歐美日韓鋼鐵廠減碳路線與電爐應用現況調查

撰稿人 T41方科植

一、 前言
　　面對全球淨零碳排的浪潮，越來越多鋼鐵廠透過修改製程等作法因應未來可能的全球化減碳趨勢，在此背景下電爐成為許多鋼鐵廠的減碳手段。電爐技術具有成本效益、靈活性，並且電爐排放的二氧化碳也比高爐顯著減少，具有環境效益。因此，調查鋼廠的減碳措施以及如何進行電爐佈建是需要的。本文針對數家歐美日韓指標鋼廠進行調查，了解其減碳目標與方法、電爐產量、以及電爐佈建進展。本文原使用「歐美日韓鋼鐵廠電爐應用現況調查」作為標題，但經調查發現各公司佈建電爐的考量與其減碳政策高度相關，需一併說明，故將標題調整為「歐美日韓鋼鐵廠減碳路線與電爐應用現況調查」。本文將於第二章說明調查結果。第三章將針對各鋼廠減碳方向與電爐產量比例進行比較。在第四章中將進行總結。

二、 歐美日韓鋼廠減碳路線與電爐概況
　　在本章節中，選擇歐美日韓指標鋼廠，包含歐洲的安賽樂米塔爾、奧鋼聯，美國的紐柯、美國鋼鐵，日本的日本製鐵、JFE，以及韓國的POSCO作為調查對象。以下將透過這些鋼廠的官方報告與新聞，了解該廠達成2025淨零碳排的目標與方法，並且將了解各鋼廠電爐的產量與比例，最後瞭解到各鋼廠於今(2023)年與去年的電爐佈建進展與實績。
　1. 安賽樂米塔爾ArcelorMittal
　　安賽樂米塔爾提出了邁向2050淨零排放的五個提昇方向，廣泛地涵蓋了製程、能源、原料的優化。在技術發展路徑部分提出了創新直接還原鐵、智慧碳、以及直接電解鐵三個方向，並且在加拿大、西班牙、德國、比利時、盧森堡等地透過取得當地政府投資進行中。
　　在2021年時安賽樂米塔爾即提出了2050年實現淨零排放的路線圖。其中考量了以下五個關鍵提昇方向，作為實現2030年和2050年目標的基礎：

(1)煉鋼改造、(2)能源轉型、(3)增加廢料的使用、(4)購買清潔電力、(5)抵銷殘餘排放。其中對於電爐發展的投入部份涉及(1)煉鋼改造、(3)增加廢料使用、以及(4)購買清潔電力。
在(1)煉鋼改造的部分，安賽樂米塔爾認為在未來幾十年中鋼鐵業將面臨資金和煉鋼方法的轉變，煉鐵將從傳統的高爐（BF-BOF）方法轉變為直接還原鐵與電爐(DRI-EAF)方法，並且燒結廠中的鐵礦石製備製程將轉移至直接還原鐵球團製程，以進一步減少碳足跡。另外由於綠氫目前尚未達到所需的供給量，且綠色電網容量依然不足，因此在完全轉向綠氫之前，使用基於天然氣的DRI-EAF是邁向成熟技術的過渡。
在(3)增加廢料的使用的部分，安賽樂米塔爾預計改進廢鋼分選分類、安裝廢鋼預熔技術以及調整煉鋼製程，並且除了在電爐中使用廢鋼外，也增加高爐轉爐煉鋼過程中低品質廢鋼的使用。該公司透過收購金屬回收商以增加廢鋼獲取量進而降低煉鋼過程中的碳排放，例如2022年收購蘇格蘭的John Lawrie和德國的Alba International Recycling，以及2023年收購荷蘭的Riwald Recycling和波蘭的Zlomex。
　　在(4)購買清潔電力的部分，預計從BF-BOF技術過渡到廢鋼和DRI-EAF技術的過程將導致電力在鋼鐵生產的能源結構中佔據更大的比例。該公司計劃購買再生能源證書，以及利用與再生能源供應商的直接購電協議（PPA）。例如2022年對印度Greenko的投資以增加綠電供應。
圖1顯示了該公司在2030年全球二氧化碳排放強度減少25%的目標，其中考慮到未確定跟已確定的項目[1]。

圖1、安賽樂米塔爾2050淨零碳排路線圖

　　在技術發展部分，安賽樂米塔爾設定了三條途徑，包含了創新直接還原鐵(Innovative-DRI)、智慧碳(Smart Carbon)、以及直接電解鐵(direct electrolysis of iron)。安賽樂米塔爾目前已在開發前兩條路線方面取得了較多進展。雖然兩者皆尚未具備商業競爭力，但最新的進展增強了公司對其生產淨零鋼鐵潛力的信心。第三種途徑(直接電解鐵)雖仍處於研發階段，但也顯示出良好潛力。隨著世界各地碳成本的增加，預計這些低碳技術將變得更具競爭力，技術本身就會成熟並變得更有效率。
三條途徑之中，安賽樂米塔爾目前投入最多的是在創新直接還原鐵方面，主要為增加DRI-EAF製程相關發展。安賽樂米塔爾認為使用綠氫（使用再生能源）和藍氫（捕獲和儲存生產過程中產生的任何二氧化碳）的創新DRI生產將是2050淨零排放的主要推動力，而何時這些能源(天然氣、再生能源、綠氫)變得易使用且便宜決定了淨零排放的推動速度。因此，包含乾淨能源與原料的製備成為發展重點，安賽樂米塔爾對於創新直接還原鐵的發展目前有以下8個項目進行中（惟部分在歐洲的投資有待歐盟委員會的確認）：
