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IRENA邁向循環鋼鐵產業

古慧雯/ 發布日期:2023/09/08/ 瀏覽次數:217

鋼鐵作為現代社會發展的基石,在建築、運輸、生活用品及機械製造等各個領域中扮演著舉足輕重的角色。透過添加不同的元素(如錳和鎳),鋼鐵的性能得以調整,以適應各種廣泛的應用需求。鋼鐵卓越的強度、耐用性和可回收性,使其成為維持關鍵基礎設施運行不可或缺的材料。全球每年高達20億噸的鋼材消耗量,估計2021年市值達到1.51萬億美元,直接與間接提供超過600萬人的就業機會,彰顯其對於全球經濟穩定運行的重要性。

然而,由於對化石燃料的依賴,鋼鐵產業約占全球二氧化碳排放量的7%,是最難脫碳產業之一。鋼鐵生產所帶來的龐大能源消耗和環境影響,引起全球對於其生產方式及永續性的關切。全球共有91個國家生產鋼鐵,並在全球範圍內進行各種應用,因此需要各國的協調行動,以克服共同挑戰。尤其是,G20成員國約占全球鋼材生產和消費的85%,成員間的合作可加速循環策略的採用。通過共同努力,G20成員國可以引領實施循環轉型,促進最佳實踐的交流,消除貿易壁壘,並建立永續鋼材生產的共同標準。

 

一、鋼鐵產業對環境影響

鋼材需求緊密聯繫著經濟的蓬勃發展,從1950年的190萬噸增長至2021年的近20億噸。以2019年為例,約有52%鋼材用於建築和基礎設施、17%用於交通運輸、五分之一用於機械,而消費品則占總需求的十分之一。如今在能源轉型中的重要性也日益彰顯,尤其體現在電動汽車、風力渦輪機和太陽能結構等領域的廣泛應用。儘管2021年受到供應鏈問題和COVID-19大流行的影響,但伴隨經濟逐漸復甦,鋼材需求快速反彈,特別是建築和汽車等行業的恢復速度超過其他行業。

 

然而,鋼鐵生產過程本身極度能源密集,需要大量能源供應,其中一部分來自化石燃料。2019年,鐵鋼產業的碳排放達到了26億噸,占能源部門總排放的7%(包括生產過程的排放)。鋼鐵的生產方式主要利用高爐(Blast Furnace, BF)-(Basic Oxygen Furnace, BOF)或直接還原鐵(Direct Reduced Iron, DRI)-電弧爐(Electric Arc Furnace, EAF)將鐵礦製成鋼鐵的初級生產,或是以回收鋼材為原料的次級生產(如圖一)。不論哪種生產方式,都在不同程度上對環境造成了影響。

在煉製過程中除釋放大量的二氧化碳外,亦會產生甲烷和揮發性有機化合物,進一步加劇空氣污染問題。這些污染物可能會導致呼吸道和健康問題,特別是對附近居民和工人的影響更為明顯,若未能良好控制污染物排放,可能對周邊環境造成長期損害。另一方面,鋼鐵生產需要大量的原材料,如鐵礦和能源,這導致了對自然資源的過度開採和消耗。此過程可能對生態系統、土壤和水資源產生負面影響,破壞了生態平衡和永續性。

 

二、鋼鐵產業的循環轉型策略建議

持續成長的鋼鐵製品需要更環保和永續的生產方式,但目前大部分鋼鐵的生產方式仍以高爐-轉爐BF-BOF為主(約占70%),依賴化石燃料作為能源來源。循環策略可以促進鋼材的有效使用及其生產投入,全球鋼鐵業已約有30%的鋼材來自回收再製,並逐步採用再生能源生產再生鋼材。然而,要完全實現鋼鐵產業的循環轉型仍需要一系列技術解決方案、政策干預、創新的金融和商業模式,以消除浪費和排放,達到產品和原材料的循環利用。圖二為國際再生能源機構 (International Renewable Energy Agency, IRENA)分析鋼鐵生產的影響因素,並提出四大循環策略建議如下:

(一)提高材料效率

1.主要措施:

(1)減少鋼材使用:依據生命週期分析選用替代材料重新設計產品,達到輕量化的目的;或是對鋼材產品進行翻新和再利用。

(2)延長使用壽命或增加使用頻率:以易於維修的設計延長使用壽命,如對消費品或車輛等產品,針對輕微損壞的部分進行維修;或是藉由改變行為或偏好,使鋼材產品充分利用,如共享交通工具以提高利用率。

