到 2100 年，钢铁将见证全球需求和技术的转变，这将对其碳排放和全球变暖产生极好的结果。在最近的评估中，我预测了到 2100 年的需求和技术曲线，并解释了我认为随着时间的推移会发生的需求增加和减少的战略驱动因素。
该预测显示，到 2060 年，当前需求会增加，然后趋于平缓。它表明，以煤和天然气为动力的高炉和平炉将变得安静，并被越来越多的以可再生电力为动力的电弧炉送入。
到 2100 年，按方法计算的每年百万吨钢铁，作者绘制的图表
但这引出了一个问题：碳曲线会是什么样子？从 1990 年到 2020 年，随着中国使 8.5 亿人摆脱贫困和农村地区成为生活在先进、现代化城市的中产阶级公民，需求的大幅增长伴随着碳排放量的类似增长。随着需求仍在增长，尽管到 2060 年会更加缓慢，碳排放量会继续增长吗？
答案当然是否定的。首先，炼钢所需的所有能源都将变成电能。我们不会为鼓风炉和平炉提供动力，因为我们将使用直接还原技术制造我们需要的新铁。 HYBRIT 项目已经成功地使用绿色电力和绿色氢从零排放矿山开采的铁矿石中炼钢。端到端，该过程是零过程排放，尽管在用于制造和建造设施的车辆以及钢铁和水泥中当然仍然存在隐含碳。 Midrex 的 DRI 使用氢气代替一些天然气来源的合成气来制造低碳钢，并且可以通过使用绿色电力作为工艺热、绿色氢气和生物甲烷来降低碳含量。
NREL 对选定发电技术的已发布和统一生命周期温室气体排放估算的比较
但随着越来越多的零排放钢材建造未来的钢铁基础设施和卡车，隐含碳也将直线下降。提醒一下，风力发电和太阳能的整个生命周期排放是水泥和钢铁中的碳，以及它们跨越海洋和组件被卡车运到现场时的分配排放。随着可再生能源发电在未来由零排放的钢铁和混凝土建造并通过电动汽车转移到现场，每千瓦时的微克二氧化碳当量将在未来几十年直线下降至零。
所有的能源都将是电力，所有的发电都将具有越来越低的隐含碳，这是一个良性循环。
生物甲烷的核算越来越成为我关注的问题。有无数组织试图让生物甲烷替代天然气作为能源，而不是一开始就努力减少生物甲烷的产生。垃圾填埋场正在从废弃食物和我们扔进垃圾桶的其他生物质中排放甲烷，而将废弃生物质转化为生物燃料生产反而更有意义。在我看来，将牛粪和猪粪放入厌氧消化池以在分散且毫无疑问泄漏的供应链中最大限度地生产生物甲烷并不是一个好的气候想法。相反，给粪便充气使其有氧分解成二氧化碳或为航空和海运提供液体生物燃料加工是这些废物流的更好选择。
但这并不意味着我们无法缓解生物甲烷的价值主张，绿色钢铁制造很可能就是其中之一。这就是 Midrex 工艺所使用的，它很可能成为未来新钢材的主流方法之一。
但随着我们每年继续生产越来越多的新钢，就会有越来越多的废钢可供使用。如今，美国通过小型电炼钢厂提供的废钢占所有钢铁需求的 70%，并且其化石燃料管道中已经锁定了四年的需求。道路车辆的使用寿命为 10 年或 15 年，汽车中平均有 900 公斤的钢材被报废并送入小型钢厂制造新车。这些以废钢为原料的小型钢厂需要新的优质钢材和合适的合金，但它们仍然是电钢小型钢厂，未来几十年将由越来越低碳的电力提供原料。这些小型钢厂将使用越来越低碳的钢材制造，直到它们的隐含碳也接近于零。
每年钢铁产生的百万吨二氧化碳当量（按方法），作者绘制的图表
因此，我的第一个全球钢铁碳排放情景。我预计到 2030 年 DRI 和 EAF 将比今天的比率合理增加，鼓风炉和平心炉的减少量将减少，因此它们使用当前技术的较低排放量应该会在 2030 年减少排放量。更多的报废和更直接的减少使用更低的碳技术，如 Midrex 的 DRI 和 HYBRIT 每十年一次，以及可能在靠近铁矿山的地方建立这些设施，高排放炉将在未来几十年内停业，无法脱碳。
当然，一个大问题仍然存在。 Midrex 和 HYBRIT 低碳解决方案需要多少绿氢？人们可能还记得我有一个异端预测，即到 2100 年氢气需求将下降。在这一点上，我使用获得专利的 Mike Makes Stuff Up (MMSU) 方法预测，本世纪下半叶我们可能会看到 4000 万吨的新氢气需求.这是一个直觉的猜测，但仅此而已或声称如此。我把它包括在内是因为这是我认为需求增长的唯一重要原因，因此至少需要一个占位符。 （如果你认为 MMSU 是个笑话，那真的不是。我在客户端交互中透明地使用它作为贝叶斯过程的一部分以避免出现空白页面。）
假设 HYBRIT 的氢含量水平，每吨新钢将需要 51 千克绿色氢。由于我们主要是为了满足不断增长的需求水平而报废钢材，正如第一个预测所示，我们不需要每年为 23 亿吨钢材提供氢气，而只需为 DRI 部分提供氢气，即 6 亿吨.这意味着我们最终需要约 3000 万吨绿色氢来制造钢铁，而今天几乎为零，以至于不值得谈论。但我在我的预测中加载了后端，我认为炼钢过程中会比以前更快地产生更多的氢气，因此氢气需求离开像艾伯塔省和委内瑞拉这样的含硫原油脱硫将有所匹配。
到 2100 年的氢气需求预测，作者绘制的图表
因此，更新后的氢气需求预测将在 2100 年从每年约 9500 万吨下降到约 8500 万吨。我还更新了另一件事。 Paul Martin 指出，他不同意我的假设，即到 2030 年对氢的化肥需求会降低，经过考虑，这太激进了。肥料需求曲线最终需要更长的时间才能得出。结果，这导致当前的氢需求在显着下降之前持续了更长的时间。
当然，较低的氢需求意味着最终制造过程中消耗的绿色电力较少。以每吨 50 兆瓦时左右的速度计算，1000 万吨的减排量意味着在我们完全脱碳的未来，我们将不必通过风能、水能和太阳能生产 500 太瓦时。但未来的电力需求和钢铁需求是一个不同的评估，还有另一个有趣的转折。毕竟，风能和太阳能农场使用大量钢铁。
在完全不使用氢气的实验室中，有一些很有前途的钢铁工艺。 Boston Metals 正在致力于熔融氧化物电解的商业化，该电解在 1,600°C 的温度下使用电池中的电力来泵出纯液态铁。 Fortescue 刚刚宣布，他们已经在低得多的温度（约 100°C）下采用新工艺将 150 千克铁矿石加工成铁，但该声明的出版物或第三方评估为零，因此目前只是有趣。两者距离商业化可能还有 10 年的时间，但支持我的绿色钢铁前提。
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