欧洲工业转型与排放创新中心对2020-2025年开展的500多项工业领域示范技术项目进行筛选，形成2026年创新技术评估报告，作为欧洲工业绿色转型的技术指南。报告中所选出的技术，其技术就绪水平（TRL）达到6-7级或更高。其中钢铁行业低碳转型技术按三大技术路径进行分类，一是智能碳利用（SCU）、二是直接碳减排（CDA）、三是循环经济/工业协同。本文对五项智能碳利用技术从其技术概况、技术关键点、环境绩效、技术成熟度等方面进行介绍。
1.EASyMelt技术
1.1 技术概况
EASyMelt技术融合了多种工艺，旨在通过干式重整器对高炉炉顶煤气进行循环利用，以维持高炉的正常运行并生产合成气。随后，将合成气注入高炉炉身部位或在注入风口前经等离子炬进行电加热。这一工艺取代了传统的热风炉，改用干式重整器，并可集成氨裂解装置，用于生产氢气，进而直接注入风口。此举不仅提高了工艺效率，还降低了对化石燃料的依赖。
1.2 技术关键点
合成气干重整器：通过对高炉煤气与碳氢化合物（优选焦炉煤气或天然气）中的二氧化碳进行干重整反应生产合成气。反应式：CO2+CH4→2CO+2H2。干重整反应器在超过1100℃的温度下运行，无需催化剂。自2021年起在迪林格钢铁厂运行的中试装置，甲烷转化率高达97%以上，合成气的减量比最高可达48（CO+H2/CO2+H2O），所产合成气的温度范围为1200-1400℃。
等离子炬：采用的是一台350kVA的等离子炬将合成气加热至1700-2200℃，喷入风口。一台功率更大的1.6MVA等离子炬于2025年投入运行。
氨裂解器：将氨加热并裂解为H2和N2（2NH3→N2+3H2），随后进行过热处理，以便通过风口喷入。未经冷却的裂解氨直接喷入，从而可充分利用其全部热能。此外，这一过程无需对氨进行冷却并将其分离成N2和H2——而后者是一个能耗极高的工序。
竖炉喷吹：克服了焦炭消耗率极低带来的挑战。炉身喷吹能够绕过可能出现渗透性问题的黏结带，从而有助于实现高品位直接还原铁的利用。
1.3 环境绩效
碳排放：据估算，若将氨用作氢载体，并配合使用热压块铁（HBI），则可实现二氧化碳排放总量减少70%（吨钢碳排放为502千克）。此外，采用氢气替代焦炭时，焦比可大幅下降至约129千克/吨铁。
能源效率：由于将高品质高炉煤气循环利用于炉内，并将焦炭用量减少一半，与传统高炉-转炉工艺相比，能源消耗得以降低，从而降低了焦化厂的能源需求。当采用氨裂解工艺时，无需再设置变压吸附系统来净化和分离N2/H2，这将进一步使整体能源消耗降低约10%。
污染物排放：降低焦炭用量可减少高炉煤气中的硫含量，从而在煤气燃烧时降低SOx排放。
副产物：焦炭消耗减少且工艺气体中氢气含量提高，可降低粉尘和渣的产生，从而减少总体残余物的生成，有助于实现更清洁的生产。
1.4 技术成熟度
该技术达到技术就绪水平，其中干式重整器的技术就绪水平为7级；等离子炬的技术就绪水平为6级；氨裂解器已在小规模工业中应用；竖炉喷吹的技术就绪水平达到9级。
2.生物质热解炭化用于生产生物煤，以替代煤粉
2.1 技术概况
该技术通过热解工艺将生物质（即废弃的B级木材）转化为生物煤，并将其用作高炉中替代煤粉的燃料。
该技术已在安赛乐米塔尔位于根特的示范厂进行大型规模开发与测试。目前，该示范厂生产的生物煤用于替代约5%的高炉用煤粉。
2.2 技术关键点
原料接收/分拣/筛选：示范厂采用废弃木材，特别是B级木材（例如刨花板和单板）。B级木材首先储存在湿式料仓中，经过筛选以去除金属等杂质，并在连续带式干燥机中进行干燥。
炭化工艺：将干燥的木材在惰性环境中加热至约250-320℃，以进行热解反应。这一加热过程可使木材生成生物煤，其能量密度更高、易于粉碎、具有疏水性，且与原始木材相比，氧碳比（O/C）更低。
