钢铁行业的绿色转型是一场马拉松，而不是一场短跑。到2025年左右，像H2绿色钢铁公司（H2 Green Steel）和蒂森克虏伯钢铁公司这样的灯塔项目将证明碳中和的钢铁生产是可以实现的。然而，由于钢铁厂的投资周期较长，因此未来的二氧化碳减排很大一部分必须来自于现有钢厂的改造。在这里，没有一个放之四海而皆准的 "最佳 "选择。这就是为什么我们要为每位客户量身定制解决方案，比如需要考虑当地铁矿石质量、能源基础设施和现有设备条件，以及当地政策、法律法规等。
通过在新建（绿地）或现有钢铁厂（棕地）引入创新的综合工艺解决方案，以及为使用非化石能源（如氢气、生物质或绿色电力）建立额外的基础设施，所有这三种主要的脱碳路线都有可能实现气候中和。碳捕获可以进一步应用于实现气候中和的最后一公里。
棕地案例：蓝色高炉升级改造
今天，联合型的高炉-转炉（BF-BOF）路线是铁钢生产的主要配置。尽管由于使用大量的铁矿石（大部分是低铁含量）和有限的废钢，导致其二氧化碳排放量很高，但高炉技术仍然是钢铁生产过程中的一个重要组成部分。迅速减少温室气体排放需要逐步转换现有工厂和基础设施。这就是为什么我们开发了“蓝色高炉”技术，作为通往绿色钢铁生产未来道路上的桥梁。
蓝色高炉的决定性特征和实现EASyMelt的第一个主要步骤是生产合成气，并通过高炉下部炉腰部的一个新鼓风口注入合成气，以实现高达28%的减排量。合成气主要由一氧化碳和氢气组成，作为一种还原性气体来替代焦炭。
合成气可以通过各种技术生产。一种是新的重整工艺，即所谓的在重整炉中对焦炉煤气进行干重整。在此过程中，高炉煤气和焦炉煤气在高温下进行重整。由于该工艺只使用钢铁厂的废气，并且可以替代煤炭，因此减少二氧化碳的潜力很大。除了重整炉外，还有其他可用的技术来生产合成气，如天然气或焦炉气和焦油的重整。
在ROGESA的试点工厂
保尔沃特在德国Dillingen的ROGESA Roheisengesellschaft Saar mbH成功运行了一个试点工厂，用于测试焦炉煤气与高炉煤气的干法重整工艺。这是干法重整技术和合成气生产发展的一个重要里程碑。该工艺涉及使用高温无催化剂的重整工艺生产合成气。最初几个月的运行证明了该工艺的可行性，其出色的转化率高达98%。保尔沃特的干法重整工艺生产的合成气具有极佳的成分和温度，可在BF工艺中作为还原气通用，大大超过了传统催化重整工艺生产的合成气质量。还原气的质量和高温不仅允许在炉腰层面，也可在风口层面利用。
棕地案例：使用EASyMelt升级
基于但领先于蓝色高炉的减排潜力，西马克集团正在开发EASyMelt。这种电辅助合成气冶炼炉将作为直接还原路线的替代品，并作为填补铁矿石供应和绿色钢铁需求之间的缺口。
这个概念集合了保尔沃特开发的最新技术，用于替代联合钢厂的传统高炉，帮助其实现碳中和。EASyMelt是一种电气化的直接还原和熔化工艺，仅需使用少量的焦炭，用焦炉煤气、天然气、氢气和氨气等气体完全取代传统的热风炉。根据输入的能量，与传统的BF-BOF路线相比，该技术可以实现60%以上的减排。剩余的直接排放可以通过应用碳捕获、或通过使用生物质或沼气作为原料来减少。以现有的工厂为基础，EASyMelt技术比其他低碳炼铁技术的投资都要低。
该工艺投入灵活，增加了应对供应短缺和市场波动影响的灵活性，并能适应各种情况的需要。然而最重要的是，传统的烧结矿仍可用于EASyMelt，避免了对有限的（高等级）球团供应的激烈竞争，从而使其能源灵活性达到极具竞争性的运营成本。就像蓝色高炉一样，EASyMelt可以通过几个技术要素的逐步共同实施实现零碳炼铁。核心要素是还原性气体的炉腰喷射、以等离子体加热的风口喷射，最后是捕捉剩余的排放物进行储存或利用。
