。由于不需要熱風(fēng)爐，因此可減少該工序產(chǎn)生的CO2。但另一方面
，由于制氧消耗的電力會使電廠增加CO2的產(chǎn)生量
。總的來說
，可以減少CO2排放9%
。如果在制氧過程中能使用外部產(chǎn)生的清潔能源，削減CO2的效果會進(jìn)一步增大
。
這些技術(shù)的發(fā)展趨勢因循環(huán)煤氣量的分配和供給下道工序能源設(shè)定的不同而不同
，其中還包括了其它的條件。
采用模擬模型求出的CO2削減率的變化
。
上部基準(zhǔn)線為輸入碳的削減率
。如果能排除因CO2分離而固定的CO2，作為出口側(cè)基準(zhǔn)線的CO2就能減少大約50%
。也就是說
，如果能從單純的CO2分離向CO2的輸送、存貯和固定進(jìn)行展開
，就能大幅度削減CO2
。但是，為同時減少供給下道工序的能源
，因此同時對下道工序進(jìn)行節(jié)能是很重要的
。在一般煉鐵廠的下道工序中需要0.8-1.0Gcal/t的能源，在考慮補(bǔ)充能源的情況下
，***好使用與碳無關(guān)的能源。如果能忽略供給下道工序的能源
，***大限度地使用生產(chǎn)中所產(chǎn)生的氣體
，如爐頂煤氣的循環(huán)利用等，就可以減少大約25%的輸入碳
。這相當(dāng)于歐洲ULCOS的新型高爐（NBF）的目標(biāo)
。
2.爐頂煤氣循環(huán)利用和氫氣利用的評價
為減少CO2排放，日本政府正在積極推進(jìn)COURSE50項(xiàng)目
。所謂COURSE50項(xiàng)目就是通過采用創(chuàng)新技術(shù)減少CO2排放
，并分離、回收CO2
，50指目標(biāo)年是2050年
。
爐頂煤氣循環(huán)利用和氫氣利用的工藝是由對焦?fàn)t煤氣中的甲烷進(jìn)行水蒸汽改質(zhì)、使氫增加并利用這種氫進(jìn)行還原的方法和從高爐爐頂煤氣中分離CO2再將爐頂煤氣循環(huán)利用于高爐的工藝構(gòu)成
。在利用氫時由于制氫需要消耗很多的能源
，因此總的工藝評價產(chǎn)生了問題，但該工藝能通過利用焦?fàn)t煤氣的顯熱來補(bǔ)充水蒸汽改質(zhì)所需的熱能。計算結(jié)果表明
，由于CO2的分離
、固定和氫的利用，高爐煉鐵可減少CO2排放30%
。氫還原的優(yōu)點(diǎn)是還原速度快
。但由于氫還原是吸熱反應(yīng)，與CO還原不同
，因此必須注意氫還原擴(kuò)大時高爐上部的熱平衡
。根據(jù)理查德圖對從風(fēng)口噴吹氫時的熱平衡進(jìn)行了計算。結(jié)果可知
，當(dāng)從風(fēng)口噴吹的氫還原率比普通操作倍增時
，由于氫還原的吸熱反應(yīng)和風(fēng)口回旋區(qū)溫度保障需要而要求富氧鼓風(fēng)的影響，高爐上部氣體的供給熱能和固體側(cè)所需的熱能沒有多余
，接近熱能移動的操作極限
，因此難以大量利用氫。如果高爐具備還原氣體的制造功能
，并能使用天然氣或焦?fàn)t煤氣等氫系氣體
，那么利用氣體中的C成分就能達(dá)到熱平衡，還能分享到氫還原的好處
。在各種氣體中
，天然氣是***好的氣體。在一面從外部補(bǔ)充熱能
，一面制氫的工藝研究中還包含了優(yōu)化噴吹量和優(yōu)化噴吹位置等課題
。
高爐內(nèi)的還原可分為CO氣體間接還原、氫還原和直接還原
，根據(jù)其還原的分配比可以明確還原平衡控制
