坐落在德国西北部莱茵河畔的蒂森克虏伯(Thyssenkrupp)杜伊斯堡(Duisburg)工厂，是欧洲最大的综合钢厂。这家庞大的工厂每年生产约1100万吨钢——同时排放约2000万吨二氧化碳，接近该国二氧化碳排放量的2.5%。
随着欧盟(EU)国家承诺到2030年将温室气体排放量减少55%，蒂森克虏伯等公司需要迅速脱碳。该公司最终将杜伊斯堡工厂的高炉炼钢转化为氢气炼钢的计划，是重工业中最雄心勃勃的计划之一。
钢铁、水泥和石油等生产过程中需要极高温度的行业，会产生巨大的碳足迹。根据世界钢铁协会(World Steel Association)的数据，钢占化石燃料所产生的直接碳排放总量的7%至9%，每生产一吨钢平均产生1.83吨二氧化碳。水泥约占全球碳排放总量的8%。
重工业制造商在脱碳方面走在最前列，尤其是欧洲的重工业制造商——考虑到欧洲有严格的环保法规。但现在还处于早期阶段。大多数欧洲钢铁集团都在考虑采用氢气来生产所谓低碳排放钢铁，而它们的中国竞争对手则更注重将传统炼钢与碳捕集和封存(CCS)技术相结合。
批评者表示，氢气只是使生产过程脱碳的众多解决方案之一，而清洁或“绿色”氢气的广泛使用将受到基础设施和所需可再生能源数量的限制。然而，专家表示，如果重工业要减少碳排放，政府和企业可能别无选择，只能克服这些障碍。
哥伦比亚大学国际与公共事务学院(Columbia University SIPA)全球能源政策中心(Center on Global Energy Policy)高级研究学者朱利奥•弗里德曼(Julio Friedmann)说：“氢气存在很多问题，包括如何扩大我们的需求量，但没关系，这是必经之路。”
蒂森克虏伯首席技术官阿恩德•科夫勒(Arnd Köfler)表示，要满足欧洲严苛的排放目标，“你必须找到重大机遇，在哪里以及如何减少二氧化碳排放”。他认为，杜伊斯堡工厂的排放规模为部署氢气提供了一个绝佳机会。
该公司正在进行试验，在传统高炉中使用氢气作为还原剂，从理论上讲，这可以减排20%。但要想显著减少排放，就需要更大幅度的技术变革，并使用天然气或氢气、而不是焦炭，将氧从铁矿石中分离出去，制造所谓的直接还原铁(DRI)。
蒂森克虏伯计划最迟在2025年建成第一座DRI工厂并投入使用，最初每年生产40万吨（使用氢气或天然气生产的）“气候友好型”钢，到2030年每年生产300万吨。它的目标是到2050年淘汰所有高炉炼钢。
关键障碍仍然存在，包括获取足够的氢气和资金——让杜伊斯堡工厂转变成氢气炼钢的费用预计为100亿欧元。
建立氢气中心的基础设施也将需要政府的支持。然而，杜伊斯堡工厂的规模可能使其成为氢经济的核心，通过管道将氢气输送到化学品制造等其他行业。德国政府去年发布的国家氢战略明确聚焦“绿色”氢气——通过可再生能源发电，从水中电解出氢气。
安赛乐米塔尔(ArcelorMittal)首席执行官阿迪蒂亚•米塔尔(Aditya Mittal)本周表示，现在还无法“判断”绿色氢气何时能量产。该公司正在进行多项脱碳试验，其中一项是在其汉堡工厂测试氢气还原铁矿石的能力。
“前路漫漫，”米塔尔表示，“我们距离终点还很远。”
要将欧盟每年用碳生产的1亿吨钢脱碳，需要每年约400太瓦时的电量——相当于欧洲目前用电总量的15%。所有这些电量必须来自可再生能源。
安赛乐米塔尔副总裁兼战略主管布赖恩•阿拉尼亚(Brian Aranha)表示：“短期内都极不可能有如此大量基于新的可再生能源发电的氢气，可供我们使用。”
水泥产业的高管也在思考类似的问题，与水泥生产有关的化学和热力燃烧过程都会产生二氧化碳。该产业中的大多数大型企业都在探索利用氢气，以及碳捕集和封存。
海德堡水泥公司(HeidelbergCement Group)的英国子公司汉森英国(Hanson UK)已与斯旺西大学(Swansea University)的研究人员组成团队，在其位于南威尔士塔尔伯特港(Port Talbot)的工厂中实验，将燃烧器中的天然气替换为绿色氢气。该公司在兰开夏郡里伯斯谷地(Ribblesdale)的水泥工厂有一个得到政府资助的项目，正在试验在水泥窑中使用氢气和生物质燃料。
汉森英国的环境可持续性主管伊恩•沃波尔(Iain Walpole)表示，这种尝试是为了证明使用氢气“我们是否仍然可以生产出水泥”。
化学品公司也在研究能否利用氢气给它们的工厂供电。它们对氢气已经很熟悉了——氢气是一些生产过程的副产品。
每年生产30万吨氢气的英力士(Ineos)认为，氢气将是脱碳过程中的“一个元素”。这家未上市的化工集团计划在其位于挪威拉夫内斯(Rafnes)的工厂建设一个20兆瓦的电解槽，以此建立一个清洁氢气供应中心。
英力士子公司Inovyn的首席执行官盖尔•蒂夫特(Geir Tuft)警告说，考虑到所需的氢气量，取得进展还需要时间。
“围绕氢气项目的市场营销很多。我们需要实事求是——就部署而言，我们处于20年至30年前风电行业所处的阶段。”
专家表示，正如海上风电产业的发展是依靠补贴计划启动的一样，氢气项目要在钢铁和水泥行业中发展起来也需要政府支持。
英国政府顾问团体气候变化委员会(Climate Change Committee)的阿龙•戈特(Aaron Goater)表示：“就近期而言，我们预计有必要建立一个补贴机制，来帮助水泥和钢铁脱碳。”
设置高碳价是关键。彭博新能源财经(BloombergNEF)最近的一项研究发现，如果对焦煤实行每吨二氧化碳50美元的碳价，到2050年，可再生能源发电生产的氢气在价格上也许能与炼钢所用的煤竞争。
最终，帮助建立氢经济所需的基础设施还要靠各国政府。英国政府的气候计划承诺投资逾10亿英镑，以支持氢项目，以及在4个产业集群中建立碳捕集、利用和封存(CCUS)。
弗里德曼表示，这正是脱碳需要聚焦的地方。他认为，在考虑用工业枢纽来提供必要的输送线路、二氧化碳运输系统和氢气分销系统方面，欧洲国家领先于大多数其他国家。
“这很难，也很昂贵，但这是我们要做的事。欧洲各国政府要么为基础设施买单，要么鼓励私营部门这样做。”
译者/何黎