当拜登政府今年早些时候承诺为两个“绿色钢铁”项目提供高达10亿美元的奖励时，这标志着美国在全球钢铁产业脱碳努力中迈出了重要一步。在宣布之前，美国在这一领域通常被视为全球落后者，而欧洲和中国的钢铁制造商已经在推进他们自己的绿色钢铁项目。
最初，关于美国新项目的许多细节并不清楚。然而，自那以后，更多的信息已经披露，使分析师开始评估这些设施的巨大能源需求，这些设施将在俄亥俄州和密西西比州建造。这两个项目最终将使用清洁氢气，这需要大量的可再生电力和水来制造。
在俄亥俄州，钢铁制造商克利夫兰-克利夫斯计划在其位于辛辛那提北部的米德尔敦现有钢铁综合体内规划一个基于氢的炼铁设施。与此同时，瑞典钢铁制造商SSAB正在密西西比州佩里县的一个新场地开发设施。这些商业示范项目旨在显著减少制造钢铁所产生的温室气体排放，也包括未来的其他工厂。
“我们谈的是设施运行所需的数吉瓦氢气和数吉瓦的可再生能源，这些都是大数字”，领导了克利夫兰-克利夫斯项目能源需求分析的RMI高级助理Nick Yavorsky说。
克利夫兰-克利夫斯的工厂如果完全使用清洁氢气，可能意味着俄亥俄州的风能和太阳能装机量要翻一番。密西西比州可能需要SSAB工厂五倍的可再生能源。除此之外，还需要额外的容量来满足新数据中心、半导体工厂、电动汽车和电气化建筑的不断增长的电力需求——所有这些都需要钢铁来制造。
由于克利夫兰-克利夫斯和SSAB仍在与美国能源部谈判奖励合同，许多其他细节尚未决定或公开。然而，美国钢铁产业将需要大幅度增加可再生能源产能，而且很快。
克利夫兰-克利夫斯计划在其位于俄亥俄州西南部的现有钢铁综合体内建造一个“氢气”炼铁厂，替换一个老旧的燃煤高炉，新设施每年能够制造250万吨铁，整个项目可能耗资约13亿美元，并计划在2029年完成。
高炉是钢铁相关排放的主要来源。总的来说，钢铁生产每年产生高达全球CO2排放量的9%，超过其他任何工业部门。
制造金属铁的另一种方法是“直接还原”（DRI）炉。简单来说，该过程不需要直接使用煤炭。
克利夫兰-克利夫斯表示，最初计划在新的DRI工厂运行时使用化石气体，并伴随着清洁氢气的供应逐渐混合。但仅使用清洁氢气将带来更大的气候效益，可能将炼铁过程中的CO2排放减少高达90%。
为了使俄亥俄州的工厂完全使用氢气，钢铁制造商每年需要大约16万吨的氢气。反过来，制造这种清洁氢气可能需要每年8.3太瓦时的可再生电力。这可能通过在俄亥俄州新增1.5吉瓦的风能和2吉瓦的太阳能产能来实现。
根据联邦数据，截至2024年2月，俄亥俄州总共安装了约3.5吉瓦的可再生能源容量。
“我们不期望它全部从天而降，”Yavorsky谈到清洁氢气时说，目前在美国几乎没有商业生产的氢气。但是，他说，目标应该是让设施尽快从化石气体转向“氢气”，这样生产的钢铁就会更清洁。
目前尚不清楚谁将建造可再生能源或安装生产氢气所需的电解槽，尽管克利夫兰-克利夫斯表示，它正在考虑在其米德尔敦钢铁综合体内自行制造氢气。预计由《通胀削减法案》资助的氢气生产税收抵免政策将鼓励钢铁生产商和其他工业制造商投资于现场氢气生产。
玛丽莲·沃尔，一位长期在该地区领导塞拉俱乐部的领导者说：“我们希望这将为米德尔敦的人们带来好处，他们一直在处理高炉污染问题。” 以煤为基础的高炉不仅排放二氧化碳，还排放出有毒的重金属和空气污染物，这些污染物经常直接影响居住在钢铁厂附近的居民。
“关于实际排放量还有许多问题，”她谈到克利夫兰-克利夫斯计划的设施时说。“但我们希望这个项目可以不使用煤来制造钢铁。”
8.3太瓦时的可再生电力需求仅用于运行氢电解器，因此实际能源需求将更大。例如，克利夫兰-克利夫斯计划在该场地安装两个120兆瓦的电熔炼炉。通常，电熔炼炉被用来制造相对较小批量的金属合金。由于这种方法是新颖的，RMI在其分析中没有包括电动熔炼炉。但它们可能消耗与更传统的电弧炉一样多的电力——后者需要0.4到0.5兆瓦时的电力来生产1 吨钢。
在密西西比州，瑞典钢铁制造商SSAB计划完全跳过化石气体，直接使用清洁氢气。如今世界上只有一家使用来自可再生能源的氢气：瑞典的Hybrit试验厂，SSAB参与其中。
作为其美国项目的一部分，SSAB将在密西西比州东南部部署Hybrit技术，该设施计划于2027年底开始运营。SSAB还与Hy Stor Energy签署了独家意向书，以供应“零碳可再生”氢气。该公司计划使用现场、离网的风能、太阳能和地热能来生产氢气，然后将其储存在地下盐洞中，以实现全天候供应能源。
Hy Stor Energy的首席商务官克莱尔·贝哈尔说：“当你看到像钢铁这样的大型工业部门为了脱碳所需要的能量时，盐洞储存将是实现规模和全天候持续供应的关键。”Hy Stor Energy总部位于密西西比州杰克逊市。
SSAB尚未明确其直接还原铁设施的规模，尽管一个典型的工厂每年可生产200万吨材料。该公司表示，计划投资35亿美元用于无化石燃料铁的生产，以及在爱荷华州蒙彼利埃的钢铁制造设施的相关扩建，SSAB目前在那里使用电弧炉熔化废金属。
Hy Stor Energy公司计划在2026年底开始生产和储存清洁氢气。该公司正在与合作伙伴合作，在该地区开发超过4吉瓦的离网可再生能源容量和超过2吉瓦的电解槽容量，不仅用于SSAB的铁制造厂，还供应其他潜在客户，包括化学品和塑料生产商以及重型运输运营商。
联邦数据显示，截至2月，密西西比州已安装约730兆瓦的清洁能源容量，主要来自太阳能。
Yavorsky表示，RMI尚未对密西西比项目进行详细分析。不过，他预计SSAB的DRI工厂将需要与俄亥俄工厂相似的清洁氢气和可再生电力。这些联邦资助的大型项目的一些细节仍然“有些模糊”。例如，克利夫兰-克利夫斯尚未确定其为Middletown综合体储存氢气的计划，这一步骤将影响俄亥俄项目的总体能源需求。
