钢铁生产是一个高污染行业，但一些初创企业正致力于使其更加可持续。
H2 Green Steel公司利用可再生能源制取的氢气生产钢铁，这大幅减少了排放。
该公司正在瑞典建设一座大型工厂，计划于明年年底前开始投产。
其他公司也在开发绿色钢铁技术，其中包括波士顿金属公司（Boston Metal），该公司利用电解技术从铁矿石中制取钢铁。
在瑞典小城博登（Boden）郊外，一座被森林环绕的大型绿色钢铁工厂正在建设中。如果一切按计划进行，该工厂将于明年年底前开始为宜家（Ikea）和梅赛德斯-奔驰（Mercedes-Benz）等客户生产钢铁，使用可再生能源制取的氢气替代煤炭。到本十年末，该工厂计划每年生产500万吨绿色钢铁。
这仍只占全球钢铁产量的很小一部分：全球每年生产近20亿公吨钢铁，用于从高层建筑、风力涡轮机到汽车和办公椅等各种产品。目前，钢铁生产是一个巨大的排放源。钢铁冶炼每年产生超过26亿公吨的二氧化碳排放，几乎是航空业排放量的三倍。但包括瑞典初创企业 H2 Green Steel在内的公司希望证明该行业能够实现转型。
该初创企业本周宣布，已筹集了超过50亿美元的新融资，正在竭力尽快推进其解决方案的建设。“其他人选择从中试规模的运营起步，”H2 Green Steel公司负责传播事务的主管Karin Hallstan表示，“我们的观点是，速度至关重要，世界不需要又一个中试项目。现在需要的是大规模的行动。该技术已经成熟，我们已经证明了商业模式以及绿色钢铁的市场需求。这正是我们直接转向大规模生产的原因。”
全球大部分钢铁生产始于将矿山开采的铁矿石投入巨大的高炉，在高炉中加入煤炭以引发化学反应并炼出铁。“它的污染程度与你的预期大致相当，”非营利组织Industrious Labs（致力于帮助重工业脱碳）钢铁负责人Hilary Lewis表示。Industrious Labs是一家专注于帮助重工业脱碳的非营利组织。
“每座高炉大致相当于一座燃煤发电厂。”一些钢铁厂拥有不止一座高炉。在高炉中，化学反应会产生二氧化碳。高炉还必须保持极高温度，而这种热量通常同样来自燃烧化石燃料。从高炉中流出的“生铁”随后会进入另一种炉子进行加工，制成钢材，这一过程会产生更多的二氧化碳排放。
一种较少见的工艺使用一种称为直接还原铁（DRI）炉的设备，其运行温度较低，通常以天然气或煤炭为燃料，但也可以使用氢气。H2 Green Steel公司将在其工厂内制取绿色氢气，这意味着该公司将利用可再生电力将水分解为氢气和氧气。（目前大多数氢气是由化石燃料制取的。）
使用氢气驱动的直接还原铁炉炼铁之后，该公司将在另一座完全以电力运行的炉子中将铁加工成钢。这一步骤会使用少量碳，但整个工艺可使钢铁生产的排放减少95%。
该方法已在较小规模的示范项目中得到验证。在邻近的瑞典，一个名为 HYBRIT 的项目于2021年向沃尔沃（Volvo）交付了首批“无化石燃料钢铁”样品。该项目的合作伙伴之一、钢铁公司SSAB计划到2026年向市场推出规模更大的绿色钢铁产品。全球钢铁巨头安赛乐米塔尔（ArcelorMittal）也在开发绿色钢铁项目，其中包括葡萄牙的一座钢厂，该厂计划在2025年前建成零排放的生产工艺。但整个行业要实现转型仍将十分困难。
第一个挑战在于：目前可用的绿色氢气数量不多。制取绿色氢气还需要大量的可再生电力，因此必须向电网中增加更多可再生能源。直接还原铁炉还需要高纯度铁矿石，而这类矿石并非随处可得。（改善低品位矿石是可行的，但需要额外的工序。）
博登市非常适合应用这项技术——该地区拥有丰富且价格合理的可再生能源，并且能够获得合适的铁矿石。不过，即便具备合适的条件，该工艺成本依然高昂。H2 Green Steel公司向客户收取的钢材价格比普通钢材高出25%至30%。
