綠色鋼鐵：鋼鐵業的碳中和與技術創新

鋼鐵是全球最重要的工程和建築材料之一，廣泛應用於建築、汽車、火車、機械等領域。過去50年間，每年的鋼鐵需求量已經成長至三倍，預計到2023年將達到約1.8百萬噸（Mt）。

然而，鐵礦開採和鋼鐵生產過程產生大量的工業碳排放。

全球70%的鋼鐵生產過程使用煤炭供應爐，每生產一噸鋼鐵，鋼廠將會排放高達2.4噸的二氧化碳。
鋼鐵業佔全球碳排放量的9%。

因此，該產業面臨著必須將鋼鐵製造過程碳中和的壓力。例如，鋼鐵消費者，如汽車工業，已經設定了嚴格的範疇3排放目標（與公司供應/價值鏈相關但非由公司產生的碳排放）。因此，為了保持競爭力並推動利潤，鋼鐵廠必須回應客戶的期望，生產“綠色鋼鐵 Green Steel”，亦即低碳排的鋼鐵產品。

技術突破現在讓綠色鋼鐵成為可能

幸運的是，技術創新使得該產業可以加快鋼鐵碳中和的步伐。

鋼鐵業的電氣化，包括遷移到電弧爐（EAF, Electric Arc Furnaces）和直接還原鐵（DRI, Direct Reduced Iron）過程，減少了二氧化碳排放，使得可以過渡到電力和氫氣。綠色鋼鐵生產廠的客戶現在願意為此支付溢價，使用氫氣在DRI過程中，電弧爐來熔化鋼鐵，並使用再生能源來供應他們的運營。西歐的鋼鐵公司正在投資數十億美元，使他們的廠房能夠生產綠色鋼鐵。

隨著全球鋼鐵公司升級他們的設施，“製程原始設備製造商”（pOEMs）設計這些設備，製造商予以製造，以及他們的最終用戶在提供低碳解決方案中起著關鍵的作用。例如，與施耐德電機緊密合作的 Tenova，是一家在金屬和礦業中提供永續、創新和可靠解決方案的全球合作夥伴，他們正在設計可以使用混合燃料，進行碳捕獲並生產供應下游電爐的高級鐵礦球的直接還原系統（Direct Reduction System）。他們的技術與傳統方法相比，二氧化碳排放量可以減少50%到90%。

電氣化和數位化的運營降低了鋼鐵的碳排放

隨著新一代的鋼鐵廠主要依賴電力運行，無論是通過電爐還是用電力製造氫氣，電力現佔生產成本的30-40%。因此，為了降低運營成本，公司的利害關係人必須確保在他們的廠房內有效使用電力和替代來源。

現在存在廣泛且統一的專業領域，包括電力和鋼鐵製程，以及技術，可以實現電氣化和數位化，從而提高永續性。

以下是三種製程控制技術如何協助綠色鋼鐵的生產：

數位孿生 Digital Twin

雲端的工廠虛擬模型讓工程師能夠在虛擬的流程分析場景中測試控制邏輯。數位孿生有助於降低可能的設計錯誤並簡化機器建造過程，以降低能源消耗和二氧化碳排放。AVEVA 和 ETAP 提供了工廠機械設計、自動化和電氣系統的數位孿生軟體解決方案。這讓工程師能夠確定哪裡可以提高效率，以及如何避免停機。這些工具也有助於為維護團隊提供更有效的培訓和故障排除選項。

此外，利用先進分析和機器學習的預測性維護模型可以通過在問題導致意外停機之前標記可能的問題，從而提高工廠的韌性。他們還提供了解決問題的建議。這種基於模型的方法能夠實現能源和自動化系統的工廠優化，這是傳統控制方法無法實現的。

經由儀表板和圖表來突顯不同級別的數據資訊，從設備資產級別、製程產線、工廠區域、整座工廠乃至於企業級別，這樣的方式大大提高了營運情況的能見度/可視性。這使得操作員、管理階層和執行長能夠看到他們的生產和能源決策如何顯著提高利潤。

通過將 ETAP 數位孿生連接到現場實時數據，如電表測量或開關狀態，解鎖了預測模擬的能力。運營和維護團隊將可以更有效地規劃並為他們的日常活動感到安心。這讓他們可以在實地實施任何網絡操作序列之前測試並確保其安全，從而避免意外的工廠停機。