台灣進入碳中和的道路極其坎坷
2021年氣候變遷績效指標 (Climate Change Performance Index, CCPI 2021) 已於2020年底按多年來的慣例由德國看守 ( Germanwatch) 揭曉，這個指標的評鑑是以涵蓋溫室氣體排放90%的61個國家作比較，其評鑑的四大因數包括了: 溫室氣體排放40%、再生能源20%、能源使用20%及氣候政策20%，61國評鑑的排名如下列附件1，台灣的排名異常難堪，居倒數第5名，至於台灣在評鑑的四大因數及其各分項之表現，則列如下附件2供讀者參酌。
從附件1中赫然發現最後一名居然是美國，這個剛舉辦完40國領袖氣候峰會而號稱領頭羊的美國，看來拜登只有推諉「這都是退群大王川普惹的禍」，拜登已經回來了！我們也只好靜待未來四年，觀察拜老爺子的能耐是否可見真章？附件1報告中優秀班 (深綠色) 前三名如同往年依然從缺，良好班 (淺綠色) 依序如下: 4 瑞典、5 英國、6 丹麥、7摩洛哥、8 挪威、9 智利及10 印度，劣等班 (紅色) 的九個國家如下: 61 美國、60 沙烏地、59 伊朗、58 加拿大、57 台灣、56 馬來西亞；54 澳洲、53 南韓及47 捷克，中國則居中 (橙色) 第33名。
(註: 其實追溯歷史，民主黨的克林頓加入「京都議定書」，共和黨的小布希退出；民主黨的歐巴馬加入「巴黎氣候協議」，共和黨的川普退出，此後會再輪迴嗎？)
40國視訊峰會是拜登企圖重掌全球氣候議題的起手式，許多國家包括中、俄、加、日、韓、歐、巴西…等也與會且承諾零排碳時程，算是給足了面子，美國重返巴黎協議總歸是好事一樁，在拜登就職百日功績表上加了一分，但預算仍需經國會通過，更嚴肅的執行方案將在今年11月於英國格拉斯哥舉行的COP 26, (聯合國第26屆氣候變化大會，Conference of Paris, 26) 中告白，台灣要如何面對未來的情勢？尤其是《貿易碳關稅》將嚴重影響國際競爭力，單憑一句「成立零排碳國家隊」的口號就能忽悠得過去嗎？
超前部署必須聽專業的話
若真愛台灣，必須拋棄所有意識形態、政黨利益及網軍帶領風向的惡習，以公開 而透明的方式與胸襟，請教國內外專業人士的評估及指向，即使其建議要恢復核電、減少煤電與氣電、快速加大綠電規模或降低國防預算換取增加綠能預算…，也要以大開大合的魄力推展，比爾蓋茲在其新書已說明了溫室氣體排放的分布約為: 製造產品31％、用電27％、耕種養殖19％、交通運輸16％及調節溫度7％，台灣是以工業生產及其貿易為主的經濟體，碳排放的份額與此有異如下: 工業49.5％、能源14.2％、運輸13.6％、住宅11.0％、服務業10.8％及農業1.0％，全球每年排碳380億噸 (只計二氧化碳)，台灣居其約0.8％達3億噸，其中來自鋼鐵業生產的占其12％達每年3600萬噸，能去除這12％ 將呈現顯著的貢獻。
中國是全球排放CO2最大的國家，年排量約110億噸，超過台灣36倍，占世界總排達29％，其中發電占44％、鋼鐵17％、建材15％…，但習近平聽了各專業的話，在去年9月聯合國大會視訊中宣布: 力爭2030年碳達峰，2060年前實現碳中和，現在各大鋼鐵集團已在雷厲風行，唐鋼首當其衝，寶武、河北鋼等絡續減產，造成供應不濟，也導致價格飆漲，但就長期來看應是良性循環，達到碳中和還可開發很多新領域和新利益，譬如: 推展電動車、智慧省電建築及城市、工業和農業的無碳革命、開發國外無碳工業市場…以擺脫對外石化能源的依賴。請問: 蔡英文對「台灣碳中和宣言」能捱多久不表態？2050年或是2060年達成？善意警告: 必須與國際接軌已經不是「選擇題」而且是「是非題」了。
