隨著二氧化碳、甲烷、一氧化二氮、氟化氣體等溫室氣體的快速增加,全球范圍內的氣候變化日益加劇。其他有害排放物和標準污染物也對公共健康和社會經濟發(fā)展構成了潛在威脅。
印度在全球溫室氣體的排放總量中占到了約6%,而印度國內近79%的排放來自能源和制造行業(yè)。2015年12月12日,全世界195個國家+歐盟在法國巴黎召開了第21屆聯(lián)合國氣候變化大會(COP21),并簽署了多邊協(xié)議,承諾盡量將地球溫度相對于工業(yè)化前水平的上升幅度控制在2℃以內,并且努力爭取將其保持在1.5℃之內。這些國家均是《聯(lián)合國氣候變化框架公約》簽約國。而在COP21召開前夕,印度環(huán)境、森林與氣候變化部(MoEFCC)發(fā)布了有關“進一步減小能源和制造業(yè)顆粒物(PMs)、二氧化硫、氮氧化物(NOx)允許排放量”的公告。就印度本國的實際情況而言,這意味著需要在燃煤和燃油上引進突破性的新技術,同時投入大額資金用于減少制造業(yè)的溫室氣體排放。
1印度鋼鐵行業(yè)減少溫室氣體排放的國家政策
印度是全球第三大鋼鐵生產國,今后還有望躋身全球第二。鋼鐵工業(yè)占到了印度溫室氣體排放總量的6.2%左右。印度鋼鐵管理局(SAIL)鋼鐵業(yè)務的排放量按照7%的累計年增長率逐年增長,或將從2016年的3.18億噸增至2020年的4.15億噸。
根據巴黎氣候協(xié)議的要求,印度自愿在2030年之前將單位GDP碳排放強度減至2005年的33%-35%左右。為了減少鋼鐵行業(yè)溫室氣體排放,印度鋼鐵部門已經遞交了國家自主貢獻預案(INDC),按照每噸粗鋼計,2030年的二氧化碳排放量目標分別為:高爐-轉爐(BF-BOF)工藝路線2.2-2.4噸,直接還原鐵-電爐(DRI-EAF)工藝路線2.6-2.7噸。
2017年頒布的印度國家鋼鐵政策(NSP)在環(huán)境管理方面提出了廣泛的措施,其中尤為強調以下方面內容:1)采用最佳可行技術(BAT);2)在PMs、硫化物和氮氧化物排放方面與國際先進標準對標,提高標準準入門檻;3)在鋼鐵生產過程中降低二氧化碳排放強度;4)將研發(fā)預算在財政收入的占比提高到1%,用以鼓勵“顛覆性創(chuàng)新”。
2碳排放控制技術的主要問題
在全球范圍內,幾乎所有的綜合鋼鐵企業(yè)都在各自分廠安裝了各種環(huán)保型設備裝置,例如高產能利用率的高爐、煙氣脫硫(FGD)廠、配備電除塵器(ESP)的燒結廠、焦爐煤氣發(fā)電機組、高溫布袋除塵器、電除塵裝置電源控制器等。然而溫室氣體污染物似乎并未減少,這是因為現(xiàn)有的溫室氣體排放控制技術依舊存在一些不足:1)二氧化碳捕集技術尚未實現(xiàn)商業(yè)化應用;2)高資本支出和高運營成本;3)資源低效,占用大量空間,消耗大量電力、水、化學物質和催化劑;4)電除塵器(ESP)在采集細微顆粒物(特別是PM2.5)方面無效,而布袋除塵器盡管可以處理任意的細微顆粒物,但是維護成本高;5)選擇性催化還原(SCR)脫硝法和FGD脫硫工藝消耗大量能源、水、化合物和試劑,因此資本支出高、運營成本高。
截至目前,受制于成本、地域和綜合技術(可處理所有排放物,而非單一的廢氣)等關鍵要素,還沒有一種理想的技術可以捕集、轉化、安全處理二氧化碳和其他化石燃料的排放物,特別是來自柴油和燃煤兩大化石燃料的排放物。因此,時至今日,人們更為迫切地需要一種這樣的排放物控制技術:可以綜合處理來自柴油、汽油、燃煤和其他化石燃料的所有污染物,而且成本低廉,幾乎適用于所有地區(qū)。
3提出零排放新技術
零排放技術(ZET)代表了一種控制污染物排放的新路徑,采用了電化學工藝。將某些電化學工藝設定在控制的溫度、壓力和液體介質等條件下,可以將化石燃料排放廢氣的各種成分進行轉化和濃縮,進而形成液態(tài)和半固態(tài)形式的復雜化合物。
