鋼鐵產業邁向淨零之發展：以各大鋼鐵規劃或嘗試應用氫氣煉鋼為例

黃佳寗＊主筆

* 金屬工業研發中心 企廣處產研組 產業分析師

一、鋼鐵產業的淨零脈絡

　　鋼鐵產業為許多產業的重要支柱，是支撐現代社會的重要材料。鋼鐵的應用相當廣泛，但由於其生產過程會產生大量的溫室氣體，也成為導致氣候變遷的主要因素之一。參考非政府組織Global Energy Monitor的調查，全球鋼鐵產業一年約產生30億噸的二氧化碳排放量，佔全球總排放量的9%。鋼鐵業是中國製造業中排放量最高的產業，佔全國比例15%，美國鋼鐵產業排放也在總排放比例中位列第二（24%），僅次於水泥。

　　面對世界日益高漲的淨零減碳呼籲，鋼鐵產業的淨零勢在必行。專家預測，若全球欲在2050年達成淨零排放目標，鋼鐵產業屆時必須減碳90%，才能讓全球升溫幅度控制在1.5度內。產業發展不可能不使用鋼鐵，但如何鼓勵鋼鐵產業應用低碳技術，也成為未來的重要發展方向。

二、氫氣煉鋼之實際案例

　　面對對鋼鐵產業的減碳趨勢，越來越多工廠嘗試導入減碳技術或新型的煉製流程，以減少電力使用和溫室氣體排放，如更高級且高效的冶煉技術、生質鍛造（Biobased steelmaking）、碳捕捉與封存技術。近年來，伴隨氫能技術逐漸成熟，氫氣煉鋼也成為鋼鐵產業減碳的重要應用模式之一。

（一）瑞典SSAB

　　國際能源總署(IEA)指出，鋼鐵產業是「煤炭」的最大消費者，其消耗大約75%的能源需求。為有效降低鋼鐵產業的能源消耗，並嘗試新技術煉鋼，進而催生了Hybrit計畫（Hydrogen Breakthrough Ironmaking Technology, Hybrit）。該計畫係由瑞典SSAB、LKAB和Vattenfall等企業合作於2016年推出的氫氣煉鋼試驗計畫，以開發並應用第一種無化石燃料（fossil-free fuel）來生產無化石鋼鐵(fossil-free iron)為主要目標。除採用無化石燃料外，並將氫氣作為還原海綿鐵的主要催化劑，促使鋼鐵製程中的排碳量降至最低，進而達成煉製無化石鋼鐵的預設目標。

　　據Hybrit計畫官網描述，使用該技術可將瑞典的二氧化碳總排放量降低10%。經多年嘗試，SSAB於2021年成功煉製首批無化石鋼鐵或綠鋼，截至目前為止，已成功生產上百噸。首批綠鋼交付給瑞典Volvo，作為打造車身結構的重要材料之一，其也成為全球首家使用綠鋼的汽車製造商。未來，SSAB規劃擴大氫氣煉鋼的產能，預計2026年可供應達商業規模的綠鋼。同時為確保有足夠的氫氣來源，LKAB、Vattenfall和SSAB共同投資1.5億瑞典克朗，外加瑞典能源署資助的5,000萬瑞典克朗，共計2億瑞典克朗，於Hybrit試驗工廠鄰近建置氫氣儲存設施，預計2024年完成並啟用。

（二）德國Thyssen Krupp及其他鋼鐵廠

　　歐洲最大鋼鐵生產商蒂森克虜伯（Thyssen Krupp）位於魯爾煤礦產區的煉鋼廠，為達成2045年公司碳中和的目標，其董事會於2022年9月拍板，投資超過18億歐元建造德國最大直接還原(direct reduction)煉鐵廠，預計2026年完工啓用。傳統高爐煉鐵是運用焦炭將鐵礦砂中的鐵還原出來，也是會大量排放二氧化碳的製程。改用氫氣作為催化劑的直接還原爐，溫度僅攝氏800度，過程中也只會產出水和蒸氣，可降低製程排碳85%。未來兩年內，Thyssen Kruppru將建立小型工廠，但一開始會先用天然氣試驗直接還原，再逐步提高氫氣應用比例，期望至2029年能全部轉用氫氣。

(三) 盧森堡ArcelorMittal鋼鐵廠

　　全球著名大鋼鐵廠安賽樂米塔爾（ArcelorMittal）總部設於盧森堡，於2020年宣布歐洲廠區將於2030年減排30%，2050年實現全球營運淨零碳排。為此，ArcelorMittal決定以能源轉型、原料供應和創造市場三方面來達成碳中和。在能源轉型上，將運用循環碳、再生電力、綠氫煉鋼和碳捕捉與封存來強化。循環碳（circular carbon）是不斷循環利用自然界中的各種碳來達成碳中和，如運用沼氣、廢塑膠、農林業廢棄物等。ArcelorMittal推動名為「鬥牛士」計畫（Torero），在比利時根特（Ghent）斥資5,000萬歐元（約新台幣17億元）興建大型示範工廠，將12萬噸廢木材轉化為生物煤，以取代煤炭用來還原鐵礦石，於2022年底運轉。