　(1) 加拿大漢密爾頓Dofasco工廠
　　 安賽樂米塔爾與加拿大和安大略省政府一起，投資18億加元(約423億新台幣)的脫碳項目於2022年10月在加拿大安大略省漢密爾頓的安賽樂米塔爾Dofasco工廠動工。加拿大政府和安大略省政府分別承諾為計畫總成本投入4億加元(約94億新台幣)和5億加元(約117.5億新台幣)。該項目將把Dofasco工廠從BF-BOF的傳統碳密集的生產轉變為DRI-EAF的生產，這種方法的碳足跡顯著降低，並且去除了煤炭來自煉鐵過程。新的年產能250萬噸DRI爐最初將使用天然氣運行，但將對使用氫氣做準備，以便到時綠色氫氣變得供應充足且具有成本效益時可以快速切換。該專案預計將於2028年完成。
　(2) 加拿大Contrecoeur
　　安賽樂米塔爾位於魁北克省的現有DRI工廠每年生產170萬噸DRI。2022年公司成功測試了綠氫在DRI生產中的使用。該次測試在安賽樂米塔爾加拿大長材產品公司(ArcelorMittal Long Products Canada，AMLPC)位於魁北克Contrecoeur的工廠進行。測試中由第三方的電解裝置（利用電力和水產生綠色氫氣的裝置）生產綠氫，然後被運送到Contrecoeur工廠。此測試主要是評估在鐵礦石還原過程中用綠氫取代天然氣使用的能力。在第一次測試中，24小時內6.8%的天然氣被綠氫取代。由於鐵礦石還原過程佔AMLPC整體二氧化碳排放量的75%以上。本次測試可視為減碳的一個里程碑。若AMLPC在2023年在DRI工廠增加綠氫使用的試驗顯示此作法可行，這結果預計會減少Contrecoeur大量碳排放。不過，使用電解槽生產綠氫受到其他因素影響，特別是是否有足夠的電力為其供電。若魁北克氫製備條件成熟，預計可為公司貢獻碳減排量。
　(3) 西班牙塞斯陶(Sestao)和希洪(Gijón)
　　安賽樂米塔爾的塞斯陶工廠預計將成為世界上第一座全面的零碳排放鋼鐵廠，這要歸功於該公司在西班牙希洪的工廠投資10億歐元(約343億新台幣)，用於建造氫氣DRI工廠和新型混合電爐。西班牙政府已與安賽樂米塔爾簽署協議，將為轉型所需的10億歐元提供資金支援。
　　塞斯陶工廠兩座電爐將接收來自希洪工廠每年100萬噸的DRI作為原料，到2025年，塞斯陶工廠計劃每年生產160萬噸零碳排放鋼。這將透過增加循環、回收廢料的比例和使用綠氫生產的DRI、以再生電力為煉鋼資產提供動力，以及利用碳中性能源投入（例如生物質）來替代剩餘的化石燃料使用來實現。預計將在未來五年內塞斯陶工廠的碳排放量將減少達50%。
　　除此之外，為了穩定的可再生氫氣來源，安賽樂米塔爾與HyDeal España建立戰略聯盟，為安賽樂米塔爾提供可再生氫氣。並且，安賽樂米塔爾、Enagás、Grupo Fertiberia 和DH2 Energy於2022年2月成立合資企業以提供可再生氫氣。整體產能預計可達到太陽能發電總量9.5GW，電解槽總裝置容量將達7.4GW。目標是在2025年底開始生產，從2026年起每年生產約15萬噸可再生氫氣，並在2030年達到33萬噸。
　(4) 德國漢堡H2 Project
　　安賽樂米塔爾現行在歐洲唯一的DRI-EAF工廠在德國漢堡，目前正在準備在鐵礦石還原過程中改用氫氣取代天然氣。目前正在進行的專案，是測試以氫氣規模化製造DRI的能力，以及將無碳DRI應用在EAF製程中使用。德國聯邦政府已批准5500萬歐元(約18.9億新台幣)的資金支援，目標是到2025年技術達到工業商業成熟，每年生產10萬噸DRI。
　(5) 德國不來梅(Bremen)和艾森許滕斯塔特(Eisenhüttenstadt)
　　在H2 Project計劃擴建德國氫能工廠後，安賽樂米塔爾計劃在其不萊梅廠區建造一座大型DRI-EAF工廠，以及在艾森許滕斯塔特建造一座創新DRI-EAF試點工廠。若建造順利，不來梅工廠預計每年生產200萬噸DRI供應給不來梅和艾森許滕斯塔特的電爐，並且預計到2030年不萊梅和艾森許騰斯塔特的鋼鐵產量將達到350萬噸。若氫氣量足夠，可以減少超過500萬噸二氧化碳當量。技術轉換所需的投資估計在10-15億歐元(約343-514.5億新台幣)之間。不過本項目尚須取得政府的支持、進行經濟可行性評估、以及進行能源可供應性評估。
