生物質(zhì)能是唯一一種可再生碳源，與傳統(tǒng)的化石能源相比具有極大的經(jīng)濟(jì)、環(huán)保優(yōu)勢(shì)和社會(huì)效益。若將其合理應(yīng)用于煉鐵過(guò)程，或能帶來(lái)鋼鐵生產(chǎn)的技術(shù)革新及成本優(yōu)化。目前，國(guó)內(nèi)外學(xué)者和研究人員對(duì)此領(lǐng)域開(kāi)展了一些前瞻性研究，也取得了一些成果。
生物質(zhì)通?？啥x為所有碳?xì)浠衔锊牧?，主要由C、H、O、N等化學(xué)元素組成。生物質(zhì)資源種類繁多，主要包括農(nóng)作物及農(nóng)業(yè)有機(jī)剩余物、林木及林業(yè)有機(jī)剩余物、工業(yè)及社會(huì)生活有機(jī)廢棄物等。
生物質(zhì)能本質(zhì)上是太陽(yáng)能的一種表現(xiàn)形式，它直接或間接來(lái)源于綠色植物的光合作用，并以化學(xué)能的形式存儲(chǔ)在生物質(zhì)中。生物質(zhì)能一直是人類利用的主要能源形式，約占世界能源供應(yīng)的10%～14%。據(jù)估算，每年可從森林及農(nóng)業(yè)剩余物獲得的潛在生物質(zhì)能約為30EJ（艾焦），而每年世界范圍的能量需求約為400EJ。
生物質(zhì)能具有分布廣、產(chǎn)量大、可再生、碳中性（生物質(zhì)能燃燒時(shí)釋放的CO2可在植物進(jìn)行光合作用時(shí)被吸收，理論上不增加大氣中的CO2量）等優(yōu)點(diǎn)。但是生物質(zhì)資源通常體積密度小、可磨性差，這使其存儲(chǔ)和運(yùn)輸成本較高，工業(yè)加工難度較大；生物質(zhì)資源的能量密度低、水分含量高，這使其燃燒不夠穩(wěn)定，燃燒率波動(dòng)較大。這些因素限制了生物質(zhì)資源在工業(yè)中的直接利用，因此，通常須要對(duì)其進(jìn)行轉(zhuǎn)化處理。
生物質(zhì)資源通過(guò)轉(zhuǎn)化處理可獲得各種燃料或化學(xué)物質(zhì)。其中，生物質(zhì)經(jīng)熱解處理所得固體產(chǎn)物———生物質(zhì)焦在煉鐵工藝中應(yīng)用前景較大。生物質(zhì)焦可定義為：生物質(zhì)在一定溫度的缺氧環(huán)境下熱解，脫除大部分揮發(fā)分后所得的高碳固體殘余物。研究人員對(duì)各種生物質(zhì)焦的制備及其特性進(jìn)行了比較廣泛的研究，認(rèn)為生物質(zhì)焦是一種高碳、高熱值、低污染的優(yōu)質(zhì)固體燃料，可代替部分化石燃料，這為生物質(zhì)焦在煉鐵過(guò)程中的應(yīng)用奠定了理論基礎(chǔ)。
一般而言，與煤等化石燃料相比，生物質(zhì)焦普遍具有以下優(yōu)點(diǎn)：一是環(huán)保優(yōu)勢(shì)。生物質(zhì)焦的可再生、碳中性、低硫、低氮的特點(diǎn)，有助于緩解化石能源消耗危機(jī)，減少CO2、SO2和NOx的排放。二是成分組成優(yōu)勢(shì)。生物質(zhì)焦一般碳含量較高，灰分含量很低，氮、硫、鉀、鈉等雜質(zhì)元素含量很少，即成分純凈度較高。三是特性優(yōu)勢(shì)。生物質(zhì)焦一般是多孔結(jié)構(gòu)，其孔隙率、孔容積和比表面積都較高；生物質(zhì)焦的燃燒性、反應(yīng)性等特性明顯好于煤炭。
生物質(zhì)能目前主要用于直接燃燒或與煤混燃以獲得熱、電，碳的還原劑功能未得到有效利用。若將生物質(zhì)應(yīng)用于煉鐵過(guò)程，則生物質(zhì)碳可參與鐵礦的還原過(guò)程，奪取爐料中的氧，碳的化學(xué)功能可得到充分利用。
