2024年主要鋼廠低碳轉型發展動態回顧

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撰稿人 T41黃俊傑、余佳杭

  • 前言

        鋼鐵業為高耗能、高排放的產業代表之一，根據國際能源署（IEA）的統計，全球鋼鐵業一年平均會造成30億噸的二氧化碳，約佔全球總排放的7%。為實現全球2050碳中和目標，鋼鐵業的減碳勢在必行。

       隨著全球對減碳需求的重視，鋼鐵產業正加速向「綠色鋼鐵」生產模式轉型，傳統的高碳排放製造方式將逐步被取代，低碳高爐及氫能DRI搭配電爐的生產模式在近期減碳進程將逐漸扮演重要角色。未來，鋼鐵產業的競爭力將不僅取決於產量與成本，更取決於其碳排放量。

       但由於經營環境艱難、投資成本高昂、低碳排鋼品銷售不易等問題，亦有鋼廠傳出延後或重新審視減碳計畫的進行。

  • 全球主要鋼廠2024年減碳趨勢
  1. 中國低碳高爐與DRI-電爐技術取得進展
    • 寶武利用氫氣作為減排主要手段

       寶武富氫碳循環氧氣高爐（HyCROF）技術透過從高爐頂氣中分離CO2，並將回收的高還原能力副產CO導入高爐，同時用綠電替代化石燃料進行加熱，預估可將高爐減碳20%，後續將透過煤氣高溫加熱技術提高減碳能力。

       八鋼2500m3HyCROF商業化項目於2023年9月開始運行後，持續進行實際生產之技術驗證與製程改善，日前取得脫碳系統作業率100%、19.5萬m³/h脫碳煤氣量的供應能力之成果，且脫碳煤氣中CO2含量穩定控制在3%以下。

       此外，作為寶武氫冶金電熔煉製程（HyRESP）的一環，一座可年產100萬噸DRI的氫基豎爐已於2023年12月在湛江投產，相較傳統高爐減碳60%以上（年約50萬噸）。未來綠氫、綠電廣泛應用後，預估可減碳90%。

       湛江目前正在建造220萬噸高效電爐及2150mm單流板胚連鑄機等設施，預計於2025年底可年產180萬噸零碳排板材。搭配DRI、廢鋼、高效電爐及綠電，全製程每年將減少碳排放314萬噸以上，後續透過碳捕集、森林碳匯可實現全製程零碳排。

  • 河鋼拓展120萬噸氫基豎爐效益

       河鋼全球首座年產120萬噸之焦爐煤氣零重整豎爐於2023年5月投產，每年可減少CO₂排放70%（約80萬噸），且生產每噸直接還原鐵可捕集125公斤CO₂。河鋼於2024年12月底宣布搭配「氫基豎爐－近零碳排電爐」及1900mm單流板胚連鑄機的全球首條氫冶金綠色汽車板連鑄生產線投產，可年產150萬噸高階、低碳排汽車板用材料，並創下了氫基DRI在電爐的最高配加比例50%的紀錄。

  1. 日本鋼廠推動創新電爐取代計畫、Super COURSE50高爐氫還原試驗創紀錄
    • JFE聚焦於電爐減排技術

       JFE規劃在西日本製鐵所設置創新高效率大型電爐以取代4100m3高爐，並用於生產高級鋼種，此計畫已於2024年12月獲得日本綠色轉型（GX）經濟轉型債券資助，即將開始建設，預計在2028年年中投產，年產能200萬噸，每年可減排CO₂約260萬噸。

       透過應用創新電爐技術及低碳排還原鐵，JFE計畫建置全球最大規模的電爐，並首次大量供應原本大型電爐無法製造的電磁鋼板和高張力鋼板等高品質、高機能鋼材。

       除JFE之外，日本製鐵也正就九州製鐵所的高爐轉電爐計畫向政府申請補助，神戶製鋼則正在檢討於2030年將加古川製鐵所兩座高爐轉為一高一電的生產體系。

  • 日本製鐵著重Super COURSE50技術研發

       在高爐氫氣還原方面，日本製鐵自2022年起利用君津廠12m3試驗高爐進行使用鋼廠外部加熱氫氣的Super COURSE50技術開發，並於2024年11-12月的測試中取得CO2排放量降低43%的成果，為目前世界最高水準。日本製鐵計劃在2026年4月於君津廠4500m3二號高爐開始進行實機規模的實證試驗，希望最快在2040年建立Super COURSE50商業化技術，並於2050年搭配CCUS達成碳中和。

  1. 浦項建設新電爐及HyREX氫還原煉鐵廠

       2024年2月浦項開始在光陽廠建造一座年產250萬噸鋼的電爐，預計於2026年投產。浦項計畫直接採用全廢鋼或廢鋼與高爐鐵水混合的冶煉方式生產鋼液，預計可年減350萬噸CO₂排放量。此外，由於POSCO Future M已成功研發300mm高品質人造石墨電極棒國產化技術，故以往完全仰賴進口的電極棒將可改為在當地生產。

       2024年4月，浦項在浦項廠進行了HyREX試驗裝置（DRI-電熔爐）的首次試運行，每天可生產20-24噸鐵水，噸鐵CO₂排放量為400公斤。HyREX工藝將還原和熔化裝置分開，由兩套裝置組成，即四座流化還原爐和一座電熔爐。利用浦項的獨創技術，氫氣被注入四個相連的流化還原爐中直接還原鐵礦粉生產DRI，產出的DRI隨即由自動轉向架被運往電熔爐熔化，生產鐵水。