2.機會:國際能源署IRENA預估,至2050年以提高材料效率的解決方案,將可減少全球五分之一的鋼鐵需求。

3.挑戰:汽車產業重新設計或改變材料可能需面臨數年的時間,才能同時確保安全和性能標準,並調整製程及上游供應鏈;建築產業的設計標準可能限制替代材料的使用、新技術和流程也可能需要投入額外資金,或增加相關專業人才需求。

(二)促進廢鋼回收

1.主要措施:使來自於報廢產品的鋼材重新用於其他應用,並藉由鋼材回收減少開採礦石的需求,降低能耗與減少碳排放。

2.機會:預估至2050年鋼鐵每年需求量將達2000~2500噸,由廢鋼再製比例將可能占全球鋼鐵產量的40%~50%。

3.挑戰:鋼材回收可能受到廢料質量和雜質(如銅)污染的影響,以及在廢料的收集和分類過程中所耗費大量的勞力、運輸及土地成本。此外,不同國家/區域間廢鋼的自由貿易程度也是影響回收效率的因素之一。

(三)提升製程效率

1.主要措施:透過提升鋼鐵生產過程中的能源效率,以降低對能資源的需求,進而減少生產過程對環境的影響。

2.機會:不同地區和生產方式的碳強度有很大差異,因此改善鋼鐵再製、製程控制、廢棄物再利用、熱回收和創新技術等生產過程中的能源效率,可有效降低成本及碳足跡。

3.挑戰:可能缺乏新技術的相關資訊和操作知識,再加上能源效率提升需要前期大量資本投入、既有設備的使用壽命尚未結束。此外,若無外部環境成本(如碳費)的政策誘因,亦會降低能源效率的投資意願。

(四)使用再生能源生產

1.主要措施:使用再生能源的綠氫替代化石燃料,預計可減少80%~95%的碳排。

2.機會:除了政府的長期脫碳目標及綠色採購計畫外,再生能源成本逐年下降,連帶降低綠氫的生產成本。此外,在高脫碳潛力和技術逐漸成熟下,私人企業也增加對碳中和產品的需求,如BMW、Marcegaglia和Electrolux等,已預定大量使用綠氫直接還原鐵的鋼材。

3.挑戰:所有鋼鐵廠若採用綠氫直接還原鐵煉鋼,每年將需消耗5.3~5.5噸的綠氫,估計生產綠氫所需的額外再生電力每年將超過370 TWh,是目前電力需求的四倍。另一方面,持續供應下綠氫的儲存問題、生產成本比傳統方法高出20-30%、新製程的操作參數與設備變更、DRI技術對優質鐵礦的需求增加等挑戰。

 

三、IRENA對G20的建議

在實現鋼鐵產業的循環轉型方面,國家層面的政策行動將是主要驅動因素。因此,IRENA對G20提出的國際對話和合作建議,以加速推動全球鋼鐵產業的循環轉型與技術創新促進友善環境、永續生產和消費模式,並為未來的鋼鐵行業發展奠定堅實基礎。

  1. 促進主要鋼鐵消耗領域的合作: 在G20框架下,通過相互學習和監管經驗交流,共同確定和推廣主要鋼鐵消耗領域的最佳實踐策略,特別是在建築和汽車生產等領域,以實現全球更有效地使用鋼材。
  2. 創造廢鋼材最大加值: 通過G20內的對話與合作,消除國際廢鋼材貿易的障礙,促使廢鋼材在創造最大經濟和環境價值的地方運輸和使用,進一步推動鋼鐵產業向更高循環轉型。
  3. 提高鋼材能資源有效應用:在G20成員國之間促進最佳可用技術的交流,促進鋼材能資源有效應用,並進行國內政策制定者和監管機構之間的最佳實踐分享。以達到防止市場扭曲,鼓勵投資能資源效率項目,提高國內鋼鐵工業的競爭力,並為提高效率提供足夠的激勵。
  4. 加速向再生能源轉型: 通過在G20內進行對話與合作,推動鋼鐵產業從基於化石燃料的鋼材轉向基於再生能源的鋼材,實現更可持續的未來。特別是探討國際一致的低碳鋼材定義、標準和認證、多邊公共採購承諾、技術研究和開發、轉型所需的專業技能,以及對發展中國家提供技術和財務援助等。
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