本文由 VOLVO 委託，泛科學企劃執行。
你知道嗎？光是鋼鐵產業就佔全球碳排放量的百分之九。據國際能源署（IEA）的報告，2019 年，鋼鐵業的直接碳排放量已超過水泥和化工產業，成為碳排放的大戶。更糟糕的是，在未來的 30 年中，全球對鋼鐵的需求量預計將增加 1.5 倍。
鋼鐵產業是高耗能產業，因此會產生大量的碳排放。此外，鋼鐵生產的「原料」中也包含大量的「碳」，這使得鋼鐵產業很難完全擺脫碳排放。
然而，難題也會成為契機。如果我們能找到新的製程，開發出低碳甚至零碳的煉鋼新技術，那麼我們不就能夠一口氣減少全球大量的碳排放了嗎？
傳統鋼鐵如何製成？為何會產生大量的「碳」？
在探討傳統鋼鐵如何改變製程、達到減碳的目標前，我們先簡單了解一下鋼鐵的煉製過程。從地殼中開採出來的鐵礦通常含有各種鐵的氧化物，而在氧化物被還原成鐵的過程中，需要加入焦炭來把氧化物的氧拿走。在高溫下，焦炭會先變成一氧化碳，接著與熔融鐵礦中的氧化鐵進行反應，形成二氧化碳和生鐵。生鐵中含有部分的碳成分和其他雜質，需要進入轉爐中進行高溫處理，才能煉成各種鋼材。
要達到煉鋼所需的高溫，還需要燃燒大量的化石燃料，排放大量二氧化碳。在氧化鐵的還原過程中，使用焦炭也會產生額外的二氧化碳。因此，平均每產出一公噸鋼就需要排放快兩公噸的二氧化碳，相當於鋼材自身重量的兩倍。
目前，鋼鐵工業的能源依賴性仍有 75% 是煤炭，這種依賴化石燃料的現狀絕非減碳目標的好消息。國際能源署估計，為達成目前設定的減碳目標，鋼鐵產業至少需要在 2050 年之前將碳排放量砍半。
但鋼鐵是許多基礎建設的基石，對鋼鐵的需求估計只有增加、不會減少。目前全球鋼材回收率已達 90%，仍無法滿足鋼鐵不斷增長的需求；傳統製程的能源效率經過不斷地改良，也已達到技術上的極限。這該如何解決呢？
近十年來，一些鋼鐵企業開始引進碳捕捉技術，利用特殊材料吸附二氧化碳並儲存，供化工產業作為原料，或冷卻後封存到地底。如此一來，就能避免排放到大氣中。
然而，因為煉鋼廢棄的組成非常複雜，目前的碳捕捉效率也無法做到百分之百。要實現 2050 年的碳中和目標，勢必就要去思考解決煉鋼技術的創新議題。阻止全球暖化腳步刻不容緩，歐洲有幾家企業想到了新方法，運用潔淨的氫氣來煉鋼。
零碳排煉鋼？氫氣的成本是挑戰
提到煉造零石化鋼鐵，就必須拋開傳統使用焦炭還原氧化鐵的方法。這種方法以氫取代焦炭作為還原劑，反應完成後，氫氣就會氧化成水蒸氣，完全不會產生二氧化碳，真正實現減低碳排的目的。
然而，氫氣要從哪裡來？目前工業上最廣泛使用的製氫方法就是從天然氣中提取，過程中不可避免的也會排出二氧化碳。因此，真正想要朝減低碳排邁進，就必須使用綠能來電解水，產出「綠氫」。
不過，綠氫煉鋼要面對的第一個現實問題就是資金投入的大量成本。由於電解水產氫的能源消耗差不多是固定的，因此綠氫的價格可以說和綠能的價格直接相關。根據歐洲議會的報告指出，現有綠氫的價格大約落在每公斤 3.6 到 5.3 歐元。相較之下，由天然氣提取氫氣的成本約每公斤 1.5 歐元。
雖然綠氫的價格高了兩三倍，但是在同一份報告中，歐洲議會也提到由於綠能的價格持續下修，綠氫價格已經在過去十年內已經下降了 60%，並且很有機會在未來持續下降。保守估計，綠氫價格有機會在 2030 年降至每公斤 1.8 歐元。到時候，綠氫煉鋼的成本只會比煤炭煉鋼高出不到 10%。
因此，相較於碳捕捉或其他新型態煉鋼技術，綠氫煉鋼的技術和成本皆較為樂觀，是各界目前較看好的零碳鋼鐵解決方案！而且也早就有企業著手開始設置生產計劃。
在 2016 年，位於瑞典的鋼鐵廠 SSAB、便和能源公司 Vattenfall 與鐵礦集團 LKAB 聯手開啟了 Hybrit 計畫，預計透過綠氫和綠能，完全排除化石燃料的使用，走向綠色鋼鐵的新挑戰，目標將瑞典全國的碳排放減少 10%。
在製程中，除了改用綠氫進行還原反應之外，煉鋼過程中也不再透過燃煤加熱，而是採用電弧爐，用綠能產生的電弧放電，來產生煉鋼所需的高溫。
2020 年，Hybrit 計畫設立了首間完全零化石燃料的試驗煉鋼廠，並在僅僅一年後產出了第一批零石化鋼鐵，預計在 2026 年開始進行商業規模的大量生產，可以說是領先全球的零石化程表。而且，Hybrit 計畫在 2021 年生產的首批零石化鋼鐵可不只是做出來展示用的，這批別具意義的鋼材已經交付給瑞典車廠 VOLVO，拿來打造未來的環保低碳汽車。
踏出世界的第一步：VOLVO 零石化鋼材車
在汽車生產過程中，鋼鐵是碳排放的主要來源之一。依據 2021 年的資料，製造一輛 VOLVO 汽車所需鋼材產生的碳排放量佔整體製程中的約 33%。
但目前 VOLVO 旗下車款都已開始著手使用零石化鋼材，成為全球首家運用零石化煉鋼製程的汽車製造商。雖然零石化鋼材的使用率尚未達到百分之百，但 VOLVO 已簽署 SteelZero 倡議計畫，支持無石化煉鋼的製程。並承諾在 2030 年達成這項協議中，對鋼鐵採購的嚴格要求，以在 2050 年前完成採購的鋼材皆要「乾淨、零碳」為目標。
此外，VOLVO 也計畫在 2030 年達到所有車款都百分之百不使用動物皮革，降低對畜牧業的需求，減少溫室氣體的排放。
除了在工藝選材上的用心，VOLVO 也透過供應商管理、生產製程、轉型電動化等各種方式貫徹友善環境與永續經營。像自 2008 年起，VOLVO 在歐洲的所有工廠都開始使用水力發電所提供的電力。到目前為止，全球工廠已使用超過 80% 的碳中和電力。
最關鍵的是，VOLVO 產品本身的全面電氣化目標，所有車款都有電動版本可供選擇，並目標在 2030 年成為純電動汽車品牌，以達到《歐洲綠色新政》設下的 2050 淨零排放目標。
總結而言，綠色鋼鐵是實現零石化的永續鋼鐵生產的關鍵。雖然面臨著一系列挑戰，但只要政府、企業和大眾共同努力，我們有信心打造一個更加環保、永續發展的未來。VOLVO 作為汽車行業的領頭羊，將繼續挑戰永續創新，成為更環保的典範。
趙振宇
Benson Qin Deng
阿甫