       浦項將於2025年興建HyREX氫還原工廠，計畫於2027年竣工，每小時可生產36噸鐵水。目前HyREX的生產成本較傳統製程高出約30%，浦項的目標是在2030年實現HyREX商業化，2050年將浦項廠和光陽廠全部轉換為HyREX製程。

  1. 歐美鋼廠脫碳技術發展陷入資金困境

       受到鋼鐵行業不景氣影響及中國鋼鐵大量出口等因素，鋼材需求和價格均處於歷史低位，而市場尚未接受更高的環保鋼材價格，且能源成本持續增加，使其生產成本持續上揚。

       因此ArcelorMittal、ThyssenKrupp及Cleveland-Cliffs等歐美鋼廠雖以DRI工廠、電熔爐替代高爐之減碳計畫獲得政府資金補助，然因鋼廠本身亦須投入鉅額成本，故傳出推遲或考慮放棄既定的綠色鋼鐵技術轉型計畫，詳如下表。

表、歐美鋼廠重新考量及宣佈延遲之低碳排鋼生產計畫

鋼廠

生產計畫

狀態

經費分攤

考量因素

Thyssenkrupp

德國杜伊斯堡年產250萬噸DRI工廠

2024/10

傳出重新考量，後又決定繼續推進

總投資30億歐元，政府補助20億歐元

歐洲鋼鐵市場需求疲軟、鋼鐵價格暴跌等困境，導致成本增加、經營環境困難

此外，德國各政黨對氫能產業看法分歧，包含「快速轉向氫能源不切實際」與「氫能應為國家政策」等

ArcelorMittal

法國敦克爾克兩座電爐和年產250萬噸DRI工廠

2024/11 官方宣布延遲投資

總投資17億歐元，政府補助8.5億歐元

資金充足但目前營運環境困難、歐盟支持低碳轉型政策仍不到位

西班牙Gijon年產230萬噸DRI工廠

2024/11 官方宣布延遲投資

總投資10億歐元，政府補助4.5億歐元

CBAM政策缺陷、缺乏明確的綠氫監管框架、不利的市場和能源情勢、綠氫發展緩慢

鋼廠

生產計畫

狀態

經費分攤

考量因素

Cleveland-Cliffs

美國俄亥俄州米德爾頓兩座120MW電熔爐和年產250萬噸DRI工廠

2024/09

傳出考慮放棄，後又決定持續進行

總投資16億美元，政府補助5億美元

升級設備支出高昂、來自中國及印度低價(高汙染)鋼品的競爭、市場(主為車廠)不願支付綠鋼真實成本
  1. 歐洲推動變革立法

       歐盟利用歐洲碳邊境調整機制（CBAM），對進口的高碳排商品課徵費用，以反映其生產過程中的碳排放成本。2023年10月至2025年底為CBAM之過渡階段，歐盟將在不徵收任何關稅的情況下測試該機制；2026年至2034年間，CBAM將逐步實施，同時逐步取消歐洲排放交易計劃（ETS）下適用的免費碳配額。

  1. 全球能源競爭挑戰
    • 歐美：由於企業成本提升，歐盟委員會決定將強制性的環境、社會和治理（ESG）披露推遲兩年，並表示僅靠可再生能源恐難以實現碳中和；美國證券交易委員會（SEC）已將範圍3從其ESG披露義務中刪除，並決定將其標準降低到範圍1和範圍2，以減輕企業負擔。
    • 中國：太陽能電池板、電池和電動汽車是碳中和的核心產業，由於中國龐大的產量，已經達到了其他國家在價格競爭中無法匹敵的水準。此外，由於俄羅斯無法再向歐洲出售石油和天然氣，從能源格局變化中受益最大的國家是中國和印度等國家。
    • 韓國：雖然韓國不生產原油或天然氣，但該國國內各大企業參與全球能源資源開發，並以此為基礎供應國內能源。透過對進口能源進行再加工和出口以及提供低成本能源，在支援製造業競爭力方面具主導功能。
  • 結論

       綜上所述，當前全球主要鋼廠朝向兩大低碳技術路線發展，包含高爐富氫噴吹技術及氫基還原鐵搭配電爐產製高級鋼種，反映出目前全球鋼鐵業在低碳技術選擇上已形成基本共識。尤以中國表現更為積極，河鋼搭配DRI製程的汽車板連鑄生產線已投產，寶武的連鑄產線也預計於今年底投產，將提升這兩家鋼廠的低排碳鋼品市場競爭力。

       相較之下，歐美地區的低碳轉型面臨較大挑戰。主要原因包括：市場對環保鋼材的接受度不高、能源成本持續上升、綠氫尚未普及，以及來自中國等地低價鋼材的競爭壓力。迫使多家歐美大型鋼廠如ArcelorMittal、ThyssenKrupp等，即使獲得政府補助，仍不得不延後或重新評估其減碳計畫。

       這種區域差異反映出全球鋼鐵業低碳轉型的複雜性，不僅涉及技術創新，更與市場接受度、成本效益、政策支持等多個因素密切相關。未來鋼鐵業的競爭力將越來越依賴於其減碳能力，但如何在環保與經濟效益之間取得平衡，仍是整個行業面臨的重大挑戰。