　　為了穩定氫氣供應，安賽樂米塔爾除了參與包括北德氫計畫(North German hydrogen projects)等區域氫氣網路的建立之外，也與殼牌、三菱和其他跨產業公司合作組成漢堡綠氫中心以利用再生能源發電，並與能源公司RWE簽署了MoU，共同經營海上風場和氫氣設施，為生產低排放鋼鐵提供所需的可再生能源和綠色氫氣。
　(6) 濱海福斯(Fos-Sur-Mer)與敦克爾克(Dunkirk)
　　安賽樂米塔爾計劃對其濱海福斯和敦克爾克的工廠進行17億歐元(約583.79億新台幣)的投資，以加速其脫碳，同時保持同等產能。該投資包括在濱海福斯建造一座電爐，以補充現有的轉爐，將濱海福斯工廠轉變為低碳、循環的練鋼製程。在敦克爾克廠部分，則將建造一座年產250萬噸的DRI生產裝置，使用氫氣代替煤炭來轉化鐵礦石，並結合電爐製程。這些新設施將於2027年開始投入運營，逐步取代安賽樂米塔爾在法國5個高爐中的3個(濱海福斯廠2個高爐中1個替換為電爐、敦克爾克廠3個高爐中2個替換為電爐)。預計到了2030年，這些投資將使安賽樂米塔爾在法國的二氧化碳排放減少約40％，即每年780萬噸，也將幫助法國鋼鐵工業實現巴黎協定的目標。
　　在敦克爾克港口和鋼鐵廠附近，安賽樂米塔爾和採石材料集團SigmaRoc合資創建一家專門生產石灰的公司。石灰是鋼鐵生產的重要淨化添加劑，該公司將利用敦克爾克廠回收的熱量，每年生產90萬噸石灰材料，並在生產過程中使用生物燃料來取代天然氣，生產淨零石灰供應鋼鐵廠使用。此外，安賽樂米塔爾也與液化空氣集團(Air Liquide)的合作，一同研究在敦克爾克實施創新解決方案來生產低碳鋼，包括結合DRI和電爐生產鐵水，並使用氫氣來減少碳排放，預計於2025年進行試運轉。
　(7) 比利時根特
　　安賽樂米塔爾與比利時政府簽署意向書，投資11億歐元(約377億新台幣)於比利時佛蘭德斯的根特廠建設年產250萬噸的DRI-EAF工廠，與該工廠內的高爐改善一同進行。該地高爐目前正透過Torero、Steelanol等專案研發例如以生物質取代化石煤作為高爐原料等技術。
　(8) 盧森堡Belval
　　安賽樂米塔爾盧森堡公司與盧森堡經濟部2022年9月簽署MoU，由盧森堡提供約1,500萬歐元(約5.1億新台幣)補貼，建造新型電爐取代現有1997年啟用的舊電爐，提高能源效率，並使盧森堡的鋼鐵產能增加近15%，達到每年250萬噸鋼鐵。再加上對Belval鋼鐵廠其他區域的額外投資，安賽樂米塔爾盧森堡工廠將實現盧森堡國內粗鋼產能自給自足[2]。
　　除了進行建廠與設備改造，安賽樂米塔爾2022年還進行減碳相關投資，包括了巴西Serra Azul礦山直接還原球團廠、賴比瑞亞礦山二期擴建等支出。除此之外，2022年安賽樂米塔爾進行了包括10億美元(約323億新台幣)的多項收購，其中脫碳相關投資就包括奧鋼聯位於美國德州科珀斯克里斯蒂的HBI工廠80%股份，總部位於英國的廢料回收企業John Lawrie Metals Limited，以及活躍在德國黑色金屬和有色金屬回收領域的三家公司（ALBA Metall Süd Rhein-Main GmbH、ALBA Electronics Recycling GmbH 和ALBA Metall Süd Franken GmbH）。另外也包括透過公司的XCarb®創新基金對核能新創TerraPower的2,500萬美元(約7.8億新台幣)投資，以及對Form Energy Inc.的1,750萬美元(約5.7億新台幣)投資。安賽樂米塔爾預計公司2023年與脫碳計畫相關的資本支出預計將從2022年的2億美元(約65億新台幣)增加到4億美元(約130億新台幣)，主要花費將用在加拿大Dofasco的DRI-EAF計畫。
　　在現有電爐狀況方面，2022年安賽樂米塔爾旗下有34座高爐、30座電爐，高爐主要集中在歐洲與ACIS(非洲與獨立國家國協)區域，高爐2022年度產量約為4,430萬噸，電爐主要集中在歐洲，電爐2022年度產量約為1,470萬噸[3]。電爐占整體產量33%。
　　因此，由以上安賽樂米塔爾的減碳路徑、技術發展、電爐比例、與未來投資項目可知道，安賽樂米塔爾在DRI-EAF的發展很大一部分專注在低碳原料(DRI)的生產、以及乾淨能源的取得(例如核能)，以新建電爐伴隨改進原料來源與電力來源，最終達到低碳煉鐵的效果。安賽樂米塔爾視電爐為其脫碳方向的其中一個重要方式，但也並非以電爐作為唯一途徑。除此之外，在新建電爐工廠時並不單純建造電爐，而是同時考慮的其電力與原料問題。整體投資考量十分廣泛，包含了製氫、運輸氫、生質能、以及HBI或DRI等原料生產、以及也投資廢鋼回收公司。
　　2. 奧鋼聯 Voestalpine AG