ZET技術在柴油和燃煤廢氣方面的應用已經得到了證實。實際應用顯示,ZET技術在處理燃煤廢氣方面取得了顯著的效果,可以完全除去一氧化碳、碳氫化合物(HC)、氮氧化物、一氧化氮。二氧化碳和二氧化硫減排量分別達到99.9%和95%,而且在ZET反應器的排放口,可以將氧氣的排出量提高55%,如表1所示。煙煤釋放的廢氣通過ZET反應器時,在反應器中形成中間材料,并由第三方專家進行分析,如圖1所示。最終產品確認為瀝青和煤焦油瀝青,前者是一種具有價值的建筑材料,后者多年被用于鋪裝和粘附的基礎材料,例如:屋面瀝青。
與此同時,ZET技術在柴油廢氣治理方面也取得了成功,可以完全去除一氧化碳、二氧化碳和二氧化氮,碳氫化合物和二氧化硫均減排99%,氮氧化物減排96%,見表2。
4零排放技術在鋼鐵工業(yè)的應用潛力巨大
如果ZET技術與鋼鐵工業(yè)的軋鋼廠和高爐實現(xiàn)完美結合,ZET將成為一項全新的減排技術,經過合理的改造和裝配,ZET設備裝置可以有效減少溫室氣體排放,這無疑將有助于實現(xiàn)甚至超越印度現(xiàn)行的碳排放標準。
ZET技術在鋼鐵行業(yè)的應用具有諸多優(yōu)點:技術簡便可行,零配件不繁雜;可以處理單一反應器內的各種排放物,綜合能力強;資本支出和成本運營低。就碳、氮、硫減排的傳統(tǒng)技術而言,10年生命周期的成本約為3.9億盧比/兆瓦發(fā)電量。單就碳捕集技術而言,其10年生命周期的成本約為3.1億盧比/兆瓦發(fā)電量,與之形成鮮明對比的是,ZET技術的10年生命周期效益(非成本)為0.3億盧比/兆瓦發(fā)電量,可見,兩種技術在10年時間里出現(xiàn)4.2億盧比/兆瓦發(fā)電量的顯著差異。
ZET技術其他值得一提的優(yōu)點還包括:需要更小的空間;無需使用價格高昂的添加劑或催化劑;可直接利用鋼廠廢水,高效利用水資源;能源利用效率高,煙氣排放量少;可以按照規(guī)?;蚰K化單元設計,便于安裝和操作,減少了不必要的開支。
可見,ZET技術在現(xiàn)有減排系統(tǒng)上的應用將是一次“技術上的飛躍”,這是因為它可以綜合處理所有的排放物,而并非單一技術處理單一排放物,與現(xiàn)有技術相比,ZET還可節(jié)省相當可觀的成本。
5零排放技術將如何惠及印度鋼鐵工業(yè)
根據COP21協(xié)議,未來將ZET納入到國家自主貢獻預案(INDC)中,加快商業(yè)應用,減少鋼鐵工業(yè)二氧化碳和其他污染物的排放。就目前而言,印度鋼鐵生產的污染物排放量是全球先進標準的3倍,一氧化碳和二氧化碳主要源自高爐和焦爐的還原反應,加之燃煤的使用,會釋放出更多的硫化物、氮氧化物和二氧化碳。印度每噸粗鋼的二氧化碳排放量約為2.7噸,劣質燃煤更是加劇了鋼鐵工業(yè)的污染。通過運用ZET這類技術,將有助于減少鋼鐵工業(yè)污染物的排放,達到甚至超越印度環(huán)境、森林與氣候變化部的污染物既定標準,印度鋼鐵工業(yè)也有望未來在全球成為污染最輕的行業(yè)之一。
ZET有助于提高印度鋼鐵工業(yè)的生產效率和生產能力。印度國家鋼鐵政策的長遠目標就是打造可持續(xù)發(fā)展的現(xiàn)代化高效鋼鐵工業(yè),達到世界領先水平。為了提高全球競爭實力,不僅需要在成本、治理和產品結構方面下功夫,生產效率和生產能力也應該與國際水平對標。ZET通過控制污染排放,將有助于鋼鐵廠提高能效,降低鋼鐵生產的治污成本。
鑒于燃煤和焦煤都是鋼鐵生產的要素,因此,ZET技術將使得印度和其他國家以更為清潔和綠色的方式,在鋼鐵生產中繼續(xù)使用煤。
另一方面,ZET技術的經濟優(yōu)勢也是不言而喻的:將碳信用額作為收益來源之一;科學與工業(yè)研究理事會(CSIR)下屬礦物質和材料技術研究所(IMMT)提議最大限度利用ZET系統(tǒng),這將縮短投資回收期;通過減少溫室氣體排放更易于進行國際融資(出口融資和綠色融資)。
此外,當減排能力得以證實時,印度國內將自主擁有這項低成本的高端技術。因此,借助于各種支持和激勵手段,印度政府會盡快將這項技術應用于鋼鐵工業(yè),可以預想,在不久的將來不僅可以創(chuàng)造更多的崗位,還將推動本地制造業(yè)的長遠發(fā)展。
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