我國(guó)是農(nóng)業(yè)大國(guó)，生物質(zhì)資源豐富。有學(xué)者對(duì)生物質(zhì)還原磁化褐鐵礦進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究，發(fā)現(xiàn)與用褐煤還原磁化褐鐵礦相比，生物質(zhì)的還原磁化效果較好，且還原溫度可降低100℃以上（降至650℃左右）。還有學(xué)者對(duì)生物質(zhì)還原鐵礦進(jìn)行了初步研究，將木屑粉與鐵礦混合壓塊，利用生物質(zhì)燃燒進(jìn)行加熱，并通入H2對(duì)其進(jìn)行還原，設(shè)想不用煤炭進(jìn)行煉鐵，但是結(jié)果與生產(chǎn)實(shí)踐有一定差距。
巴西是煉鐵過(guò)程中生物質(zhì)能———木炭應(yīng)用最多的國(guó)家。有巴西學(xué)者通過(guò)實(shí)驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)，巴巴蘇（巴西的一種棕櫚樹(shù)）的完整堅(jiān)果經(jīng)1000℃炭化后得到的生物質(zhì)焦，其S、P含量遠(yuǎn)低于參考的冶金焦炭，反應(yīng)性遠(yuǎn)好于傳統(tǒng)焦炭，抗碎強(qiáng)度指標(biāo)M40大于80%，耐磨強(qiáng)度指標(biāo)M10小于8%，抗壓強(qiáng)度大于40MPa（參考冶金焦炭的抗壓強(qiáng)度為15MPa），是少數(shù)能直接替代大容積高爐內(nèi)焦炭而不用造塊的生物質(zhì)原料之一。
日本有學(xué)者對(duì)煉焦過(guò)程中配加木質(zhì)生物質(zhì)制備冶金焦炭進(jìn)行了研究，結(jié)果表明，將生物質(zhì)在室溫條件下壓制成小于10mm的顆粒后，可以將煉焦原料中生物質(zhì)的配比增至1.5%，并可防止焦炭產(chǎn)量的降低；200℃壓制成型生物質(zhì)的密度比室溫壓制的高60%，這可以進(jìn)一步提高焦?fàn)t中生物質(zhì)的配比，并防止焦炭強(qiáng)度的降低；將壓制成型的木質(zhì)生物質(zhì)與煤混合后制備冶金焦炭是可行的。
澳大利亞有研究人員對(duì)鋸末還原紐曼鐵礦進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究，結(jié)果表明，鐵礦中加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10%的鋸末，便可將赤鐵礦（Fe2O3）完全還原成磁鐵礦（Fe3O4），并將部分磁鐵礦還原成浮氏體（FeO）；加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)為30%的鋸末，便足以將紐曼鐵礦還原成金屬鐵，還原反應(yīng)開(kāi)始于670℃，至1200℃幾乎反應(yīng)完全。因此，生物質(zhì)在鐵礦預(yù)還原和直接還原煉鐵方面具有很大的開(kāi)發(fā)潛力。
德國(guó)有學(xué)者對(duì)生物質(zhì)焦的制備及其特性進(jìn)行了研究，認(rèn)為：生物質(zhì)焦的化學(xué)組成取決于炭化條件，而不是生物質(zhì)種類；生物質(zhì)焦的比表面積比煤粉大60倍～350倍，是一種高反應(yīng)性碳料?？紤]到生物質(zhì)焦粉的碳中性，利用數(shù)學(xué)模型計(jì)算得出，用生物質(zhì)焦粉完全取代煤粉時(shí)高爐操作的CO2輸入量減少40%左右。
