钢铁行业的绿色发展「工业炼钢」

今天带来钢铁行业的绿色发展「工业炼钢」，关于钢铁行业的绿色发展「工业炼钢」很多人还不知道，现在让我们一起来看看吧！

绿色炼钢

自工业革命以来，地球的年平均温度正在上升。这主要是由于化石燃料的燃烧增加了大气中的二氧化碳（CO2）排放。在工业革命之前，大气中的280 ppm（0.028 %）由二氧化碳组成，而在2019年初，这个数字已经增加到大约413 ppm（0.0413 %）。图1显示了过去80万年中全球年温度的上升和地球上二氧化碳的浓度。大气中的二氧化碳数据是由美国国家海洋大气管理局（NOAA）提供的。由于没有直接的测量，相应的信息是通过欧洲南极洲冰芯项目（EPICA）从冰芯中获得的。

图1 全球变暖的发生

全球变暖，实际上是 "好东西太多了 "的成果。如果没有大气层，地球的表面将几乎被冻结。当太阳光进入大气层时，它被海洋和大陆吸收，从而变暖。然后大部分的热量以富含能量的红外光的形式向太空辐射回来。这就是 "温室气体 "发挥作用的地方。这些气体主要由水蒸气、二氧化碳和甲烷组成，与红外光相互作用，使其在进入太空时不会离开大气。因此，"好事 "发生了，大气层保留了热量。只是，过多的变暖效应有负面的影响，使大气层过于温暖。

在促进清洁能源转型的同时，钢铁也是目前世界面临的实现气候目标挑战的一个重要因素。由于大量依赖煤炭和焦炭作为燃料和还原剂，该行业每年的直接二氧化碳排放量约为2.6千兆吨，或约占工业二氧化碳排放量的四分之一。此外，还有11亿吨二氧化碳的排放是由于使用其废气和其他燃料来发电和进口热能所造成的。

目前初级钢铁生产对煤炭的高度依赖，长期的资本资产，以及该部门对国际贸易和竞争力的影响，使得向二氧化碳近零排放的过渡具有挑战性。正是由于这些原因，该部门有时被称为 "难以消减 "的部门之一。

满足钢铁产品的需求给钢铁部门带来了挑战，因为它要在保持竞争力的同时，谋求一条更可持续的道路。因此，钢铁生产商在减少能源消耗和温室气体排放、开发更多的可持续产品以及通过创新、低碳技术部署和资源效率提高其竞争力方面负有重大责任。

最近的研究估计，全球钢铁业可以发现，如果钢铁组织不能减少对环境的影响，其潜在价值的14%左右就会受到威胁。因此，去碳化将是保持经济竞争力和保留行业经营许可的首要任务。此外，10年到15年的漫长投资周期，数十亿的融资需求，以及有限的供应商能力，使得这个问题更加相关，并锁定了解决去碳化挑战的重要准备时间。

钢铁行业已经认识到，需要长期的解决方案来解决钢铁生产过程中产生的二氧化碳排放。因此，钢铁业在改善能源消耗和减少二氧化碳排放方面一直非常积极主动。自1975年以来，在大多数顶级钢铁生产国，能源效率的提高已经使生产一吨粗钢所需的能源减少了约50%。通过专业限度地利用最先进的技术，正在进一步提高能源效率。

图1显示，自工业革命以来，大气中的二氧化碳含量已经从280ppm上升到413ppm。碳测定显示，这种增加与化石燃料（煤、石油和天然气）的燃烧有关。虽然1摄氏度似乎并不高，但人们相信，任何进一步的增加都会产生严重的后果，如海冰的消失，冰川的消退，导致海平面的上升，目前的测量成果是平均每年3.3毫米。为了避免气候机会的不良影响，全球变暖需要保持在2摄氏度以下。

就全球化石和工业排放总量而言，钢铁行业是专业的单一部门，占温室气体（GHG）排放量的7%至9%。它是专业的工业排放源，目前约占全球最终能源需求的8%。因此，它是各国政府的首要关注点。另一方面，钢铁对现代经济至关重要，因此，全球对钢铁的需求预计将增长，以满足不断增长的社会和经济福利需求。它也是清洁能源转型的一个关键投入。发电和用电部分取决于钢铁及其合金的铁磁性能。钢是风力涡轮机、输电和配电基础设施、水力发电和核电站以及其他关键能源部门资产的关键投入材料。

