在全球低碳轉型的大趨勢下,直接還原鐵(DRI)技術成為鋼鐵業降低碳排放的重要手段。該技術主要透過天然氣、氫氣可能煤基還原劑還原鐵礦石,相較於傳統高爐—轉爐流程,碳排放更低、原料適應性強,特別是氫基還原幾乎可達零碳排放。
全球DRI生產自1969年起步,近年來隨著大型設備投產,產量快速增長。2023年全球產量年增9.5%。印度以4,933萬噸產量居首,成長16.7%,佔全球36%;其次為伊朗3,345萬噸,年增1.7%,佔比24.7%。此外,俄羅斯和沙烏地阿拉伯產量也呈增長態勢。印度與伊朗的產量合計已超全球的一半,成為主導力量。
目前DRI技術主要分為氣基與煤基製程。氣基技術使用天然氣可能氫氣,代表技術包括Midrex、Hyl和Energiron,其中Midrex和Hyl佔全球產量75%以上。若採用天然氣作為還原劑,相較傳統高爐-轉爐製程,可減少50%至70%的碳排放。該技術主要應用於天然氣資源豐富的中東、伊朗與俄羅斯。2023年伊朗採用Midrex製程生產3,014萬噸DRI,占其總產量90%。隨著碳中和進程推進,氣基DRI搭配電爐被視為未來鋼鐵業低碳轉型的重要途徑。
煤基製程約佔全球DRI產量的25%,主要以塊礦可能球團礦為原料,在高溫環境下進行還原。此製程的產品含碳量低,但對高品位礦石需求較高,主要應用於礦石品位較高的地區。印度雖積極推動煤基DRI發展,但該技術能耗高、排放量大,與全球減碳趨勢衝突,未來可能面臨轉型壓力。2023年全球DRI產量中,Midrex製程佔57.8%,Hyl和Energiron合計佔14.3%,而迴轉窯技術佔27.9%。
隨著技術發展與成本下降,氫基還原技術逐漸受到重視,歐洲、中國、印度等地均在推動相關項目。例如,中國寶武寶鋼股份湛江鋼鐵於2023年投產100萬噸氫基豎爐,採用全球首創氫冶金電熔煉製程(HyRESP),金屬化率94%,含鐵量達86.5%。河鋼集團則在2023年成功運行全球首例富氫氣體零重整豎爐,2024年9月起開始使用綠氫還原,證明「超綠鋼」生產的可行性。
國際鋼企也積極布局氫基DRI項目。美國奧鋼聯於德州投資7.4億美元建造Midrex技術DRI廠,年產200萬噸HBI,計畫未來改為氫還原。阿賽洛米塔爾則在西班牙、比利時、法國等地推動氫基DRI項目,例如西班牙希洪基地規劃建造230萬噸/年DRI廠,計畫2025年投產,比利時根特投資11億歐元建設250萬噸DRI廠與電爐,計畫逐步淘汰高爐。法國敦克爾克則計畫興建250萬噸氫基DRI廠與兩座電爐,預計2027年投產,2030年可減少二氧化碳排放780萬噸。
美洲方面,加拿大阿賽洛米塔爾投資18億加元建設250萬噸DRI爐,初期使用天然氣,未來可轉為氫還原。美國阿賽洛米塔爾則計畫在阿拉巴馬州建設高端無取向電工鋼智慧工廠,採氫基DRI製程,預計2027年投產,每噸鋼材碳排放較傳統製程降低62%。德國薩爾茲吉特鋼鐵公司則計畫於Flachstahl工廠建設210萬噸/年DRI廠,使用氫氣與天然氣,預計2026年投產,目標2033年達成零碳排放。
此外,其他國家也在積極建設與低碳排放相關的直接還原鐵項目。瑞典的LKAB計劃在2030年實現由球團礦供應商轉型為海綿鐵供應商,而日本神戶製鋼和三井物產則計劃在阿曼合作開發低碳直接還原鐵項目。韓國浦項製鐵也計劃在2025年開工興建氫還原鋼廠,並預計在2030年實現技術商業化生產。這些項目無疑將大幅提升全球鋼鐵行業的低碳生產能力。
整體而言,DRI技術正朝向低碳化發展,特別是氫基還原技術備受關注,各國企業紛紛加大投資。隨著技術進步與政策推動,DRI搭配電爐模式將成為全球鋼鐵業減碳的關鍵方向。
中國的DRI產業起步相對較晚,主要受到天然氣資源的限制以及高爐工藝的成熟度影響,發展進程較慢。然而,隨著國內電爐煉鋼技術的持續推進,尤其是在「雙碳」政策驅動下,市場對高品質鋼材需求的增長,DRI技術逐漸顯示出其在特定領域的潛力。特別是在汽車製造業的輕量化部件和高端鋼材(如不鏽鋼、高強鋼)領域,需求增長顯著。因此,預計未來五年內,中國的直接還原鐵產量將增長約10%,顯示出該技術在國內市場的發展潛力。