　　奧鋼聯設定的減碳目標包含2027年起二氧化碳排放量減少30%、2030年起排放量減少50%、2050年以前實現淨零排放。最近的措施是用電爐配合綠電取代林茲(Linz)和多納維茲(Donawitz)的燃煤高爐。
　　奧鋼聯長期使用高爐路線生產鋼鐵，並投資美國德州的DRI場以獲得HBI鐵塊的供應長約。在2022年3月的監事會(Supervisory Board)上決議將公司逐步轉變為以綠電供應的電爐製程。2023年監事會進一步通過投資約15億歐元(約514億新台幣)在林茨和多納維茨兩個地點各建造一座電爐，建設計劃於2024年開始，並在2027年之前用兩台電爐取代兩台高爐，預計這兩座電爐使公司從2027年起可生產約250萬噸低碳鋼鐵(林茨160萬噸，多納維茨85萬噸) [4]。
　　依據公司報告，2022/23年度粗鋼產量為707.9萬噸，若電爐順利投產取代高爐產能，可望符合該公司2027年減碳30%的目標。
　3. 紐柯Nucor
　　紐柯是一間利用電爐、連鑄機、自動化軋機以廢鋼等原料生產鋼鐵的公司，2021提出在2030年將鋼廠營運的溫室氣體排放強度降低35%的承諾(以2015年為基準)。其減碳的策略在與改善能源與原料的碳排效率、開發CCUS以及其他先端技術，技術的開發包含了開發低碳電爐原料、使用核融合供電、與埃克森美孚合作碳捕捉等。
　　根據公司2022年報告，紐柯共有25座電爐，當年生產銷售約1,820萬噸，回收廢鋼1,780萬噸。由於公司本身為電爐製程，旗下也有大型廢鋼供應商David J. Joseph Company(DJJ)，原料供應穩定，因此該公司對於溫室氣體減排的目標與戰略著重在精進其能源減碳、製程碳回收利用等。紐柯公司的減碳戰略包含以下多個方式[5]：
　(1) 增加可再生能源的利用：雖然紐柯在生產製程中近40%的電力來自清潔或再生能源，但依然有提升的空間。要進一步減排就必須對可靠、具成本效益的電力供應方案進行評估。例如增加對外採購再生能源(2022年紐柯公司已是美國第七大可再生能源企業買家)、評估使用綠色氫來生產DRI、投資小型模組化核反應器技術等。
　(2) 能源效率項目：改進電爐的煉鋼研究新工藝，例如廢氣熱回收、燃燒器改進、高效供電系統和廢鋼預熱替代方案。
　(3) 碳捕獲：目前公司正在其中一間工廠探索碳封存可行性，評估其他碳捕捉技術(將CO2封存進水泥和混凝土)，以及評估其他CO2注入物質(如生物質或其他可回收成分)。
　(4) 長期變革性技術評估：評估數十種長期技術創新解決方案，包括使用可再生生物碳、混凝土內的碳封裝、封存、更高效的噴槍噴射、核電和綠色氫等。
　　在具體作為方面，紐柯投資了一家名為Electra的新創。Electra的技術是使用零碳排的間歇性電力(如太陽能)從低品級礦石中生產低溫鐵(Low-Temperature Iron，LTI)。該技術利用電力在60'C的溫度下將鐵礦石以電化學方式精煉成純鐵，後續可做為電爐煉鋼之原料[6]。
　　紐柯也與NuScale Power公司合作，一同探索部署小型模組化核反應爐（Small Modular Reactor，SMR）為紐柯電爐供電的可能性。此合作目前已獲美國核能管制委員會（NRC）核准，並於2023年2月起允許電力公司在美國境內提出NuScale SMR建廠申請[7]。
　　除此之外，紐柯與埃克森美孚(ExxonMobil)將合作在紐柯位於路易斯安那州的直接還原鐵工廠進行二氧化碳的捕集。每年預計將捕獲達80萬噸二氧化碳，然後將其運輸並儲存在路易斯安那州的一個設施中。該項目預計將於2026年啟動[8]。
　　從紐柯的減排目標、策略、到實際作為可以發現該公司投入較大在能源(電力)效率的改進以及製程中的碳捕捉回收利用。就公司的說法，近年全球對低碳、零碳發電的投資增加的趨勢導致綠電成本下降，最終將會低於傳統發電成本。投資綠電與購買綠電最終將有利於該公司減少碳排。
4. 美國鋼鐵 US Steel
　　美國鋼鐵公司提出2030年範圍1、2排放減少20%的目標，並且正在進行新建電爐工廠與DR級球團工廠，皆預計於2024年投產。
　　該公司原本以高爐為主要製程，併購大河鋼鐵(Big River Steel)後增加了電爐製程(mini mill)，2022年總年產能2,240萬噸，其中電爐為產量約為347萬噸，包含Big Rivere廠330萬噸，Fairfield廠約17萬噸的鋼管(tubular)產品[9]。

圖2、美國鋼鐵公司2050淨零碳排路線圖

