钢铁行业迄今已取得多项技术进步,但世界上大部分钢铁仍然采用高炉生产,其产生的温室气体占全球温室气体排放量的8%以上。统计数据向我们发出了一个非常明确的信息:为实现净零目标,我们应该充分考虑和认真采纳每个解决方案。
从锯末、树皮、木片和刨花以及其他城市固废中拣选出来的废木材都具有可转化为生物炭的潜力。
挪威作为欧洲可再生能源中心,可为此作出巨大贡献。为帮助冶金行业实现脱碳目标,WAI Environmental Solutions (WAI) 的挪威总公司和中国子公司提出了具有成本效益的解决方案:生物炭。WAI 联合创始人兼首席执行官 Steinar Danielsen先生和 WAI 联合创始人兼首席技术官辛刚博士清醒看到前进路上的挑战和风险,他们有信心实现最终目标:让我们生活的世界更美好。Green Steel World很高兴有这次机会采访Danielsen先生和辛刚博士,从而更深入了解WAI 对行业的愿景以及对未来的规划。
欧洲钢铁行业贡献了欧洲GDP总量的1.3%(2021年数据),但同时也贡献了CO 2排放总量的8%。欧盟及各国都投入了大量补贴来帮助钢铁行业脱碳。除拨款之外,大型产业基金和投资公司也在为这一前所未有的工业基础设施转型作出贡献。氢和碳的捕获、储存以及利用是当今钢铁行业脱碳的主流技术。
回溯到几百年前,我们会发现钢铁工业最初是使用木炭(生物炭)作为还原剂从铁矿石中脱除氧气来炼铁。大约 150 年前,质量更高且更易获得的煤炭进入了人们的视野,并取代了木炭。
WAI 成立于 2017 年。在某种意义上,WAI 在引导钢铁行业走向最初的起点。简而言之,WAI 用生物炭来替代冶金行业所使用的化石碳。“我们已经开发出能够产出高质量生物炭的技术,其密度、机械性和耐热性满足直接替代化石碳的要求,” 在我们深入讨论这个话题时,辛刚博士指出。 “我们的工艺结合了热解和生物炭改性技术等传统方法。通过在传统生物能源工厂中实施新技术,不仅能产出生物能源,还能产出生物炭等材料。热解技术本身最近取得了许多进展。该技术具有高度可扩展性,只要原料来源稳定,就可以实现大规模生产。”
锯末、树皮、木片和刨花以及其他从城市固废中拣选出来的废木材都是有潜力转化为生物炭的原料。根据 WAI 的产品碳足迹分析,每吨生物炭可替代重达 1.3吨的化石碳,相当于减少 3.3吨CO2 排放量。
“目前,木炭主要产自巴西和东南亚的硬木。这一过程不仅能源效率低下,而且运输时间长、成本高。我们认为,最好的解决方案是,在不改变最终冶金产品的性质,也不改变所需冶炼设施的情况下,在当地使用森林残留物或废木材,以生产高质量的生物炭来直接替代炼钢过程中所需的冶金煤和焦炭。这样,钢铁企业就无需大量投资。”辛刚博士评论道。
根据 WAI 的产品碳足迹分析,每吨生物炭可替代重达1.3吨的化石碳,相当于减少 3.3吨CO 2排放量。
根据欧盟可再生能源指令III(EU RED III),生物质更适合材料回收与再利用
欧洲锯木厂副产品和拆除木材(A、B 和 C 型)的总量预计可生产1000-1200万吨生物炭。较之欧洲进口的6000 万吨冶金煤,这代表着巨大的脱碳潜力。 “我们需要更多的原料,例如森林采伐残留物、废木材、纸浆和纸张以及生物炼制废物。如果能实现这一点,我们能够满足总需求的20%~30%。我们认为,到2050年,氢将成为钢铁行业主要的脱碳工具,但在转型期间,生物炭仍可助力欧洲钢铁行业减少CO 2 排放总量的10%~20% 。即使氢技术最终得以实施,并且大部分现有高炉被电弧炉(EAF)取代,电弧炉(EAF)对生物炭材料的需求仍将产生巨大的市场缺口,这也将维持生物炭的市场需求。”辛刚博士解释道。
当被问及原料的供应情况时,Danielsen 先生进行了详细阐述,同时表达了 WAI 对市场的总体满意度。 “此前两三年,原料供应情况非常良好。由于缺乏存储空间,锯木厂经常低价出售副产品。由于能源危机以及随之而来的对生物能源的担忧,这些副产品的价格飙升。然而,能源危机正在缓慢结束,未来一两年内,副产品价格将随之下降。最新版的欧盟可再生能源指令(RED III)中的级联原则指出,木质生物质的使用应遵循发挥其最高的经济和环境附加值的原则。这将引导木材工业在材料回收利用上实施比生物能源应用(比如生物质燃烧)更优的解决方案。生物炭是对森林残留物和废木材进行材料回收利用的优选方案,这将提高锯木厂和废木材处理公司的可持续发展水平。”
