中国报告大厅网讯，随着全球对碳中和目标的推进，钢铁行业作为碳排放的重要来源之一，正面临着前所未有的挑战与机遇。2025年，钢铁行业的发展趋势将更加聚焦于绿色低碳转型，其中碳捕集、利用与封存技术(CCUS)成为关键。根据相关数据，2023年全球能源利用和工业过程产生的二氧化碳排放量达到374亿吨，其中钢铁行业约占全球工业碳排放的7%~9%。我国作为全球最大的钢铁生产国，钢铁行业在全国碳排放总量中占有重要地位。因此，推广低碳和零碳技术对于钢铁行业实现碳中和具有重要意义。

  一、钢铁行业碳排放现状与挑战

  《2025-2030年全球及中国钢铁行业市场现状调研及发展前景分析报告》指出，钢铁行业是全球碳排放的主要贡献者之一，传统的钢铁生产工艺可分为长流程工艺和短流程工艺，二者在生产路径、原材料使用、能耗和碳排放上有显著区别。长流程工艺是以铁矿石和焦炭为主要原料，通过高炉和转炉完成钢铁生产的传统方法，每吨粗钢排放1.8~2.2吨二氧化碳。短流程工艺是以废钢为主要原料，通过电弧炉熔炼废钢生产钢材的工艺，每吨粗钢排放约0.3~0.8吨二氧化碳，具体碳排放量取决于电力来源。截至2024年，我国钢铁生产以长流程工艺为主，约90%的粗钢通过长流程工艺生产，约10%通过短流程工艺生产。在全球范围内，长流程约占70%，短流程约占30%。随着碳中和目标的推进，我国钢铁行业应大力推进废钢回收体系建设，鼓励电弧炉工艺在资源丰富、环境要求高的地区发展，同时引入低碳技术降低碳排放，配套CCUS技术，提高绿色生产能力。

  二、钢铁行业主要的二氧化碳捕集技术

  (一)钢铁行业溶液吸收法

  溶液吸收法是一种通过液体溶剂与气体中的二氧化碳发生物理或化学反应，从而实现气体分离和捕集的技术。按吸收原理分为物理吸收法、化学吸收法以及物理-化学混合溶液吸收法等。物理吸收法利用二氧化碳在低温、高压条件下于溶剂中具有较高溶解度的特性，将其从气体混合物中分离出来。化学吸收法是通过碱性吸收剂与废气中二氧化碳反应，形成可逆的盐类物质。溶液吸收法具有高效气体分离、操作简单、选择性强等优点，但存在能耗高、溶剂损失、溶剂老化和溶剂腐蚀性等问题。

  (二)钢铁行业固体吸附法

  固体吸附法作为碳捕集领域的重要技术手段，其核心机理是通过固体吸附剂表面活性位点与二氧化碳间的相互作用实现选择性捕集。根据吸附作用力的本质差异，可分为物理吸附与化学吸附两类典型机制。物理吸附是二氧化碳通过范德华力与固体表面相互作用的过程，通常发生在较低的温度和压力条件下。化学吸附是指分子或原子在固体表面形成强烈的化学键合。固体吸附法具有能量消耗低、循环性能好、成本相对较低等优点，但也存在再生过程复杂、选择性较差、吸附容量有限和环境影响等问题。

  (三)钢铁行业膜分离法

  气体膜分离是在压力驱动下，由于两种或多种混合气体透过膜的传输速率不同而产生分离效果的气体分离技术，具有高效、绿色的特点。膜分离法具有占地面积小、能耗低、易于扩大规模并融入现有技术等固有优势。膜分离技术的分离机制包括分子筛分、溶解-扩散和促进传递等。膜分离法的优点包括设备简单、节能高效、可调节性强和适用于高纯度气体分离，但也存在膜污染、选择性差、膜稳定性差、部分膜材料成本较高和膜寿命等问题。