绿色炼钢包括使用那些能减少二氧化碳排放的工艺。欧盟、美国、加拿大、bar西、日本、韩国、澳大利亚和中国都在进行绿色炼钢工艺的开发工作。对于绿色炼钢技术的发展，正在探索五个关键方向。这些方向是：（1）涉及煤炭使用的技术，（2）涉及氢气使用的技术，（3）涉及电子的技术，（4）涉及生物质使用的技术，以及（5）涉及碳捕获、使用和/或储存（CCUS）的技术。图2显示了从以矿石为基础的钢铁生产路线中减少二氧化碳排放的突破性技术的路径。

图2 绿色炼钢的突破性技术之路

在欧盟，突破性技术正在ULCOS（超低二氧化碳炼钢）计划下开发。在该计划下，正在进行以下开发工作：（i）带有二氧化碳捕获、使用和/或储存（CCUS）的 "顶部气体循环高炉"（TGR-BF）；（ii）带有CCUS的HIsarna工艺，涉及熔炼还原；（iii）带有CCUS的ULCORED，涉及一个新的直接还原（DR）概念；以及（iv）电解。除此以外，ULCOS还在研究利用可持续生物质中的碳以及基于氢气的炼钢。

在美国，美国钢铁协会（AISI）和美国能源部（DOE）以及工业技术办公室之间的 "公私合营 "正在进行开发工作。有两个项目代表了重要的步骤。这些项目是（i）氧化铁精矿的悬浮氢气还原，以及（ii）熔融氧化物电解（MOE）。从近期来看，AISI成员正在进行 "配对直膛炉 "的开发工作，这是一种煤基DRI和熔融金属工艺，用于长期替代高炉和焦炉。

在日本，开发工作是在COURSE50计划下进行的，涉及六个钢铁和工程组织、日本钢铁联合会和新能源和工业技术发展组织。 该计划的研究和开发目标是：（1）用其他还原剂（氢气）减少高炉铁矿石还原过程中的二氧化碳排放；（2）改造焦炉煤气，旨在通过利用废热提高氢气含量；（3）用氢气还原的高强度和高反应性焦炭。开发工作也正在进行，以从高炉煤气中捕获二氧化碳，包括（i）化学和物理吸收来捕获、分离和回收二氧化碳，以及（ii）利用钢铁厂的废热来减少捕获、分离和回收的能源需求。

在韩国，开发工作由POSCO、RIST、POSLAB和POSTECH参与进行。已经确定了三条有希望的二氧化碳突破性解决方案的路线。它们是：(i)碳精炼钢，包括碳精炼FINEX工艺，以及热烧结矿的预还原和热回收；(ii)通过使用氨水吸收二氧化碳，以及在海洋气田中封存二氧化碳，实现炼钢的碳捕获和封存；以及(iii)通过使用富氢合成气在FINEX工艺中还原铁矿石，以及富氢高炉工艺实现氢气炼钢。

减少或避免炼钢过程中的碳排放的新兴技术可以分为两个不同的类别，即（i）碳捕获、使用和/或储存（CCUS），以及（ii）铁矿石的替代性还原。CCUS采用了不同的方法来捕获二氧化碳排放。它或者储存它们（例如，在地质构造中，如耗尽的海底气藏），或者处理排放物以继续利用。单独的CCUS不能实现碳中和。但是，如果炼钢过程中使用的化石燃料被生物质替换，它可以导致二氧化碳的负平衡。

第二类潜在技术涉及用铁矿石的替代还原剂替代焦炭或天然气。这些包括氢气和直流电。这些技术的优点是，理论上它们可以使钢铁生产完全绿色。然而，与CCUS相比，它们中的大多数可能需要更多的时间和资金来建立。

