河钢CCUS技术实现历史性突破 将钢铁工业碳排放转化为蛋白与建材

在“双碳”目标深入推进背景下,钢铁行业作为能源资源密集型产业,既面临减排压力,也承受固废处置约束。

传统减排更多聚焦末端治理,成本高、收益弱,难以形成持续投入的内生动力。

近日,河钢在唐钢新区贯通“高炉煤气碳捕集耦合微生物固碳产蛋白”与“钢渣烟气碳化资源化”两项工业示范项目,尝试把二氧化碳和冶炼固废从“治理对象”转变为“生产要素”,为钢铁行业探索出一条从减排走向增值的综合路径。

问题在于,钢铁生产过程碳排放源多、浓度差异大,既有高炉煤气等相对易于捕集的高浓度气体,也有烟气等低浓度排放;同时钢渣等固体副产物产生量大、堆存占地、二次环境风险突出。

长期以来,碳捕集利用与封存受制于捕集能耗、技术耦合和利用场景不足,固废资源化又受到产品性能、成本和市场认可度等因素影响,导致“能减排但难赚钱”“能资源化但难规模化”的结构性矛盾。

造成上述矛盾的关键原因,一是单一技术路径难以覆盖钢铁工艺“长短流程”并实现协同,碳源与固废源往往被分割处理,系统效率不高;二是碳资源化利用的产品端缺少稳定需求,部分利用路线附加值有限,难以对冲捕集与转化成本;三是低浓度二氧化碳捕集与固化效率偏低,限制了从点位示范走向产业化推广。

此次示范项目在技术集成上突出“耦合”与“闭环”。

在碳捕获与高值化利用方面,项目利用高性能变压吸附材料并耦合余热余压等资源,实现高炉煤气高效捕集,捕集二氧化碳浓度超过95%。

更重要的是,捕集到的二氧化碳被引入微生物发酵环节,转化为蛋白含量达70%的菌体蛋白,可作为饲料蛋白来源之一。

这一做法把传统意义上的“排放控制”延伸为“产品制造”,为碳资源化提供了更具市场弹性的出口。

在固废协同与资源化方面,项目聚焦钢渣与低浓度烟气二氧化碳的协同固化,通过烟气碳化使钢渣矿化并制备建材产品,形成兼顾固碳与材料性能的路线。

据介绍,所制备材料固碳量可达20%,抗压强度超过30MPa,有望用于基础设施建设等场景。

该路径同时回应了钢渣长期堆存的行业难题:一方面以矿化方式实现二氧化碳的稳定固存,另一方面以建材化应用推动钢渣从“处置成本”向“材料价值”转变。

从影响看,此类“捕获—转化—增值”的系统工程有望带来三方面变化:其一,推动钢铁企业减排从依赖外部补贴、配额约束的被动模式,转向由产品收益反哺技术投入的主动模式,提升持续减排能力;其二,带动绿色蛋白、绿色建材等新兴市场供给侧变革,为相关产业链提供低碳原料与新产品;其三,为钢铁行业跨行业协同提供可操作样本,通过把二氧化碳与固废转化为可流通的产品要素,增强产业间链接和区域循环体系韧性。

项目获得“CarbXRock”商标授权,也反映出企业以品牌化、产品化方式推动技术走向市场的意图。

对策层面,要让示范成果从“可行”走向“可推广”,仍需政策、市场与标准体系协同发力。

建议在三个方向形成合力:一是完善低碳产品认证与绿色采购机制,推动菌体蛋白、矿化建材等产品在养殖、基建等领域形成稳定应用场景;二是加快建立矿化建材性能评价、环境安全、工程应用等标准规范,降低市场进入门槛并提升工程端信任度;三是围绕捕集能耗、原料波动、工艺稳定性等关键环节持续优化,通过规模化降低单位成本,提升经济可行性和复制能力。

前景判断上,资源化利用被认为是CCUS从“工程技术”走向“产业体系”的重要抓手。

若类似技术路径在更大范围内推广,年碳捕集规模有望迈向千万吨级,并为全球钢渣堆存治理提供新的技术选项。

与此同时,围绕二氧化碳制备蛋白与矿化建材的产业链,可能催生更多跨行业合作与商业模式创新,推动钢铁行业在实现深度减排的同时培育新增长点,为实现碳中和目标提供更具经济可持续性的支撑。

从烟囱排放到蛋白饲料罐,从废弃钢渣到建筑地基,河钢项目的实践超越了技术本身,更展现了一种发展哲学的转变:碳中和不是增长的制约条件,而是新质生产力的催化剂。

当“碳足迹”转变为“碳价值”,中国钢铁工业正以创新钥匙,打开人与自然和谐共生的工业化新纪元。