从本质上讲，钢铁生产有三个主要的工艺路线：传统的高炉和直接还原等初级炼钢工艺，以及二次电炉炼钢工艺。目前全球的钢铁生产约71%是通过初级高炉路线、6%通过直接还原工艺完成的，通过电弧炉进行的二次炼钢工艺约占23%。
高炉炼铁
钢由90%的铁元素组成。在大多数情况下，生铁首先在高炉（BF）中通过碳（以焦炭的形式）在高温下还原铁矿石生成，高炉连续运行，炉料从炉顶装入，熔化的铁水和炉渣从底部排出。第二步，生铁在碱性氧气炉中，也称为转炉，被进一步提纯。然而，整个工艺过程会产生对气候有害的气体，主要是二氧化碳（CO₂），每吨粗钢都会产生约1.8公吨的二氧化碳排放，这与一个人每年通勤8,100公里所产生的二氧化碳量大致相同。
大部分的二氧化碳是在高炉内的化学反应中产生的。整个过程不是通过热量将铁矿石转变为铁，而是要将铁矿石中的氧脱离，焦化厂用煤生产的焦炭通常正是用于这一目的。它在高炉的下部用热空气加热，并与空气中的氧结合气化，形成还原性气体一氧化碳。一氧化碳气体上升到炉顶的过程中，与铁矿石中的氧结合，生成二氧化碳。目前，在整个钢铁的生产过程中，大约85%的二氧化碳排放是在高炉中产生的。
通过对高炉的现代化改造， 可以减少60%的二氧化碳排放量
尽管高炉是碳密集型的，但由于其具有产量高和处理各种铁矿石能力强的特点，高炉工艺在钢铁工业中仍然是至关重要的。因此，蓝色高炉和EASyMelt等正在进行的技术研发，旨在使高炉现代化，减少温室气体排放，确保钢铁生产更绿色和更可持续的未来。
蓝色高炉和EASyMelt技术的核心是利用合成气，这是一种主要由一氧化碳和氢气组成的气体。合成气作为一种还原剂，替代了高炉中焦炭的使用。通过在炉身下部的新的围管喷吹合成气，可以实现30%左右的二氧化碳减排量。
通过使用EASyMelt概念进一步升级高炉，能达到60%以上的减碳效果。该解决方案可以通过低成本的分步实施来实现，通过几个技术要素的共同作用来实现净零炼铁，如还原气体的炉身喷吹、基于等离子的超级加热，以及碳捕集封存或利用。EASyMelt低碳高炉是一种电气化的直接还原和熔化工艺的结合，仅使用少量焦炭，用焦炉煤气、天然气、氢气和氨气等气体，完全代替了传统热风。
电炉炼钢路线
第二大钢铁生产路线是电弧炉（EAF）工艺。电弧炉主要使用废钢作为原料，而不是铁矿石，并对其进行相应地加工。废钢在电弧炉中高温熔化，转化为高质量的钢铁产品。石墨电极传导电流并产生电弧，以高效率及高能量密度将电能转换为熔化热。与传统的炼钢方法相比，它具有多种优势，包括能源效率、原材料使用的灵活性，以及减少温室气体排放。由于这种工艺不需要铁矿石，因此在实际过程中几乎不产生二氧化碳。然而，这个过程需要大量的电力。在今天的大多数国家，电力仍然主要来自化石能源，如煤或天然气。因此，二氧化碳的排放是在较早的发电阶段产生的。
与高炉路线相比，电炉炼钢有90%左右的减碳潜力，电炉炼钢将是钢铁制造商生产绿色钢铁的最佳选择。然而，电炉炼钢也面临某些瓶颈，其中一个主要瓶颈是废钢的供应和质量。电炉炼钢严重依赖废钢，而废钢供应和成分的波动会影响炼钢过程。由于废钢中缺乏必要的合金元素，它在生产特殊钢种方面也有限制。因此，我们需要一些创新的解决方法，以便在气候中和的钢铁生产和保护环境方面取得重大进展。
直接还原路线
高炉路线的一个主要替代方案是在竖炉中用还原性气体生产直接还原铁。直接还原工艺操作简单，只涉及三个主要单元：铁矿石还原、气体预热和天然气重整。
说说该工艺的细节：DRI（直接还原铁）的生产是从铁矿石球团开始的，它通过热还原气流进行还原，去除矿物中的氧。还原是在逆流竖炉中进行的，炉料在重力作用下下降，热还原气体被喷入直接还原竖炉的中心。工艺灵活且有多种选择，既可以使用天然气也可以使用氢气作为还原气体。然后，生产出的直接还原铁将被送入开放式熔炉（OBF）或电弧炉（EAF）进行下游熔炼。
直接还原可以基于天然气，由于天然气中含氢量较高，天然气气基直接还原已经实现了显著的减排。或者直接还原厂也可以使用可再生的氢气作为还原气体，这可以使DRI-OBF配置的工厂的二氧化碳进一步减少65%左右，DRI-EAF配置的工厂的二氧化碳减少95%。
钢铁生产可以向绿色转变！
通过下图，我们可以看到不同工艺路线的碳排放强度差异很大，从高炉每吨钢平均1,800公斤二氧化碳，到直接还原的约650公斤，到废钢基电炉路线的约130公斤。难道所有的钢厂不应该立即改用低的碳排放路线吗？其实，没有一个放之四海而皆准的“最佳”选择。原因之一是这些低碳路线现在的运行成本极高，且投资回收周期也很长。这就是为什么我们必须通过对现有工厂的改造来实现未来大部分二氧化碳的减排的原因。数据表明，现有的高炉可以通过适当的投资进行改造，从而大幅减少二氧化碳的排放。