  三、碳捕集技术在钢铁行业的工程应用

  (一)钢铁行业溶液吸收法的应用

  阿联酋政府、马斯达尔清洁能源公司、阿布扎比国家石油公司及阿联酋钢铁公司合作，于2016年建成全球钢铁行业首个实现全流程商业化运行的CCUS工业项目。该项目采用MEA吸收工艺，每年可捕集80万吨二氧化碳，使碳排放量大幅降低22%，再生能耗为4~5GJ/t二氧化碳。COURSE50项目通过富氢还原和捕集回收高炉煤气中二氧化碳降低碳排放。该项目采用ESCAP化学吸收工艺，使用新型胺液吸收剂对炼钢厂高炉中产生的二氧化碳进行分离和捕集。2011年，韩国浦项产业科学研究院在浦项钢铁厂建立了氨水吸收捕集二氧化碳的中试项目，该项目的二氧化碳捕集率超过90%，二氧化碳纯度高于95%，吸收剂再生能耗为1.5~2.5GJ/t二氧化碳。

  (二)钢铁行业固体吸附法的应用

  固体吸附法在钢铁行业的应用相对较少，但一些企业已经开始探索其潜力。例如，某些钢铁企业尝试使用活性炭等吸附剂对废气中的二氧化碳进行吸附，取得了初步成效。固体吸附法在处理小规模或中等规模的二氧化碳捕集方面具有一定的优势，尤其是在需要快速响应和灵活操作的场景中。

  (三)钢铁行业膜分离法的应用

  膜分离法在钢铁行业的应用还在发展阶段，但由于其能效较高、占地面积小，逐渐成为研究热点。一些钢铁企业已经开始尝试将膜分离技术应用于高炉、转炉等烟气处理过程中，以提高二氧化碳的捕集效率。例如，某些企业正在开发新型的膜材料，以提高膜的稳定性和选择性，降低膜污染的风险。

  四、钢铁行业碳捕集技术的未来展望

  (一)推广电炉炼钢和氢冶金技术

  在粗钢生产过程中，积极推广电炉炼钢，利用废钢循环，减少高炉-转炉长流程的二氧化碳排放。通过氢气直接还原铁矿石，减少化石燃料的使用。同时增加可再生能源在钢铁冶炼中的应用，减少煤炭依赖。

  (二)开发多功能材料和集成技术

  为提高碳捕集系统的综合性能，应开发具有多种功能的材料。例如，将吸附和催化性能结合，可以在捕集二氧化碳的同时将其转化为有价值的化学品或燃料。也可以将不同类型的捕集技术(如吸附法、吸收法和膜分离法)进行集成，提高整体捕集效率。

  (三)提升吸附剂性能和研发新型复合材料

  可将金属有机框架(MOFs)与活性炭、沸石等传统吸附材料复合制备复合吸附剂，同时提高吸附容量和吸附速率。此外，一些新型复合材料(如纳米结构材料、功能化吸附剂)能够增加吸附剂的比表面积和孔隙结构，从而进一步提高吸附性能。未来，吸附剂的研发可以与现有碳捕集技术(如化学吸收、膜分离、深冷法等)集成，实现高效碳捕集。

  (四)优化捕集材料的微观结构设计

  钢铁行业现状分析指出，捕集材料的微观结构设计与二氧化碳捕集-再生性能之间的耦合匹配机制是未来工业碳捕集技术发展的关键。通过优化材料的孔隙结构、化学官能团、热稳定性以及湿气适应性，能够实现高效的二氧化碳捕集和低能耗的再生过程。随着纳米技术、智能材料和人工智能等新兴技术的应用，捕集材料的微观结构设计将趋向智能化、自适应和高效化。

  五、总结

  2025年，钢铁行业在碳中和目标的推动下，正朝着绿色低碳的方向转型。碳捕集、利用与封存技术(CCUS)成为钢铁行业实现低碳转型的关键途径之一。通过总结钢铁行业的碳排放现状，分析溶液吸收法、固体吸附法和膜分离法等主要碳捕集技术的原理、优缺点及应用案例，本文提出了推广电炉炼钢和氢冶金技术、开发多功能材料和集成技术、提升吸附剂性能和研发新型复合材料、优化捕集材料的微观结构设计等未来发展方向。这些措施将有助于钢铁行业实现碳中和目标，为全球碳减排做出贡献。