　　因應碳中和趨勢，美國鋼鐵公司正在發展InduX™ NGO非取向鋼系列產品與verdeX®系列低碳排鋼鐵產品(使用電爐生產且回收之鋼鐵含量達90%)。從圖2該公司2050年淨零目標的路線圖可知，該公司將透過製程優化與新建電爐，達成中期目標-2030年前範圍1和2排放減少20%(以2018為基準)。具體的減碳做法除了新建永續且高科技的電爐廠，也包含投資DR級球團(DR-grade pellet)生產，再來則是在原有的高爐設施中尋找碳捕獲、利用、與封存(CCUS)技術，提高環境效率。
　　美國鋼鐵公司表示，為了加速達成降碳排目標，公司正在擴建其電爐數量，例如2021年開始計畫在原本位於阿肯色州的大河鋼廠的附近投資30億美金(約969億新台幣)新建一個年產300萬噸的電爐工廠，內含兩座電爐[10]。該廠於2022年2月動工，預計將於2024年投產。[11]投產後大河鋼廠的電爐煉鋼能力將提高一倍。並且，在電爐中使用回收廢鋼，再加上再生能源和核能發電，預期在短期內顯著改善溫室氣體排放強度。在美國鋼鐵公司，電爐生產鋼材的碳排比高爐-轉爐生產鋼材的碳排少70-80%。
　　另一個具體做法則是投資DR級球團生產，向電爐供應關鍵原料。2022年第三季，美國鋼鐵在明尼蘇達州的Keetac礦場動工，建立該公司第一個DR級球團工廠。這個1.5億美元(約48億新台幣)的投資預計將於2024年生產第一批DR級球團。
投資DR級球團工廠將帶給美國鋼鐵公司好處。首先，DR級球團具有二氧化矽等雜質含量低(低於高爐原料中使用的球團礦)以及鐵含量高的特性，可以轉化為直接還原鐵(DRI)或熱壓塊鐵(HBI)，適合向電爐供料。因此，新的DR及球團工廠將能夠應付美國國內增長的需求，以及支援美國鋼鐵公司電爐產能的不斷擴張，該公司預計在2024年將有5座電爐運行中。其次，球團是由美鋼公司自己的Keetac礦場提供的礦石製成，因此生產DR級球團也使得其鐵礦石具競爭優勢，並使美國鋼鐵公司能夠靈活地在DR級球團礦和現有高爐球團礦生產能力之間轉移生產。最後，該礦場自二戰前就向美國鋼鐵公司供應鐵礦石。這些擴大的產能已新增250個臨時工作，預計竣工後全職員工將增加約10%，為下一代煉鋼的未來提供就業保障並創造就業機會。
　　由美國鋼鐵公司實際做法可知該公司將充分利用電爐的減碳優勢，擴增電爐廠；並且將原料低碳化，增加設備讓旗下礦場可以產出低碳球團礦。未來目標將是以電爐與低碳高爐同時進行生產。
5. 日本製鐵 Nippon Steel
　　在減碳技術方面，日本製鐵預計朝向「在高爐中使用氫氣」、「大型電弧爐生產高等級鋼」、「在直接還原製程100%使用氫氣」三個方向發展。第一、以高爐富氫氣體部分取代還原劑的COURSE50正在進行中，預計2025年下半年在君津2號高爐開始展示、2030年安裝一座可運行的COURSE50高爐。第二、2022年瀨戶內工廠廣畑地區的新電爐開始商轉，有助於積累利用電爐生產高等級鋼的經驗。同時在波崎研發中心設置的10噸容量的小型電爐預計於2024財政年度開始實驗。預計要在2030年前建立使用低品位鐵礦石中的氫直接還原鐵以及廢鋼作為原料來生產可用於汽車外板的高品位鋼的技術。第三、目前的DRI製程使用甲烷（天然氣）作為還原劑，碳排表現不佳。因此需要發展以純氫作為還原劑的技術。
　　在日本國內，日本製鐵既有的電爐設備較少，僅包含北日本製鉄所室蘭地区1座容量100頓電爐、関西製鉄所和歌山地区ステンレス製鋼1座容量80噸電爐、関西製鉄所製鋼所地区1座容量40噸電爐[13]。日本製鐵並未公布其電爐年產量，但依據GEM Wiki(Global Energy System Wiki)的推估，2021年產量為北日本製鉄所22.6萬噸[14]、関西製鉄所25.4萬噸[15]。未來日本製鐵將斥資1,230億日圓(約272億新台幣)在關西的廣畑地區建造一座年產70萬噸的電爐以生產高級鋼並且能研究利用大型電爐生產高級鋼之技術[16]。依據日本製鐵2023年報告，2022財年的粗鋼產量為3,425萬噸[12]。
6. JFE Steel