下面将讨论最有前途的新CCUS和替代还原技术以及基于氢气的直接还原技术。

含有CCUS的技术

在这些技术中，在操作过程中排放的二氧化碳被从其他气体中分离出来并被捕获。然后，捕获的二氧化碳通过管道运输或运到陆上或海上的储存地点，或者使用。CCUS的过程包括燃烧后/燃烧前捕获、压缩、运输和储存/使用。图3显示了简化高炉-基本氧气炉（BF-BOF）炼钢路线的CCUS方案。

图3 简化BF-BOF路线的CCUS方案

主要的优点是CCUS系统可以很轻松地集成到现有的传统棕色现场工厂中。而且，由于该技术不是专门针对炼钢的，其他行业也可以分享开发和基础设施成本。此外，未来的运营成本基本上可以预测。

主要的缺点是CCUS并不是完全的碳中和，因为仅仅是碳捕获过程就只能捕获大约90%的二氧化碳。此外，还有一些其他挑战。公众对碳存储的接受程度还不确定，这使先行者处于不好的地位。此外，目前，除了小规模的陆上储存地点之外，海洋是唯一合适的大型储存地点，这就需要大量的运输工作。此外，排放物的利用也是为了确保在后期没有碳排放，以实现碳中和的过程。另外，CCUS设备增加了维护负担和停工时间，对运营成本有很大影响。

有一些试点项目已经开始处理二氧化碳等排放物，以制造合成燃料。但目前这还不是碳中和，因为二氧化碳是在后期排放的。

基于生物质的炼铁与CCUS

这些技术的基本理念是，碳中性生物质在预处理中部分替换化石燃料，或作为铁矿石还原剂。例子是用原始生物质（原始海藻、草、木材等）制成的富碳 "焦炭 "来生产替代焦炭，或将沼气注入竖炉以代替天然气。基于这些技术的工艺包括热解和水热碳化。CCUS系统负责处理任何剩余的碳排放。

单纯的生物质可以减少40%到60%的二氧化碳排放，与CCUS结合使用可以实现碳中性炼钢。从短期来看，生物质可以立即部分替代化石燃料，使现有工厂的减排工作迅速取得成效。排放的二氧化碳也可以利用CCUS进行回收，生产新的生物质。

然而，生物质的种植是困难的。在环境方面，它可能导致森林砍伐、污染和生物多样性的减少，在社会方面，它影响到粮食价格和农业用地的使用。因此，政治和社会接受的风险很高。此外，生物质的热值比化石燃料低，限制了它在大型高炉中的使用或导致效率降低。此外，由于其高水含量，它也可能太重而无法用于大型高炉。

瑞典研究小组SWEREA在位于Lulea的SSAB钢铁厂进行的一项关于使用生物质的研究发现，使用生物质炼铁可以减少28%的二氧化碳排放。

基于氢气的直接还原铁竖炉

在这个过程中，氢气代替了碳还原剂（如重整天然气），用于将铁矿石颗粒还原成 "直接还原铁"（DRI或海绵铁）。该反应在竖炉中进行。然后，生产的DRI被送入电弧炉，通过添加碳，通过进一步加工变成钢。DRI也可以以 "热压块铁"（HBI）的形式被送入高炉。这大大增加了高炉的效率，减少了焦炭的消耗。最常见的类似工艺技术是Midrex和Energiron工艺。

在氢基还原法中，铁矿石通过气固反应被还原，类似于DRI的生产途径。唯一不同的因素是，还原剂是纯氢气，而不是一氧化碳气体、合成气或焦炭。氢气对铁矿石的还原分两到三个阶段进行。对于温度高于570摄氏度的矿石，赤铁矿（Fe2O3）首先转化为磁铁矿（Fe3O4），然后转化为沃斯提（FexO），最后转化为金属铁，而在温度低于570摄氏度时，磁铁矿直接转化为铁，因为沃斯提在热力学上不稳定。

氢气还原铁矿石所涉及的还原反应由以下公式表示：（i）3 Fe2O3 H2 = 2 Fe3O4 H2O，（ii）x Fe3O4 （4x-3）H2 = 3 FexO （4x-3）H2O，以及（iii）FexO H2 = x Fe H2O，其中x等于0.95。正如这些反应所表明的，用氢气还原铁矿会释放出无害的水蒸气（H2O），而不是温室气体CO2。用氢气还原赤铁矿的总体反应是Fe2O3 3H2 = 2Fe 3H2O，这是一个内热反应，反应热delta H在298摄氏度时=95.8 kJ/mol，这对该过程的能量平衡来说是负面的，需要用注入的还原气体/气体混合物增加能量。开发生产线的重点是基于还原温度、反应动力学、球团组成以及还原气体预热技术的优化。