、爐頂煤氣循環(huán)或氫還原強(qiáng)化的方向。根據(jù)模型計算可知
，在普通高爐基本條件下
，CO間接還原為62%、氫還原為11%
、直接還原為27%
。
在氧氣高爐的基礎(chǔ)上對爐頂煤氣進(jìn)行CO2分離，由此可提高返回高爐內(nèi)的CO氣體的還原能力
，此時雖然CO氣體的還原能力會因循環(huán)氣體量分配的不同而不同
，但CO還原會提高到大約80%，直接還原會下降到10%以下
。根據(jù)噴吹的氫系氣體如COG
、天然氣和氫的計算結(jié)果可知
，在氫還原加強(qiáng)的情況下，會出現(xiàn)氫還原增加
、直接還原下降的情況
。另一方面，循環(huán)氣體的上下運(yùn)動會使輸入碳減少
，實(shí)現(xiàn)低碳煉鐵的目標(biāo)
。另外，當(dāng)還原氣體都是從爐身部吹入時
，其在爐內(nèi)的浸透和擴(kuò)散會影響到還原效果
。根據(jù)模型計算可知，氣體的滲透受動量平衡的控制
。采用CH4對CO2進(jìn)行改質(zhì)
，并以爐頂煤氣中的CO2作為改質(zhì)源，還原氣體的性狀不會偏向氫
。
從CO2總產(chǎn)生量***小的觀點(diǎn)來看
，在爐頂煤氣循環(huán)和氧氣高爐的基礎(chǔ)上，還要考慮噴吹還原氣體時的工藝優(yōu)化
。在2050年實(shí)現(xiàn)COURSE50項(xiàng)目后
，為追求新的煉鐵工藝，還必須對熱風(fēng)高爐的基礎(chǔ)概念做進(jìn)一步的研究
。
3.歐洲ULCOS
ULCOS是一個由歐洲15國48家企業(yè)和研究機(jī)構(gòu)共同參與的研究課題
，始于2004年，它以歐盟旗下的煤與鋼研究基金（RFCS基金）推進(jìn)研究
。
該研究課題由9個子課題構(gòu)成
，技術(shù)研究范圍很廣，甚至包括了電解法煉鐵工藝研究
。重點(diǎn)是高爐爐頂煤氣循環(huán)為特征的新型高爐（NBF）
、熔融還原（HIsarna）和直接還原工藝的研究。當(dāng)前
，在推進(jìn)這些研究的同時
，要全力做好未來削減CO2排放50%目標(biāo)的***佳工藝的研究
。目前
，研究的核心課題是NBF。根據(jù)還原氣體的再加熱
、還原氣體的噴吹位置
，對4種模型進(jìn)行了研究。
作為NBF工藝的驗(yàn)證
，采用了瑞典的MEFOS試驗(yàn)高爐（爐內(nèi)容積8m3）
，從2007年9月開始進(jìn)行6周NBF實(shí)際操作試驗(yàn)
。在兩種模型條件下，用VPSA對爐頂煤氣中的CO2進(jìn)行吸附分離
，然后從高爐風(fēng)口和爐身下部進(jìn)行噴吹試驗(yàn)
，結(jié)果表明可削減輸入碳24%。今后
，加上可再生物的利用
，能夠?qū)崿F(xiàn)削減CO2排放50%左右的目標(biāo)。為驗(yàn)證實(shí)際高爐中噴吹還原氣體的效果
，下一步準(zhǔn)備采用小型商業(yè)高爐進(jìn)行爐頂煤氣循環(huán)試驗(yàn)
，但由于研究資金的問題，研究進(jìn)度有些遲緩
。
另外
，荷蘭CORUS將開始進(jìn)行HIsarna熔融還原工藝的中間試驗(yàn)。該技術(shù)是將澳大利亞的HIsmelt技術(shù)與20世紀(jì)90年代CORUS開發(fā)的CCF（氣體循環(huán)式轉(zhuǎn)爐）結(jié)合的工藝