　　在綠氫煉鋼方面，ArcelorMittal規劃於2023年讓歐洲唯一一座直接還原鐵（Direct reduced iron）電弧爐鋼廠測試運轉，測試綠氫還原鐵礦石的能力，預計初期可年產10萬公噸零碳鋼鐵，並規劃至2030年待技術相對成熟、價格降低但產量提升時再做較大規模的導入應用。另，ArcelorMittal不僅嘗試生產綠鋼，也推出鋼鐵業第一個綠色鋼鐵認證。該認證類似能源業的再生能源憑證（Renewable Energy Certificates），讓客戶可據此抵銷範疇三（供應鏈）的碳排量，也協助ArcelorMittal自身範疇三的減排。

(四)日本製鐵

　　日本鋼鐵廠也相當關注如何減少鋼鐵產業的碳排量。為實現減碳，日本大型鋼鐵製造商已揭示至2030年的技術研發進程與規劃，如日本製鐵將啟動氫氣製鐵、以電爐製造高級鋼板和應用碳循環高爐的驗證。日本製鐵於2022年5月向媒體公開次世代設備：位於東京灣千葉縣的東日本製鐵所君津廠區，高約20公尺的「COURSE50」（CO2 Ultimate Reduction System for Cool Earth 50），是2050年實現減碳30%的試驗高爐，該設備是將部分的焦煤替換為氫以減少碳排。

三、對台灣鋼鐵產業的啟示

　　伴隨國際間關於淨零減碳的呼籲不斷發酵，台灣鋼鐵廠也無法置身事外。因應國際趨勢，2022年3月國發會發布「2050淨零排放路徑」，經濟部也於同年10月發布「製造部門2030淨零轉型路徑」，針對鋼鐵等高碳排產業的減碳已有相應的規劃。在減碳技術與需求、疫情防控、國際情勢等種種因素影響下，鋼鐵價格大漲，也意味著短期內要取得足夠的鋼鐵材料將付出比以往更高的成本，如何在減碳與高質量鋼材中取得平衡，也成為台灣鋼鐵產業日後不可忽視的課題。

　　製程改善、提升能效等邁向淨零的規劃與導入應用，通常需耗費大量資源。目前國內幾家大型鋼鐵業者，如中鋼、華新麗華等已有減碳的相關規劃。該等大企業在搭配政府資源的投入下，也規劃應用氫能鍊鋼技術，期望藉由以大帶小的模式帶動中下游廠商一同減碳，但畢竟每個廠商的能力及設備仍有不小差異，具體要如何協助供應鏈不同環節的廠商進行轉型與升級，還有必要從長計議。

參考資料

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2.王茜穎（2021），聰明碳＋綠氫煉鋼　全球最大鋼鐵廠安賽樂米塔爾：零碳未來要靠我！｜從近零到淨零，CSR@天下，2021/05/11，https://csr.cw.com.tw/article/41978。

3.呂威逸（2021），「綠化」鋼鐵業的挑戰：貢獻全球9％碳排放的產業，如何邁向淨零？今週刊，2021/10/06，https://reurl.cc/GempoW。

4.林鍵鱗（2022），日本鋼鐵業界2030年減碳進程，驗證氫能製鐵、電爐、碳循環高爐，數位時代，2022/07/18，https://www.bnext.com.tw/article/70670/-japan's-steel---carbon-reduction--2030-0717。

5.莊貿捷（2021），瑞典成功生產無化石參與的乾淨鋼鐵，「綠氫煉鋼」將迎來全球高鋼價時代，關鍵評論，2021/08/20，https://www.thenewslens.com/article/155342#salon_comment。

6.黃靖萱、馬自明（2021），瘋狂鋼鐵》 高鋼價時代來了，買車、買房都變貴，商業週刊，2021/05/05，https://www.businessweekly.com.tw/focus/indep/6004138。

7.劉光瑩（2022），不只台積在用！直擊歐洲從鋼鐵到垃圾車都用氫能，它是能源救星？天下雜誌758期，2022/10/04，https://www.cw.com.tw/article/5123008?template=transformers。

8.Hybrit: Fossil-Free Steel, https://www.hybritdevelopment.se/en/.

9.SSAB, HYBRIT: SSAB, LKAB and Vattenfall first in the world with hydrogen-reduced sponge iron, 2021/06/21, https://www.ssab.com/en/news/2021/06/hybrit-ssab-lkab-and-