用于还原赤铁矿（Fe2O3）的氢气的化学计量消耗量为每吨铁54公斤。因此，一个年产100万吨的钢铁厂需要一个在标准温度和压力（STP）下氢气能力高达70000立方米/小时的氢气工厂。以氢气作为还原气体，与以氢气-一氧化碳混合物作为还原气体的反应器相比，预测反应器的行为变化是很重要的。有几个因素会以不同的方式相互影响，如动力学、热力学、传热和气体输送。

如果绿色电力完全用于该工艺，该工艺使整个初级炼钢路线实现了碳中性和无化石燃料。该工艺的其他优点是生产灵活性高。该工艺易于启动和停止，而且该技术使用较小单元的能力使其具有更大的扩展性。此外，将DRI作为HBI送入高炉-基本氧气炉炼钢系统的能力意味着在竖炉/EAF生产放量的同时，可以使用现有的传统褐土厂。

该工艺仍然需要铁矿石球团，而生产铁矿石球团会造成大量排放，这取决于球团厂的热源。提供必要数量的氢气也是一个问题，需要开发高效的大规模电解器。此外，由于该工艺依赖于大量廉价的绿色能源，如果钢铁生产国不能大幅提高自己的绿色能源生产，就要进口氢气或预加工铁，从而损害其价值链。未来的运营成本也存在不确定性，这与氢气和电力的价格有关。 图4显示了用于直接还原铁的氢气竖炉。

图4 用于直接还原铁的氢气竖炉

HYBRIT工艺使用以氢气为基础的竖炉来生产DRI。HYBRIT是 "HYdrogen BReakthrough Ironmaking Technology "的缩写。2016年4月4日，三家瑞典公司--SSAB、LKAB和Vattenfall AB启动了一个项目，旨在调查以无二氧化碳排放的电力为主要能源的H2基DRI生产过程的可行性。一家合资公司HYBRIT Development AB成立了，三家公司都是业主。这使我们能够充分获得整个价值链的顶级能力，从能源生产、采矿、矿石选矿和球团生产、直接还原、熔化和粗钢生产。2017年对基于H2的直接还原进行了预可行性研究。该研究认为，拟议的工艺路线在技术上是可行的，而且考虑到二氧化碳排放和电力成本的未来趋势，它对瑞典/芬兰北部的条件也有经济吸引力。

HYBRIT工艺用氢气代替煤直接还原铁，与电弧炉相结合。该工艺几乎完全不使用化石燃料，并大大减少了温室气体的排放。该工艺是使用氢气直接还原/电弧炉设置的几项举措之一，将利用氢气直接还原铁矿石与电弧炉相结合，进一步加工成钢。氢气直接还原工艺的产品是DRI或海绵铁，它被送入电弧炉，与适当比例的废钢混合，并进一步加工成钢。

HYBRIT生产过程的原理流程图见图5。该工艺的主要特点是：（i）在球团生产中使用非化石燃料；（ii）使用无化石的电力通过电解生产氢气；（iii）将氢气储存在一个特别设计的设备中，作为电网的缓冲；（iv）使用竖炉进行铁矿石还原。(v) 使用定制的颗粒作为铁矿石原料，(vi) 还原气体/气体混合物在注入竖炉之前被预热，(vii) 产品可以是不含碳的DRI或HBI，也可以是渗碳的，(viii) DRI/HBI与回收的废料一起在电弧炉中融化。

图5 HYBRIT生产过程的原理流程图

使用无化石电力电解水产生的氢气在竖炉中还原铁矿石颗粒是HYBRIT计划的主要选择。根据这一倡议，从矿山到成品钢的无化石价值链的转换包括很多有待开发的问题，其中也考虑到了当地的市场和地理条件。瑞典有一个独特的情况，该国北部地区电力产能过剩，靠近铁矿，有良好的生物质和钢铁厂的通道，以及工业、研究机构和大学之间的强大网络。