。該工藝的特征是
，先將煤進(jìn)行預(yù)處理，炭化后作為熔融還原爐的碳材
，通過二次燃燒使熔融還原爐產(chǎn)生的氣體變成高濃度CO2
，然后對CO2進(jìn)行分離，并將產(chǎn)生的熱能變換成電能
。氫的利用也是ULCOS研究的課題之一
，主要目的是利用天然氣的改質(zhì)，將氫用于礦石的直接還原
。這不僅僅是針對高爐的研究課題
，同時還涉及實(shí)施國的各種不同的實(shí)際工藝研究。
4.與資源國的合作和分散型煉鐵廠的構(gòu)想
鋼鐵生產(chǎn)國從資源國進(jìn)口了大量的煤和鐵礦石
，從物流方面來看
，鋼鐵生產(chǎn)是從資源國的開采就開始了。從削減CO2的觀點(diǎn)來看
，并沒有從開采
、輸送和鋼鐵生產(chǎn)的全過程來研究***佳的CO2減排辦法。就鐵礦石而言
，它是產(chǎn)生CO2的物質(zhì)根源
，鋼鐵生產(chǎn)國在進(jìn)口鐵礦石的同時也進(jìn)口了鐵礦石中的氧和鐵，因此鋼鐵生產(chǎn)國幾乎統(tǒng)包了CO2產(chǎn)生的全過程
。雖然對煤進(jìn)行了預(yù)處理
，但從經(jīng)濟(jì)性方面來看，為實(shí)現(xiàn)削減CO2的低碳高爐操作
，應(yīng)加強(qiáng)與之相符的原料性狀的管理
，如原料的品位等
。同時應(yīng)在大量處理原料的資源國加強(qiáng)對原料性狀的改善，研究減少CO2排放的方法
。鐵礦石中的氧
、脈石、水分和煤中的灰分與高爐還原劑比有直接的關(guān)系
，在鋼鐵生產(chǎn)中因脈石和灰分而產(chǎn)生的高爐渣會增加CO2的產(chǎn)生量
。因此，如果資源國能進(jìn)一步提高鐵礦石和煤的品位
，就能改善焦炭和燒結(jié)礦的性狀
、降低焦比，從而有助于高爐實(shí)現(xiàn)低還原劑比操作
。根據(jù)計算可知
，煤灰分減少2%，可降低還原劑比10kg/t鐵水
。另外
，從削減CO2排放的觀點(diǎn)來看，還應(yīng)該考慮從資源開采到鋼鐵產(chǎn)品生產(chǎn)全過程的各種CO2減排方法
。
日本田中等人提出了以海外資源國生產(chǎn)還原鐵為軸線的分散型煉鐵廠的構(gòu)想
。目前，人們重視大型高爐的生產(chǎn)率
，追求集中式的生產(chǎn)工藝
，但對于資源問題和削減CO2的問題缺乏應(yīng)對能力。從這些觀點(diǎn)來看
，應(yīng)把作為粗原料的鐵的生產(chǎn)分散到資源國
，通過合作來解決目前削減CO2的課題。擴(kuò)大廢鋼的使用
，可以大幅度減少CO2的排放
，但日本廢鋼的進(jìn)口量有限，因此日本提出了實(shí)現(xiàn)清潔生產(chǎn)應(yīng)將生產(chǎn)地域分散
，確保鐵源的構(gòu)想
。
還原鐵的生產(chǎn)方法有許多種，下面只介紹可使用普通煤的轉(zhuǎn)底爐生產(chǎn)法的ITmk3和FASTMET
。它們不受原料煤的制約
，采用簡單的方法就能生產(chǎn)還原鐵。還原鐵可大幅度提高鐵含量
，它可以加入高爐
。雖然在使用煤基的高爐上削減CO2的效果不明顯
，但在使用天然氣生產(chǎn)還原鐵時可以大幅度減少CO2的產(chǎn)生
。還原鐵和廢鋼的混合使用可以削減CO2
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