　　JFE投入的減少碳排創新技術包含三個主要方向--碳回收高爐(carbon-recycling (CR) blast furnaces)、直接還原煉鐵、以及大型電爐。其中最主要方向為碳回收高爐。JFE認為目前沒有一個確定方式可以保證碳排放可以線性減少直至2050年，在創新技術發展成功之前，能做的僅是先透過(1)增加現有高爐的能源運用效率，以及(2)使用廢鋼與電爐減少碳排。在高爐部分JFE計畫暫停倉敷地區(Kurashiki District)的其中1座高爐的運行，並於2027年至2030年間進行改造。在電爐部分JFE將投資150億日圓(約32.2億新台幣)在其千葉廠建造新的電爐並預計於2025年啟用[18]；並且JFE將於2024年針對仙台工廠(Sendai works)的電弧爐進行優化，計劃透過數位轉型(DX)等方式提高產能和加強貨物裝卸設施，將電弧爐的生產能力每年增加約14萬噸；另外，JFE將配合NEDO綠色創新基金（Green Innovation Fund, GI Fund）的計畫，在千葉地區安裝小型試驗電弧爐（10噸），以研究大型電爐製造高級鋼的技術。上述高爐、電爐改造為過渡時期的措施，創新技術預計能於2040年左右建立，屆時才能夠顯著降低製程的碳排放水準[19]。
　　JFE目前製程以高爐為主，電爐僅仙台工廠、JFE條鋼株式會社使用電爐。據官方2022年報告，2021年電爐總粗鋼產量為2百萬噸(仙台廠60萬噸、JFE條鋼株式會社140萬噸)，佔總產量27.3百萬噸的7%左右[17]。
7. POSCO
　　POSCO的2050目標將是轉型成使用氫氣的HyREX製程為主、電爐製程為輔的淨零碳排生產，在過渡的期間將使用低碳原料與還原劑、降低鐵水比、以及開發原FINEX製程的CCU技術等方式減排。對於HyREX的發展，該公司於2022年開始與原FINEX開發商Primetals合作開發由FINEX精進為HyREX的技術。
　　POSCO發布了2050年碳中和路線計畫中，以2017年至2019年測得的每年平均碳排放量7880萬噸為基準，規劃2035年實現減排30%、2040年實現減排50%、2050年實現淨零排放。在POSCO的短中長期三個階段中，短期階段將以提高設施效率、使用低碳燃料和原料並開發與現有設施相容的技術為應對措施，中期階段將以引入電弧爐、碳捕獲、使用和儲存（CCUS）技術作為應對措施，直到氫基煉鐵技術成熟後，最後階段將使用自行開發完成的HyREX低碳製鐵技術。其減碳路徑如圖3所示[20]：

                                                                             圖3、POSCO 2050淨零碳排路線圖
　　POSCO正在進行的開發包括了(1)低碳高爐技術，(2)基於轉爐和電弧爐的技術，(3)基於FINEX的技術，以及(4)HyREX技術，如下所說明[21]：
(1) 高爐低碳燃料和原料。
　　高爐目前使用燒結礦佔超過70%。由於燒結涉及大量化石燃料的燃燒，POSCO將透過熱壓塊鐵(HBI)替代燒結礦作為高爐的化石燃料，並且也將用天然氣取代焦煤，由甲烷裂解產生的氫作為還原劑注入高爐底部。POSCO的目標是在2023年為高爐配備天然氣噴射系統並開發相關技術。2025年開發副產氣體淨化和注入技術。
(2) 基於轉爐和電爐技術
　　每生產一噸粗鋼約有80%的碳排放是在鐵水生產過程中產生的。POSCO的解決方案是減少轉爐中鐵水的使用以及增加廢鋼的使用。有兩種方法進行中，第一種方法是電爐混合製程，即混和來自高爐的鐵水和來自電爐的鋼水的組合進料，可以減少高爐鐵水的總使用量。由於電爐使用廢鋼，可貢獻碳排。不過由於電爐生產的鋼水中殘留較多元素使得生產高級鋼受限，先進的汽車板材和造船板材等將依然使用高爐生產。第二種方法是K-OBM ((Kombiniertes(=Combined) Oxygen top and Bottom blowing Maxhuette)工藝，其中氧氣從爐的頂部和底部吹入，提供額外熱源以增加轉爐廢鋼使用量。以上兩種方式被稱為「低鐵水比(HMR)技術」，POSCO透過將比率降至
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轉爐容量的70%以下，減少高爐鐵水量，進而減少碳足跡。
(3) FINEX的CCU技術
　　2021年以來POSCO與韓國工業科學技術研究院RIST合作進行研發，以驗證碳捕獲和轉化技術。目前正在研究的是利用高爐、轉爐和FINEX熔爐產生的高溫二氧化碳等副產氣體作為熱源的可用性。經示範工廠實驗發現捕獲的二氧化碳可以在焦爐中重新利用，所需的純度等級為65-70%。POSCO將建造碳捕獲設施用於處理FINEX製程中的副產品氣體，未來並可作為氫還原煉鋼技術使用。該工程計劃於2025年完工，應用於浦項和光陽工廠後，預計每年可減少二氧化碳排放量32萬噸。
(4) HyREX技術
