必和必拓VS淡水河谷的“低碳赛跑”

萧天

钢铁行业作为全球碳排放的主要来源，其产业链上下游的低碳转型对实现全球碳中和目标而言至关重要。铁矿石生产企业处于这一链条的关键环节，其转型不仅有助于应对绿色贸易壁垒和各国环保法规，还能提升企业竞争力、降低运营风险，推动行业可持续发展。本文通过梳理必和必拓与淡水河谷的低碳战略与实践，尝试带领读者观察海外矿山推进绿色转型的路径与前景。

必和必拓：多路径协同与全产业链合作

根据必和必拓公布的低碳规划，其长期目标是到2050年实现“范围3”净零排放。短期目标是到2030年，支持行业发展减排技术和路径，致力于将综合炼钢过程中的碳排放强度削减30%，并预计此类技术和路径将在2030年后被广泛采用。

必和必拓规划了钢铁生产的4条工艺路径，包括配备碳捕集、利用与封存（CCUS）的革新高炉，直接还原铁＋电弧炉，直接还原铁＋熔分炉，电解电化学还原。其还设定了3个发展阶段：一是优化阶段，即通过工艺与材料优化减排约20%；二是过渡阶段，即经重大技术改造减排20%以上；三是终极绿色阶段，即整合绿氢等可再生能源，实现近零排放。

在实现目标的过程中，必和必拓采取了一系列具体措施。一方面，必和必拓与日本JFE钢铁株式会社、中国宝武、浦项控股集团、中天钢铁、河钢、安赛乐米塔尔、塔塔钢铁、现代制铁等客户建立了战略合作关系。这些客户约占全球钢铁产量的20%，通过与这些客户的紧密合作，必和必拓共同开展并成功实施了重点测试和技术演示项目。另一方面，必和必拓积极参与合作研究中心的创建和发展，分享行业领先研究成果，并与纽卡斯尔大学、北京科技大学、中南大学、蒙纳士大学和赫氏集团共同合作。与此同时，其积极对初创公司进行投资，投资那些具有潜力的突破性创新技术，测试和开拓产品并跟踪进程，以推动新兴低碳技术的发展和应用。

必和必拓还倡导建立健全钢铁产业链温室气体排放标准，以满足实际需要，并支持提高整个供应链的透明度和可追溯性。通过建立统一的标准，必和必拓可以更好地评估和管理钢铁产业链中的碳排放，促进整个行业的低碳发展。

围绕配备碳捕集、利用与封存技术的“革新高炉”，必和必拓与安赛乐米塔尔、三菱开发和三菱重工工程合作，采用三菱重工的碳捕集技术实施了为期多年的试点项目。这一试点项目的目标是在不同地点和排放点对技术进行测试，以了解该技术在钢铁制造中的适用性。通过这一试点项目，必和必拓积累了丰富的碳捕集、利用与封存技术应用经验，为其未来在钢铁行业大规模推广奠定了基础。必和必拓还与其他3家跨国钢铁制造商进行了碳捕集与利用（CCU）项目试点，探索碳捕集与利用技术在钢铁生产中的应用潜力。围绕氢基炼铁，必和必拓与澳大利亚纽卡斯尔大学合作，进行了关于氢气喷吹高炉的研究，内容包括氢气喷吹的热质平衡、铁负荷的降解行为、焦炭反应性等。相关研究表明，氢气喷吹会导致风口回旋区温度和炉顶气体温度下降，这是吸热反应的影响。必和必拓在研究中发现，添加氢气与仅使用一氧化碳相比，会导致更高的还原粉化指数（RDI-2.8），反应更多地向中心集聚，从而发生更多裂解反应，进一步增加氢气，降低还原粉化指数，限制碳沉积反应。围绕直接还原铁与熔分炉，必和必拓与部分钢铁制造商合作，在天然气和氢直接还原试验中使用必和必拓铁矿石，探索直接还原工艺的应用潜力，使用必和必拓铁矿石扩大电化学还原规模。其还在纽卡斯尔大学建立实验室规模的熔分炉，与赫氏集团进行熔分炉中试装置设计研究，与安赛乐米塔尔和河钢进行直接还原铁和碳捕集、利用与封存项目试点；与力拓和博思格钢铁公司合作，在澳大利亚推进熔分炉试点概念研究。

淡水河谷：技术驱动与产品创新

淡水河谷计划投入40亿~60亿美元，以实现到2030年减排33%的目标。其战略围绕产品结构优化、能源结构转型与工艺结构革新展开。

在产品结构优化方面，淡水河谷精准定位，致力于满足低碳时代钢铁行业对铁矿石及相关产品的新需求。其大力发展直接还原团块等产品，以适应钢铁行业向低碳排放路线的转变。直接还原团块在钢铁生产中具有重要作用，能够减少传统高炉—转炉工艺中的碳排放。淡水河谷通过技术创新和工艺改进，不断提高直接还原团块的质量和产量，为钢铁企业提供更优质的原料选择。在选矿技术研发上，淡水河谷投入大量资源，不断优化选矿工艺，提高铁矿石的品位和回收率。