作者從事工程專業逾50年，且忝為鋼鐵生產、規劃、製作的老兵凡30餘載，願在此野人獻曝，提出「碳中和鋼鐵生產芻議」，就教於方正。
向無碳煉鋼的四大途徑邁進
綜合考量成本、技術成熟度和資源可用性，實行下列各途徑應可邁入無碳冶煉鋼鐵的標的: 1需求減少、2廢鋼應用、3高標運營以及4碳捕集、應用與封存 (CCUS, Carbon Capture, Utilization and Storage) 和氫氣直接還原煉鋼 (H2 -DRI-EAF, 氫氣-直接還原鐵-電弧爐) 等創新技術的加速推動。
1 減少需求
台灣已步入開發國家之林，工業亟需轉型，城市化及建築業必須放緩，鋼鐵新增的需求應按計畫予以減少，房地產的炒作、耗資蚊子館及浮濫的基礎建設應以法令規範，嚴格執行，比如必須體現完整的技術、環境與經濟可行性研究及定期考核，才能審批。建築業的材料效能應該提升，例如高強度鋼、新世代材料取代鋼鐵、3D列印建築、利用人工智慧與機器人的協助實現最佳設計和施工，包括材料選擇、放樣、裁切、成型、焊接，抽檢、組立及品保等等，以進一步減少鋼鐵的需求，因著供給面的降低而走向庫存的減少，連帶促使表觀需求的下降。
展望未來，如果鋼鐵業納入碳價格體系，具體包括對鋼鐵業碳排放進行收費、繳稅、碳排放交易，再推動鋼鐵需求的進一步縮減，此外，隨著歐盟排放交易體系 (EU ETS, EU Emission Trading System) 等國際碳價格體系的快速進展，多數產鋼國家正逐步建立以內需為主而外銷遞減的市場，量減改以價揚取而代之，達成新的供需平衡。當前減排的路徑多取決於需求的增減，因之碳中和的步調係根據需求而急遽地加速或減緩，這樣在2040年之前的減碳貢獻僅能達到32%的上限，倘若企業為追求持續的綠色增長，就應當為碳中和的轉型工作給予最充分的準備。
2 部分BF +BOF 以EAF + Scrap steel 取代
於21世紀40年代之前欲突破上述32%上限，在長製程鋼廠每產鋼1噸附帶產CO2 1.8噸的劣勢下，有望再提高去碳23%，使1.8噸CO2排放下降為0.81噸，建議措施如下: 以年產1500萬噸6座高爐 (BF, Blast Furnace) 的一貫作業鋼鐵集團為例，停止兩座高爐及其相關製程如轉爐 (BOF, Basic Oxygen Furnace)、燒結場
(Sinter plant) 和煉焦爐 (Coke plant)，隨著國內廢鋼的增量而絡續將部份鋼品轉為低排放短製程電弧爐 (EAF, Electric Arc Furnace) 生產，能獲得的減碳並不是少產鋼鐵500萬噸即減碳900萬噸哪麼單純，因損失的高爐氣、煉焦爐氣、轉爐氣、焦碳乾熄火發電、燒結廢熱發電及高爐頂壓發電等能源及電爐產碳抵消也要考慮，成為綜錯複雜的計算，我們極保守地估計可減碳70%即900 x 0.95 x 70% = 598.5萬噸，在全台灣鋼鐵業總排碳3600萬噸/年中減除了16.63%，若以30年分階段停止3座高爐則減碳達25%矣!