　　氫基煉鋼透過在煉鐵過程中使用氫氣代替焦煤作為還原劑和熱源，以大幅減少溫室氣體排放。POSCO改進了其FINEX技術的流體化床反應器，使用細礦(fine ore)而非豎爐使用的球團礦(pellets)。2022年7月，該公司與FINEX原設計製造商普銳特冶金技術(Primetals)簽訂了聯合工程協議，共同設計HyREX示範工廠的關鍵設施，目標到2026年在浦項工廠建成年產能30萬噸的試驗廠，以用來開發HyREX商業化的兩項核心技術：氫基流化床反應器和電熔爐（Electric Smelting Furnace，ESF）。目標是2030年將核心技術規模化、商業化；2050 年逐步取代現有高爐以實現淨零排放。
　　未來POSCO的生產配置將有2種路線，路線1是將HyREX生產的DRI送入電熔爐（ESF）以生產鐵水，進而生產高附加價值的鋼鐵產品。路線2使用廢鋼、HBI和電爐來生產鐵水。
　　由POSCO正在進行的規劃與措施可以發現，POSCO未來主力將是修改FINEX製程成為HyREX製程，最終目標仍是使用HyREX進行製造高等級的鋼鐵。在考量新建電爐的時候，該公司考量由知名設備商提供解決方案。例如，2023年POSCO決定由Tenova供應一座容量280噸電爐，配備連續廢鋼裝料系統Consteel®和電磁攪拌系統Consterrer®，由Tenova和ABB共同申請專利[22]；另外依據SEAISI的報導，POSCO預計投入6,000億韓元(約143.7億新台幣)，預計在2027年補齊光陽廠與浦項廠各一座年產250萬噸的電爐。[23]相較於POSCO 2022年產量4,300萬噸，預計增加的電爐產量占整體產量比例並不高。
三、 歐美日韓鋼廠減碳計畫與電爐發展比較
　　歐美鋼廠依自身規模以及自身優勢，投入資源的方向也不同。安賽樂米塔爾規模較大，工廠遍佈各地，故大多會向當地政府申請經費進行設備改建。奧鋼聯本身規模較其他公司小，減碳方法則是外購HBI等原料，並將高爐部分改為電爐。紐柯本身已是電爐廠，因此減碳方向主要是與外部公司合作取得更低碳的能源與原料。美國鋼鐵公司透過收購並且擴建大河鋼鐵工廠以增加減排量，同時也依據自身具有礦場的優勢，投入低碳原料的發展。
　　日韓鋼廠的減碳作法幾乎都是多管齊下，例如，日本製鐵即是以「高爐噴吹氫氣」、「還原製程中使用全氫氣」、「研發大型電爐」三種方式同時實施作為減碳手段。惟日韓鋼廠發展重點稍有不同，日本鋼廠除了改善高爐外，同時合作發展新的電爐製程；而POSCO則是已經有一個發展很好的FINEX製程，因此傾向投入較多在發展改良版的高爐製程。表1整理了各鋼廠減碳方向、粗鋼產量與電爐產量比較。
　　　　　　　　　　　　　　　　　　表1、各鋼廠減碳方向、粗鋼產量與電爐產量比較

四、 結論
　　在淨零碳排的趨勢下許多鋼廠設定了短中長期目標並積極發展減碳技術，尤其是原高爐製程為主的鋼廠大多會使用多個減碳手段並行。其中，佈建電爐是一個成本低、靈活性高，並且佈建之後減碳效果容易預期的做法，因此有許多鋼廠拿來作為減碳手段之一，尤其是針對用來達成中期減碳目標。經過調查比較可以得知，歐美鋼廠電爐發展較早，產量佔比較高，2023年的策略是積極導入低碳能源與料源；日韓鋼廠以高爐製程為主，2023年的策略是精進高爐製程，並發展電爐技術。在調查中也可以發現，低碳能源、低碳原料、製程CCUS是大多數指標鋼廠同時並行的減碳手段，各鋼廠皆依據自身的優勢，調整發展方向，決定投入的資源多寡。
參考資料：
[1] ArcelorMittal 2022 Annual Report
[2] 在經濟部的支持下，安賽樂米塔爾投資 6,700 萬歐元在貝爾瓦爾工廠建造一座新電弧爐，ArcelorMittal，2023-06-16，https://corporate.arcelormittal.com/media/news-articles/arcelormittal-invests-67-million-euros-in-a-new-electric-arc-furnace-at-its-belval-site-with-the-support-of-the-ministry-of-economy
[3] ArcelorMittal 2022 Annual Report，pp.107
[4] 奧鋼聯監事會批准15億歐元進一步脫碳，2023-03-22，https://www.voestalpine.com/group/en/investors/ad-hoc-news/2023-03-22-voestalpine-supervisory-board-approves-eur-1-5-billion-for-further-decarbonization-00001/