在能源结构调整方面，淡水河谷积极推进可再生能源应用，降低自身对于传统化石能源的依赖程度。其计划在巴西实现100%绿电自给，这一目标一旦实现，将大幅降低该公司碳排放水平。淡水河谷在部分矿山采用太阳能、风能等可再生能源，为生产设备提供动力。在一些矿山，其还建设了太阳能发电站和风力发电场，将可再生能源转化为电能，用于矿山的开采和材料加工。淡水河谷还在研究和开发其他可再生能源技术，如生物质能、地热能等，以进一步丰富能源供应结构，降低碳排放。

在生产工艺结构革新方面，淡水河谷不断探索和应用新技术，提高生产效率，降低碳排放。该公司开发了冷压块工艺。该工艺对环境友好，能够减少钢铁生产中的二氧化碳和颗粒物排放。冷压块工艺与传统烧结工艺不同，采用冷态造块概念，省去了磨矿、过滤、浓缩和焙烧等流程，具有铁矿石原料粒度灵活、原料水分调整幅度小、干燥强度低、能量消耗水平低等优势。冷压技术在减少碳排放方面具有显著成果。通过省去传统烧结工艺中的高能耗流程，冷压技术能够降低能源消耗，从而减少二氧化碳排放。与传统烧结工艺相比，冷压技术的二氧化碳减排量可达 80%，这一数据充分展示了冷压技术在低碳实践中的巨大潜力。冷压技术还能够减少颗粒物排放，对改善空气质量和环境保护具有重要意义。冷压技术的原理基于冷态造块概念，与传统烧结的液相黏结机理截然不同。在传统烧结过程中，颗粒的结合主要通过熔化过程形成液相来实现，而冷压块工艺则是通过化学过程，利用高电阻膜促进颗粒间形成强化学键，从而实现颗粒的结合。这种独特的原理使得冷压技术在钢铁生产中具有显著的低碳优势。

从环保角度来看，冷压技术对环境友好，能够有效减少钢铁生产过程中的二氧化碳及颗粒物排放。冷压块工艺省去了磨矿、过滤、浓缩和焙烧等流程，这些流程在传统烧结工艺中不仅消耗大量能源，还会产生大量的二氧化碳和颗粒物排放。省去这些流程后，冷压技术的能源消耗大幅降低，从而减少了因能源消耗产生的二氧化碳排放。冷压技术在铁矿石原料粒度和水分调整方面具有更大的灵活性，干燥强度低，且淡水河谷正在开发免干燥的新工艺，这将进一步降低能源消耗和碳排放水平。淡水河谷目前开发的高炉酸性冷压块产品，是添加了钙和锰而生成的高还原性产品，在9次工业试验中得到充分验证，其可以优化高炉运行表现，并替代块矿与球团矿。在生产实践中，淡水河谷对冷压块产品进行了深入的开发和验证。在产品开发过程中，淡水河谷与客户分享样品，经过多次测试，结果显示冷压块产品具有良好的性能表现。高还原压块的转鼓系数（+6.35毫米）达到90.8，耐磨系数（-0.5毫米）为8.6；酸性压块的转鼓系数（+6.35毫米）达到90.7，耐磨系数（-0.5毫米）为9.3，这些指标表明这一产品具有较高的强度和耐磨性。

淡水河谷积极与钢铁企业、科研机构等合作，共同推动绿色钢铁发展。在与钢铁企业的合作中，淡水河谷为钢铁企业提供高质量的铁矿石产品，并根据钢铁企业的需求，开发定制化的解决方案。淡水河谷与中国宝武等钢铁企业建立了长期稳定的合作关系，为其提供优质的铁矿石原料，并共同开展技术研发和创新，推动钢铁生产过程低碳发展。在与科研机构合作方面，淡水河谷与中南大学等高校和科研机构建立了联合实验室，共同开展铁矿石选矿、冷压技术等方面的研究。通过与科研机构的合作，淡水河谷能够充分利用科研机构的专业知识和研究能力优势，推动技术创新和进步。在与中南大学的合作中，双方共同开展了高炉冷压块的实验室表征分析，深入研究冷压块产品的性能和特点，为冷压技术的进一步优化和推广提供了理论支持。淡水河谷还与澳大利亚联邦科学与工业研究组织（CSIRO）合作，开展铁矿石选矿技术的研究和开发。通过合作，双方共同开发了新的选矿工艺，提高了铁矿石的品位和回收率，降低了能源消耗和碳排放水平。