則會讓每噸鋼排放約 1,800 公斤以上的二氧化碳,試想,若要針對該過程進行優化,業者是否可以使用其他物質來還原礦石呢?

世界上有大約 5% 的鋼鐵已經通過不需要焦炭的「直接還原鐵」(DRI) 技術製成,通常是使用氫氣和二氧化碳(來自甲烷或煤),通過使用甲烷衍生的氣體和可再生電力為電爐供電,而這些鋼鐵廠每噸鋼僅排放約 700 公斤的二氧化碳,整整比焦炭減少 61%。

許多歐洲、中國和澳洲的企業都在嘗試轉型工廠,其中幾家工廠計劃於 2025 年或 2026 年開始進行試驗。

水泥業被稱作最髒行業,未來能洗刷冤屈嗎?

最常見的水泥類型波特蘭水泥,它生產是始於石灰石的煅燒,過程為將其加熱到 850 °C 以上的溫度以形成石灰和 CO2石灰與沙子和黏土會在 1,450 °C 的窯中混合製成原料,再與其他成分混合在一起製成水泥,而每噸水泥則會產生約 800 公斤的二氧化碳。

但事實卻是,即使不用石灰石也能製造水泥,例如, 1867 年就曾出現的「氯氧化鎂水泥」(稱為 sorel)是一種特殊品種水泥,它是由法國人索瑞爾(Sorel)所發明的,但一直以來由於耐水性低,因此尚未商業化也未能被廣泛使用。

不過目前有數十種水泥變體正在研發當中。以國內來看,一直以來在積極推動各項減排措施,希望扮演國內水泥業者的「減排領頭羊」亞泥,先前為了降低溫室氣體排放的措施,讓花蓮廠開發墁砌水泥以生產「低碳水泥」

目前國內僅有亞泥生產具低碳特性的墁砌水泥,相較傳統波特蘭水泥,它可減少掉 16% 的溫室氣體排放,同時降低天然礦物及煤炭約 5% 及 15% 的使用。

然而,為了在建築中大量使用它們,就必須回歸到改變建築規範、設計等前端工作執行,以適應這些材料的不同強度和特性。

碳稅、碳定價制度大幅改變產業轉型需求

隨著全世界的碳稅、碳定價制度範圍越來越大,產業低碳轉型的需求越來越明確,也有越來越多新技術能夠幫助產業更永續地經營。

轉眼回到台灣,面對全球鋼鐵市場競爭及碳中和的趨勢及挑戰,中鋼公司將積極規劃諸如鋼胚熱進爐優化方案的減碳行動,提升製程能效及餘熱回收,要落實節能減碳目標。

為達成 2050 淨零碳排目標,中鋼自 2015 年起於廠內執行鋼胚熱進爐優化方案,並於 2020 年通過環保署溫室氣體抵換專案註冊,今年 5 月取得 14,089 噸溫室氣體抵換專案減量額度,不難看出中鋼要減碳的決心,而未來各國鋼鐵、水泥業,可否真正達到淨零目標呢?

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