[5] 我們的溫室氣體減量目標策略，https://nucor.com/greenhouse-gas-reduction-target-strategy
[6] 紐柯投資開發零碳鐵技術的新創公司，2022-12-08，https://nucor.com/news-release/19426
[7] NuScale Power 與紐柯公司簽署諒解備忘錄，探索部署小型模組化核反應器為紐柯電弧爐鋼廠供電，2023-05-16，https://www.nuscalepower.com/en/news/press-releases/2023/nuscale-and-nucor-sign-mou-to-explore-using-smrs-to-power-electric-arc-furnace-steel-mills
[8] 埃克森美孚與紐柯公司簽署碳捕集協議，達到 5 個 MTA 里程碑，2023-06-01，https://corporate.exxonmobil.com/news/news-releases/2023/0601_lcs-nucor-agreement
[9] US Steel 2022 ESG Report，pp.96
[10] 美國鋼鐵公司將新建年產 300 萬噸電爐鋼廠，2021-09-16，https://www.argusmedia.com/metals-
platform/newsandanalysis/article/2254919-US-Steel-to-build-new-3mn-st-yr-EAF-mill
[11] 北美鋼鐵工業發展，Iron & Steel Technology，2023 April，https://www.aist.org/AIST/aist/AIST/Publications/Monthly/079-090_April-2023.pdf
[12] Nippon Steel Integrated Report，pp.99
[13] 生產基地概況，Nippon Steel 2022 fact book, https://www.nipponsteel.com/en/factbook/2022/11-04.html
[14] 北日本室蘭工廠鋼鐵廠，GEM Wiki, https://www.gem.wiki/Nippon_Muroran_Works_steel_plant
[15] Nippon Kansai Works (Wakayama Area, Wakayama) steel plant，GEM Wiki, https://www.gem.wiki/Nippon_Kansai_Works_(Wakayama_Area,_Wakayama)_steel_plant
[16] Nippon Steel Corporation, FY2021 IR Briefing ，2022-05-10，https://www.nipponsteel.com/en/ir/library/pdf/20220510_600.pdf
[17] JFE Group CSR REPORT 2022，pp.90，https://www.jfe-holdings.co.jp/en/csr/pdf/csr2022e.pdf
[18] JFE 鋼鐵公司千葉縣工廠將使用電弧爐生產不銹鋼，2023-05-08，https://www.jfe-steel.co.jp/en/release/2023/230508-1.html
[19] JFE Group CSR Report 2022，pp.45-46，https://www.jfe-holdings.co.jp/en/csr/pdf/csr2022e.pdf
[20] POSCO Sustainability Report 2022，pp.33-37
[21] POSCO Holdings Sustainability Report 2022，pp.33-40
[22] POSCO光陽工廠的Tenova，2023-06-07，https://tenova.com/newsroom/latest-tenova/tenova-posco-gwangyang-plant
[23] 浦項製鐵計劃在光陽工廠建設電爐，SEAISI，2023-02-22，https://www.seaisi.org/details/22419?type=news-rooms