全球「三碳」壓力襲來,世界各國從政策制定、產業技術革新、人才培育的面向
上,都迎來快速變動的減碳競逐。預計到2030年時,合理碳定價還會攀升至每噸
160美元,約是目前成本的2-4倍以上。同年7月,歐盟也提出「碳邊境調整機
制」(CBAM),我國經濟部預估將帶來新台幣245億元的衝擊。
(1)鋼鐵廠為世界各國排碳大戶,「高爐」是減碳競逐中重點項目
根據非政府組織Global Energy Monitor調查,全球鋼鐵業一年約產生30億噸碳
排放,佔全球CO2排放量9%。其中鋼鐵業大約有70%的CO2排放來源自「高爐
煉鐵」。高爐煉鐵的CO2排量約佔我國總碳排的7.6%,是我國淨零碳排的重點項
目之一。
(2)世界標竿鋼廠邁向淨零碳排的必經途徑:「富氫高爐」
“以氫代碳”,氫冶金定義是基於碳冶金的概念所提出:運用氫取代碳,作為燃
料和還原劑冶煉鐵,還原產物為水(Fe2O3+3H2→2Fe+3H2O)。氫冶金能從
源頭降低CO2排放。因此利用氫氣作為還原氣氛的「富氫高爐」,成為目前標竿
國家發展戰略的主流技術路線,是邁向淨零碳排的必經之路。
(3)打開「高爐黑盒」:富氫高爐數位孿生系統
高爐是工業界典型的黑盒,原理雖簡單,把鐵礦石和焦炭扔到封閉的高爐中加
熱,就能得到鐵水。但在實際生產操作中,爐內的高溫高壓幾乎是工業生產中最
惡劣的環境之一,這個最不缺光和熱的地方,卻是最難以監測的黑盒子。如今
“以氫代碳”帶來「高爐黑盒」百年工藝更新,面臨問題包括去碳用氫導致爐內
熱失衡、氫基還原劑使用以致爐料適配性差、還原行為改變以致爐況不穩等,國
際上至今仍無商轉富氫高爐之案例及解套對策。本技術以數位孿生概念出發,整
合先進高爐智能監測與先進模擬技術輔助富氫高爐技術開發,加速綠色鋼鐵產業
鏈發展。
本技術由兩項子技術構成:(a)「高爐熱力學計算軟體」能夠依據高爐監測獲得之
數據(如:燃料率、鼓風成份、鼓風溫度等),實時計算出各個爐部位置之熱力學
平衡狀況(如:溫度、壓力、氣氛分佈),透過跌代解析氣體濃度-溫度-壓力
複雜熱力學平衡關係,將熱力學條件轉譯為“真實高爐操作條件”,是打開高爐
黑盒之關鍵技術;(b)「可視化還原動力學模型」則是將所得之“真實高爐操作條
件”作為輸入條件,利用反應動力學模型,預測鐵礦於高爐內的複雜反應情況,
實現具有實時預測能力之富氫高爐數位孿生技術。