废气管理：热解过程会在300℃下产生一种被称为“焦油气”的富含焦油的可燃气体。这种焦油气首先从除尘旋风器内的灰烬中分离出来，随后在热氧化炉中以约900℃的温度氧化两秒钟，以降低挥发性有机化合物（VOCs）及其他污染物的含量。回收在此过程中产生的热量，用于干燥湿木材并产生蒸汽。
2.3 环境绩效
碳排放：理论上，按生物煤替代煤粉的比例为75%测算，使用1吨生物煤可减少2.25吨二氧化碳排放。
污染物排放：排放量取决于反应器的负荷以及废木材的质量。目前尚未提供的潜在排放数据，因为迄今为止开展的试验表明，常规污染物（例如NOx、SO2、粉尘）的排放量变化过大，尚无法得出明确结论。
2.4 技术成熟度
该技术在安赛乐米塔尔根特厂大型示范工厂中开发并经过测试，技术就绪水平达到8/9级。
3.采用胺基混合溶剂吸收法捕集高炉煤气中的二氧化碳
3.1 技术概况
该技术通过一种采用分相溶剂（名为DMX）的CO2吸收工艺，实现高炉煤气中碳的捕集。安赛乐米塔尔在位于法国敦刻尔克的的工厂进行了示范验证。
DMX由两种不同胺类物质混合而成，可在特定温度和二氧化碳分压条件下，实现富含二氧化碳相与贫二氧化碳相之间的液液相分离。只有富含二氧化碳的相会被进一步送入汽提塔，以生产纯净的二氧化碳流；而贫二氧化碳相则被返回吸收段。与基于标准胺溶剂的传统碳捕集工艺相比，这一工艺可大幅降低整体能耗。
3.2 技术关键点
高炉煤气预处理与压缩：高炉煤气需经过除尘处理，并压缩至DMX吸收塔入口所需的进气压力。
吸收段：压缩后的原料气进入吸收塔，与溶剂呈逆流状态流动。吸收塔的运行温度控制在22-25℃。富含CO2的溶剂随后通过换热器进行预热，以便在倾析器（分相器）中创造有利的分相条件。排出的贫CO2气体在进入水洗段之前，会先经过第二座吸收塔进行进一步处理。水洗段处理后，净化气体将被送回高炉煤气管网。
倾析器（分相器）：加热后，富含CO2的溶剂会分离成两个明显的液相。富含CO2的重相进入汽提塔进行再生；而CO2含量较低（贫CO2）的轻相则循环回吸收塔，重新用于捕集更多的CO2。
再生段：汽提塔在130-150℃的微负压环境下运行，通过加热将吸收的CO2释放出来。热量由消耗蒸汽的再沸器提供。释放出的CO2在汽提塔内向上流动，而贫溶剂则被冷却至约20-40℃，随后循环回吸收塔。
3.3 环境绩效
CO?捕集率：DMX技术能够实现超过90%的CO2捕集率，且捕集到的CO2纯度大于99%。
能耗：该工厂的能耗（主要与蒸汽产生有关）为每捕集1吨CO2消耗2.3-2.9吉焦。与碳捕集应用中常用的标准胺类溶剂（30wt%单乙醇胺，即MEA）相比，采用分相溶剂可使能耗降低30%。
污染物排放：污染物排放主要来源于吸收塔，因此需要进行处理。排放的主要化合物是胺类物质以及溶剂产生的其他挥发性降解产物（例如氨气）。在大型规模的工厂中，必须设置多个逆流水洗段和一个酸洗段，以确保对胺类/氨气排放进行彻底处理，从而使溶剂产生的排放量降至1ppm以下。
3.4 技术成熟度
该技术核心环节已达到技术就绪水平7级，特别是吸收塔和再生段。安赛乐米塔尔敦刻尔克工厂（于2023年投产）碳捕集能力为每小时0.5吨CO2，完成约5000小时的运行并进行了100多项参数优化测试。测试结果证实了该工艺具有长期稳定的性能、良好的自动化水平，且溶剂降解率极低（小于0.5%）。
4.通过发酵钢铁生产过程中产生的富含一氧化碳的气体生产二代乙醇
4.1 技术概况
该技术利用LanzaTech开发的工艺，在专门设计的生物反应器中，采用一种特殊的生物催化剂对原料气进行转化，例如将高炉煤气转化为燃料级乙醇。目前，实现商业规模的工厂使用的主要原料气是含有一氧化碳（CO）的工业废气，例如钢铁厂和铁合金厂排放的煤气。原则上，任何含有可用碳源（CO或CO2）和能源（CO或H2）的气体都可以作为原料气使用。