WAI 首席执行官 Steinar Danielsen 先生,WAI 首席技术官辛刚博士
照片:Helene Vego 海伦娜·维果
惠及各方的商业模式
WAI的商业模式不仅有利于钢铁行业,也有利于木材行业。由于锯木厂对其副产品没有良好的解决方案,他们不得不将副产品运送到其他设施,例如造纸厂和焚烧厂。由于产品体积大且含水量可能高于50%,生物质的价值在运输过程中大大降低。
辛刚博士再次强调了可持续战略的广泛应用,并提出了合适的解决方案。 “通过在锯木厂内建立生物炭生产设施,将锯木厂副产品转变为生物炭并制造炭颗粒。同直接运输锯木厂副产品相比,这可以减少高达 90% 的运输量。”
合成气是 WAI 可持续生产过程中获得的副产品。得益于有机朗肯循环,生产过程同时可产出热水、蒸汽和电力。 “如果在锯木厂落地我们的技术,我们将能够回收热能,用于锯木厂木头产品的干化。锯木厂则无需投资新的锅炉或新的烟气处理设施,”辛刚博士解释道。
WAI 的两位联合创始人确信,在钢铁行业认识到生物炭的潜力之后,随着技术的进步,木材工业也将很快跟进。 “挪威及其他欧洲国家都有固定的时限来更换现有锅炉。我们希望能够落实我们的规划,向企业展示存在一种更具可持续性、更具成本效益的选择。企业无需购买新锅炉或将生物质运送到焚烧厂处理。” Danielsen先生表示。
潜力无限
目前,WAI 拥有一座处理能力为每小时300公斤的示范工厂。换言之,WAI 每年能够生产约500 吨的生物炭。WAI 的下一步计划是在 2025 年投产一座年产 5000 吨的生物炭工厂。
“我们有多种产品。我们的Injection Biocarbon 可以在粉碎后通过管道喷吹到高炉中。目前,市场规模巨大,但预计电弧炉将取代高炉,欧洲市场面临萎缩。因而我们开发了第二个产品, Charge Biocarbon。它的耐热性和机械稳定性使其适合在电弧炉中使用。”
辛刚博士解释道: “我们还在继续开发我们的Charge Biocarbon,以满足硅、硅铁、锰铁、铝工业的要求。我们正在与欧洲最大的研究机构之一 SINTEF 密切合作,以满足有色金属冶炼行业的需求。SINTEF的专业知识和经验极大地促进了我们的产品开发。”
WAI 团队充分意识到证明可行性的重要性。一旦建立了全规模的概念验证工厂,WAI 将使用许可证的商业模式与全球各地的原料供应商合作并建立工厂。为此目标,挪威政府已拨款约 400 万欧元,欧洲和挪威其他资助机构还提供了 800 万欧元的资金,用于推进其他生物基碳产品的开发。 “当概念验证工厂准备就绪后,风险进一步降低。出于巨大需求,这种商业模式将被迅速推进。我们积极寻求与冶金行业和投资公司的密切合作。生物炭产业还很年轻,但发展迅速。我们需要更多资金来加速该行业的发展。” Danielsen先生表示。
WAI 的下一步计划是在 2025 年投产一座年产 5000 吨的生物炭工厂。
对美好未来坚定不移地信念
Danielsen先生、辛刚博士及其团队充分了解冶金行业供应链的高要求,但他们坚定地选择可持续发展的道路。WAI 持有为整体脱碳议程做贡献的坚定信念,明确承诺对生产步骤开诚布公。
“挪威有着悠久的清洁能源传统,甚至被称作欧洲的绿色电池。我们将尽全力支持冶金行业。我们的解决方案和技术证实,从长远来看,脱碳至关重要,” Danielsen先生评论道。 “我职业生涯的大部分时间在邮轮行业度过。我想在邮轮污染物排放控制的可持续发展上尽自己的一份力量。约二十年前,我开始研究应用于海洋工业的热解技术。我们现在正尝试在陆地上继续开发这一技术。就个人而言,我坚信应重视废物的价值并引导回收和再利用,而不是任由其污染我们的星球。因此,我认为我们从事的事业非常有意义。”
辛刚博士认同他合作伙伴的感受。 “从事环境工程工作时,我意识到控制污染和改善环境是一项伟大的任务。2017年创立WAI 时,碳减排被证明是主流趋势,也促使我们公司从污染控制向碳减排方向转型。然而,我想强调的是,我们的目标不仅仅是碳减排。我们更多地是制造一种具有特定功能性和高价值的材料。我们正在积极将WAI从一家ESG(环境、社会责任和公司治理)公司转型为基于ESG的材料技术公司。钢铁行业为我们提供了巨大的发展空间,我们坚信WAI 将大有作为。”