3卓越運營 奉行高標
鋼鐵業應不懈追求卓越運營，通過不斷完善標準，提高標準化水平，並將關鍵指標向下分解，各訂時程和考核，將運營能力與績效掛勾，改善運營流程，預計於2050年前可再減碳15%，致鋼鐵業累計減碳實現70%的目標，也就是在不增產的條件下，鋼鐵業年總排碳從3600萬噸減為1080萬噸。
EAF鋼廠應更進一步實行的責任包括但不限制如下: 自訂更優於ISO、CNS及其它管理、質量和環安衛系列的標準與規範；汰舊換新、加速折舊、採用新進尤其節能減碳的製程和設備，例如以直接軋延取代鋼胚加熱設施、以電力或天然氣取代柴油或燃料油；最優化的水使用、循環、回收、處理和排放；嚴格把關對原物料、輔料、廢棄料等的上下關聯鍵鏈。設想台灣有25座較大型電爐，每座每年平均排碳20～25萬噸，全年共排碳500～625萬噸，記住: 你的產品即使不外銷，但你的排碳 (EAF行業占全台碳排放約2%) 卻使台灣國際競爭力折損，全台EAF行業必須在未來30年內至少達成上述累計70%的減碳。
長製程的BF-BOF鋼廠大可進展下列事項: 鐵礦石、煉焦煤、焦碳和熔劑 (Flux)等應優先採購高階原料；高爐填加更多的優質廢鋼；採用較多的塊鐵礦 (Lump) 與球團礦 (Pellet) 以降低焦碳用量並增加鐵水產能，由國外實例得知，填加30% 的HBT (Hot Briquettes Iron, 熱壓鐵塊) 可提高鐵水產能24%，均以2050年前累計減碳達70%為其前提。
4 創新科技以解決無碳的鋼鐵生產
先進各國希求在2050年前達到70%無碳鋼鐵生產，應傾愚公移山之力以赴，這最後30%的挑戰實在超過了熱力學的極限，只有靠創新的科技或許能在2060年前完整實現，目前能預測的僅有碳捕獲與氫氣冶煉鋼鐵兩項:
碳捕集、應用與儲存 (CCUS)
各國進行中的模型建立及及實體測試有許多方法，如下列附件3 Cal-LP (Calcium Looping, 鈣迴路石灰生產利用於鋼鐵長製程的CO2捕集法) 是作者讀了許多公開發表的論文中最具說服力的一篇，願與讀者分享:
附件3簡要說明: 由高爐和煉焦爐排出的高溫廢氣，利用於動力場產生蒸氣發電後，成為CO2含量高的rich off gas，將其導入增添的窯爐 (Add-on kiln) 加入氧氣後，與石灰窯 (Lime kiln) 互動形成Cal-LP的循環，產生的石灰做為高爐的熔劑， 而排出的高純CO2 (High-purity CO2) 可通過加壓管道，以超過1500公里的長距離輸送他處，再予應用或封存於地下洞窟。於2018/10/24公開的原著論文篇幅很大，並不宜刊載於此，讀者可在下述的網頁詳閱: Inherent potential of steelmaking to contribute to de-carbonization targets via industrial carbon capture and storage (煉鋼具有通過工業碳捕獲和儲存為脫碳目標做出貢獻的內在潛力)。
氫氣直接還原冶煉
氫是煉鐵的最佳還原劑，而能夠大規模綠色可持續製氫的方式僅有電解水一途， 就當前的技術來看，電解水製氫冶煉的發展前途也最廣闊。根據瑞典HYBRIT項目2018年運行的結果，其成本較傳統BF冶煉高20～30%，噸鋼CO2排放僅為26Kg，較傳統冶煉減碳達98.5%，噸鋼電力消耗則達4051度，與傳統BF冶煉主要區別如下: 1. 電力用量大幅增加，一半以上的成本用在電解水製氫的耗電，不同於CO還原放熱，僅以氫還原鐵是吸熱反應，冶煉出來的海綿鐵需經電爐加熱融化，這是另一項耗電，但因不需要焦碳，故大幅減少CO2的發生。2. 氫還原的速度可達CO還原的4倍以上，在1000ﾟC的狀況下，以氫還原鐵礦石，98%的還原發生於20分鐘內，如以CO還原，80%的還原需要60分鐘的時間。
以氫氣冶煉的清潔電力由何而來？從瑞典、德國和奧地利已有的項目來看，不外乎光伏、風電或超高壓電網，中國各鋼鐵集團也在研究風、光電乃至核能及布設超高壓電網，以擴展綠電製氫還原冶煉的前程，期許減碳的最大化。
未來清潔電力的成本下降及碳交易價的上升，將有助於氫能冶煉的發展，以光伏為例，其成本每年以10%的速率降低，基本可望與煤電平價，但光電、風電都需要廣闊且具陽光與風場的陸地與海域，這有利於美、中幅員巨大的國家，但並不利於台灣，除非能接受核電冶煉。
氫能冶煉是最清潔的方式，其碳足跡 (Carbon footprint) 可予降低95%，根據研究分析，BF-BOF鋼鐵業平均噸鋼排碳1765 Kg，若採用天然氣 (甲烷) 冶煉製程，可將排碳降為940 Kg，若採用80%氫氣與20%天然氣混和冶煉，可將排碳降為437 Kg，若完全採用氫氣冶煉，則可實現幾乎「零排放」的目標，寄望在2060年前達標。
＊作者為工程專業經理人