4.2 技术关键点
高炉煤气输送：高炉煤气在预处理（如干法除尘）后，通过管道进行输送。
压缩与变压吸附分离：低压高炉煤气经压缩后进入变压吸附装置，该装置将气体分离为两股气流：一股是富一氧化碳（CO）气流，另一股是富二氧化碳（CO2）气流。富二氧化碳气流被送回发电厂用于燃烧后碳捕集，而富一氧化碳气流则被导向生物反应器。
生物反应器：富一氧化碳气流被注入生物反应器，在特定的温度和压力条件下转化为乙醇。使用接种器来培养生物催化剂种群，随后将其转移到生物反应器中。该生物反应器的一氧化碳利用率超过90%。
精馏塔：生物反应器中产生的乙醇通过精馏塔与其他物质分离。最终得到的乙醇浓度达到98.7%，可作为可持续燃料或化工原料使用。
4.3 环境绩效
高效能源回收：相比发电，能够更高效地捕获和再利用钢铁冶炼过程中产生的煤气。
碳排放：与传统汽油相比，该工艺生产的乙醇在其整个生命周期内的碳排放量减少了50%-87%。
生物催化剂：所使用的生物催化剂是一种非转基因、无害的厌氧微生物。
污染物排放：不产生任何大气污染物排放。
4.4 技术成熟度
2023年9月，安赛乐米塔尔在Steelanol工厂启动乙醇生产，年产能可达6.4万吨（8000万升）。其生产的乙醇可通过“醇制航空燃料（ATJ）”工艺转化为可持续航空燃料（SAF）。该技术达到技术就绪水平的最高级，9级。
5.利用钢铁厂煤气生产可持续化学品和燃料的技术
5.1 技术概述
该技术是通过化学方式利用钢铁厂煤气，生产可持续的化学品和燃料。这一技术由蒂森克虏伯及其合作伙伴在Carbon2Chem®项目中开发。Carbon2Chem®技术能够利用高炉煤气、转炉煤气和焦炉煤气，生产可持续的甲醇、氨以及航空燃料。目前，这些煤气主要用于发电，存在碳排放高和发电效率偏低等缺点。
5.2 技术关键点
Carbon2Chem®方法需要同时实施四种化学利用途径，以生产可持续的化学品和燃料：一是将高炉煤气直接转化为甲醇；二是利用从高炉煤气中捕获的二氧化碳生产甲醇；三是将纯化的高炉煤气直接转化为甲醇；四是利用发电厂捕集的二氧化碳生产甲醇（燃烧后捕集）。
缺乏用于从高炉煤气、转炉煤气和捕集的二氧化碳制备合成气的氢气，可通过以下方式加以弥补：利用可再生能源进行水电解制氢或采用变压吸附工艺从焦炉煤气中分离氢气。
5.3 环境绩效
温室气体排放：在电网电力碳足迹为0.16kgCO2-eq/kWh的情况下（代表德国在淘汰煤炭后的电网结构，例如2038年的水平），利用高炉煤气的工艺路线每年可减少129万-152万吨二氧化碳当量的排放；而利用转炉煤气的工艺路线每年可减少188万-243万吨二氧化碳当量的排放。总体而言，其减排幅度在6.4%至11.8%之间。
能源消费：直接使用高炉煤气和转炉煤气作为碳源生产甲醇，其优势在于能耗显著低于利用二氧化碳生产甲醇。具体的能耗水平取决于氢气的来源和工艺。例如，仅使用焦炉煤气中的氢气时，能耗为3.5-4.0MWhel/t；而采用100%电解水制氢的CO2基甲醇合成工艺，能耗则高达10.9MWhel/t（甲醇）。由于能耗要求低于CO2基合成工艺，这使得利用钢铁厂煤气大规模生产甲醇极具吸引力。
5.4 技术成熟度
Carbon2Chem®方案采用了多种技术。其中，钢铁厂煤气的净化技术已达到技术就绪水平7-8级。气体调节步骤（如水煤气变换、二氧化碳脱除或甲烷化）已在蒂森克虏伯的化工厂中，使用不同成分的原料气进行了验证，其技术就绪水平达到了8级。氨的化学合成是一项特征明确、技术就绪水平达到9级的工艺。甲醇合成的技术就绪水平在7-9级之间不等，具体取决于所使用的原料气类型。