芬蘭有學(xué)者利用熱力學(xué)模型對(duì)高爐煉鐵過(guò)程中噴吹生物質(zhì)的可能性進(jìn)行了研究，結(jié)果表明，盡管高爐噴吹生物質(zhì)對(duì)焦炭的置換比很低（約25%），但是綜合考慮將來(lái)的焦炭?jī)r(jià)格和污染物排放，使用生物質(zhì)作為高爐的輔助還原劑會(huì)是一個(gè)經(jīng)濟(jì)可行的方法。
生物質(zhì)能在煉鐵工藝中可起到重要的輔助作用，具體應(yīng)用方式如下：
一是用于焦?fàn)t煉焦。生物質(zhì)或生物質(zhì)焦能夠代替煉焦配煤中的部分煤炭，將生物質(zhì)或生物質(zhì)焦按一定比例與煉焦煤混合后生產(chǎn)高爐焦炭，可以降低焦?fàn)t煉焦過(guò)程的污染。
二是用于鐵礦造塊。利用生物質(zhì)能可以生產(chǎn)新型的含碳球團(tuán)等爐料，將這些高反應(yīng)性爐料應(yīng)用于高爐，可實(shí)現(xiàn)高爐低還原劑操作或低碳煉鐵。將生物質(zhì)能用于鐵礦石燒結(jié)配料，或能代替部分焦粉，從而降低燒結(jié)過(guò)程中SO2、NOx等污染物的排放。
三是用于高爐煉鐵。生物質(zhì)或生物質(zhì)焦可以部分或完全代替高爐噴吹用煤粉而通過(guò)高爐風(fēng)口噴入，這已經(jīng)在工業(yè)生產(chǎn)中得到了實(shí)踐。某些高強(qiáng)度生物質(zhì)焦可以與焦炭混合直接加入高爐，從而可以代替部分冶金焦炭。
四是用于非高爐煉鐵。生物質(zhì)或生物質(zhì)焦或可代替煤基直接還原工藝和煤基熔融還原工藝中的煤粉，起到發(fā)熱劑和還原劑的作用，從而可較清潔地生產(chǎn)高質(zhì)量直接還原鐵（DRI）和鐵水。
此外，生物質(zhì)（焦）還可用于鐵礦的還原磁化、球團(tuán)礦的焙燒以及熱風(fēng)爐的加熱等。
根據(jù)以上分析，可以考慮采取如圖（詳見(jiàn)05版）所示的環(huán)境、資源友好型的生物質(zhì)能輔助煉鐵工藝流程。該工藝將生物質(zhì)能作為煉鐵過(guò)程的重要輔助碳源，大大減少了地下煤炭資源在煉鐵生產(chǎn)中的消耗。
由圖中可以看出，綠色植物在其生長(zhǎng)過(guò)程中，經(jīng)過(guò)光合作用將大氣中的CO2固定成生物質(zhì)碳源，將這些生物質(zhì)碳源經(jīng)過(guò)適當(dāng)?shù)念A(yù)處理即可用于焦?fàn)t煉焦、鐵礦造塊等，所制得的新型含生物質(zhì)爐料可以單獨(dú)或與傳統(tǒng)爐料混合后從爐頂加入高爐進(jìn)行煉鐵，而制得的生物質(zhì)（焦）粉則可以部分或全部代替煤粉通過(guò)高爐下部風(fēng)口噴入，從而大幅減少化石碳源的使用和污染物的排放。同時(shí)，高爐生產(chǎn)消耗碳源后排放到大氣中的CO2氣體可以再次被綠色植物固定，從而部分實(shí)現(xiàn)了煉鐵過(guò)程的閉合碳循環(huán)，即碳中性循環(huán)。理論上，煉鐵過(guò)程中所有碳源和能源都可以用生物質(zhì)能代替。盡管實(shí)際煉鐵生產(chǎn)完全利用生物質(zhì)能不太可行，但是，有效利用生物質(zhì)能將大大促進(jìn)煉鐵工藝的節(jié)能減排。
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