棕地案例：直接还原到开式熔炉
在对现有场地进行脱碳的竞赛中，另一个领先的候选方案是将成熟的利用竖炉的MIDREX®直接还原工艺和开放式电炉（OBF）相结合，以替代现有高炉。这个案例的第一个业绩将安装在蒂森克虏伯钢铁公司。
该技术结合了两个关键过程：在竖炉中直接还原铁矿石产生海绵铁，然后转化为高质量的钢。最初可以使用天然气运行直接还原厂（DRP），之后逐渐引入更多的氢气。
OBF在设计上类似于传统的埋弧炉（SAF），以所谓的“有刷电弧”模式运行。西马克集团有几百个此类炉子的参考业绩。
DRP-OBF路线同时适用于棕地和绿地项目。在现有的钢铁厂，这种组合取代了BF及其相关的烧结、热风和焦化设施。DRP和OBF的理想组合是在设计一开始就将两者就近安装。这可以使DRI热装到OBF，利用显热来降低吨钢能耗。
与传统的BF-BOF路线相比，基于天然气的直接还原与OBF的组合已经减少了约50%的二氧化碳排放。这些排放的减少是由于天然气中较高的氢气含量而实现的。在第二步中，天然气可以逐渐被作为还原气体的氢气所取代，这可以使二氧化碳进一步减少到约65%。
这项技术的主要好处之一是，它减少了对焦煤的需求，而焦煤是传统钢铁生产工艺的关键原料。采用直接还原配合OBF和BOF转炉的直接还原技术具有高度灵活性和适应性。如今的直接还原竖炉需要球团或高品位块矿。之后的OBF可以很理想的实现热装DRI，大大减少电能消耗。另外，OBF也接受任何预还原的铁矿石原料，包括热压块铁（HBI）、冷DRI球团，甚至DRI细粉。由于其还原性，OBF对低品味矿不敏感，解决了电弧炉处理低品位铁矿石的低效问题，并使未来以低品位矿石为原料的氢基绿色钢铁更加可行。除了热装到OBF的DRI外，OBF的入炉原料最多可有10%是结块的废料或流通废钢。这使得钢铁厂可以通过将现有造块中产生的废料加入炉中来降低成本。OBF还能产生类似于BF炉渣，可以在水泥工业中进行造粒和稳定。
采用MIDREX®炼铁技术
基于建筑许可协议，保尔沃特提供MIDREX®直接还原炼铁厂作为其产品组合的一部分。MIDREX提供三种主要技术，为从100%天然气到100%氢气的过渡搭建桥梁：
- MIDREX NG™ 允许在不修改设备的情况下用氢气取代高达30%的天然气。
- MIDREX Flex提供了在任何天然气和氢气混合物（高达100%的氢气）上运行的灵活性，只需进行一些小的修改。
- MIDREX H²设计用于在MIDREX竖炉中使用高达100%的氢气作为原料气。
绿地案例：直接还原铁装入电弧炉
在一个绿地项目中，如果能以有竞争力的价格获得足够数量的绿色氢气，直接还原和电炉炼钢的组合是最好的解决方案。
要运行任何直接还原技术并保持竞争力，充足的天然气或绿色电力是必要的。这就是为什么在中东、北非、北美和俄罗斯等地都建立了天然气直接还原工厂的原因。预还原的高品位铁矿石颗粒在MIDREX®竖炉中被还原，随后DRI热送入电弧炉。再之后电弧炉将其熔化并生产钢水。不需要任何中间步骤，而且——取决于所使用的MIDREX®技术——只需要轻微的渗碳来降低钢中的氮。
从天然气转向可再生氢气，这条路线最接近碳中和。由低碳至氢气零碳DRI的切换可以在竖炉的下锥体，也叫冷却区进行。废钢可以按照下游对污染物和品质要求的上限添加到电炉。这条路线对绿地项目特别有意义——尤其是新建的炼钢厂。