但目前许多客户愿意支付绿色溢价。多家大型汽车制造商已签订合同，承诺在生产开始后即向H2 Green Steel公司采购。Lewis表示，制造商承诺购买更多绿色钢材，将对该行业产生重大影响。
消费者承担的成本差异可能并不明显。“好消息是，大多数人并不购买钢材，”她表示，“他们购买的是含有一定量钢材的产品，比如汽车。”一辆汽车大约使用一吨钢材，而使用绿色钢材的版本，消费者可能只需为这辆车多支付100美元。
欧盟设有排放交易体系，目前并不要求钢铁生产商为其全部排放付费，但企业将从2026年起被要求支付更多费用，并且费用比例将持续提升，直至2034年为其全部排放付费。“这意味着高污染的棕色钢材将变得更加昂贵，最终开始为清洁技术解决方案创造公平的竞争环境，”Hallstan表示。
“欧盟的监管措施也可作为世界其他地区的范本，以加快向可持续生产钢材的转型。”美国采取的是激励而非惩罚的做法：《通胀削减法案》的资金正在支持绿色氢气和新的清洁工业设施的发展，这些设施可能包括新的绿色钢铁工厂。
另一项颇具前景的新技术则完全不使用氢气。Electra是一家处于早期阶段的初创企业，其工艺先将铁矿石溶解，再利用电解提取纯铁。该工艺可使用低品位矿石，并在较低温度下运行，从而节约能源。Boston Metal 是麻省理工学院的衍生企业，利用电解将铁矿石加热至1600摄氏度，从而生成液态钢。
“对我们而言，这一工艺中已不再有碳排放，”Boston Metal公司业务发展高级副总裁Adam Rauwerdink表示，“一切工作都由电子完成。”在该公司位于波士顿地区的实验室中，该技术在室内运行。“在与我们办公室同一栋楼里，你可以浇注钢水，而排放的只有氧气，”他表示。
如果该工艺使用可再生能源运行，所生产的钢铁即为零排放。同样的技术还可用于从采矿废料中提取其他有价值的金属。该公司首先在巴西开展一个项目，生产铌，其每公斤售价约为钢铁的100倍，这有助于Boston Metal公司在为钢铁市场做准备的同时，更快地推广该技术。
该技术具有模块化特点——公司可以部署少量单元，每个单元的体积可能与一个集装箱一样大，也可以将200个单元组合起来，建成一座全尺寸的钢铁工厂。首座示范工厂计划于2026年建成，将是现有钢铁厂内的一个规模较小的装置。
回收更多钢材也有帮助，因为废钢可以在使用可再生能源运行的电弧炉中加工。但由于可用废钢数量有限，我们还需要大量新的铁，而直接还原铁和电解技术都能够提供这些铁。
全球数百座钢铁厂要实现转型需要时间，部分原因在于现有设备的使用寿命可达数十年。但是，每隔15至20年，传统高炉就必须进行一次昂贵的维护，费用高达数十万美元，因此企业可以选择转而采用直接还原铁技术，而不是进行维修。（虽然传统钢厂的碳捕集技术也有一定帮助，但其效果并不完美，且对空气污染或开采化石燃料所产生的上游排放并无作用。）全球大部分钢铁由中国生产，但中国向氢能转型的速度并不如欧洲快。
尽管存在诸多挑战，但该行业有望在本世纪中叶前实现脱碳，咨询公司Energy Innovation重工业研究负责人Jeffrey Rissman表示。他撰写了一本名为 Zero-Carbon Industry: Transformative Technologies and Policies to Achieve Sustainable Prosperity 的新书。现在仍有足够时间建设新的工厂。Rissman表示，最关键之处在于确保有足够的新可再生能源可用于支持这一工艺。
Industrious Labs的Lewis表示，像Boston Metal这样的最新技术，最终可能是最佳解决方案，因为它可以避免必须制取足够绿色氢气的难题。但由于直接还原铁炉目前已可使用氢气运行，企业推进这一方向是有道理的。“我认为我们今天就需要进行投资，”她说，“而且我认为，未来这些下一代技术将拥有大量机会。”