HYBRIT工艺属于一个大大接近商业部署的技术概念类别。它的基础是使用氢气作为还原剂，通过基于可再生电力的电解生产氢气。从环境的角度来看，其最重要的优势是该工艺的废气是水（H2O）而不是二氧化碳，从而减少了温室气体的排放。与传统的DRI炼钢一样，使用氢基DRI路线生产的铁可以使用市面上的电弧炉技术进一步加工成钢。如果电力和氢气是利用可再生资源生产的，如光伏（PV）太阳能/风能/水能电解、光化学制氢或太阳能-热能水分离，那么氢气生产和电弧炉炼钢步骤就可以实现无碳。

基于氢气的流化床工艺用于直接还原铁

与竖炉版本一样，该技术使用氢气来还原铁矿石并生产直接还原铁，以进入电弧炉。不同之处在于，还原是在流化床中进行的，而不是在炉子中进行的，并且使用精细加工的铁矿粉/精矿而不是球团。流化床是反应室，可以不间断地将固体原料与气体混合，产生固体。类似的工艺有FINEX和Circored。

使用细粉而不是铁球的优点是不需要造粒，从而减少了成本和该过程中的高二氧化碳排放。此外，流化床反应器比竖炉有更少的内部粘连问题，可以实现更高的金属化（约90％至95％）。

该工艺在氢气供应、电解器和运行成本方面与竖炉法有相同的问题。电力供应也将是100%的绿色，以实现碳中和。此外，流化床反应器在炼钢中的应用不如竖炉发达，因此需要更多的投资。图6显示了直接还原铁的氢气基流化床工艺。

图6 基于氢气的流化床直接还原铁工艺

以氢气为基础的精矿还原（简称HYFOR）是世界上第一个从选矿中直接还原铁精矿的工艺，不需要对材料进行任何预处理，如烧结或造粒。这减少了资本支出和运营支出的成本。该工艺能够处理各种各样的矿石，例如赤铁矿和磁铁矿。

HYFOR工艺是由Primetals技术公司开发的。这项新技术可以应用于所有类型的选矿矿石。它对100％的原料的颗粒尺寸小于0.15毫米，同时允许专业颗粒尺寸为0.5毫米。由于颗粒表面大，该工艺在低温和低压下实现了高还原率。

作为主要的还原剂，新工艺使用氢气。氢气可以来自可再生能源，或者来自其他气体来源的富氢气体，如天然气热解或传统蒸汽转化器。作为另一种选择，HYFOR可以在富含氢气的废气中运行。 根据氢气的来源，这将导致所产生的DRI的二氧化碳排放量低，甚至为零。

一个用于测试的试点工厂已于2021年4月在奥地利奥钢联Stahl Donawitz投产。该工厂采用模块化设计，每个模块的额定产能为每年25万吨，使其适用于所有规模的钢铁厂。试验工厂的目的是为这一突破性工艺提供实际证据，并作为一个测试设施，收集足够的数据，以便在以后建立一个工业规模的工厂。

第一次测试已在2021年4月和2021年5月成功执行。一次试验的规模在处理800公斤铁矿石的范围内。HYFOR试验工厂将在多个活动中运行至少2年，以测试各种矿石类型，并为下一步的扩大规模评估最佳工艺参数。假设运行顺利，将增加一个热压块设备，以验证热压块步骤以及HYFOR技术所期望的HBI质量。

HYFOR工艺大大减少了二氧化碳的排放，并帮助生产商有效地应对铁矿石质量下降的挑战，这种挑战最近变得更加严重，导致对矿石选矿的需求增加。高炉和直接还原厂对铁矿石颗粒的需求不断增加，导致铁矿石价格上涨，特别是颗粒的溢价。有了HYFOR工艺，就有可能直接使用球团矿，并从全球不断上升的超细粉供应中获益。

位于奥钢联多纳维茨的HYFOR试验工厂由三部分组成，即(i)预热-氧化设备，(ii)气体处理设备，以及(iii)核心部分，即全新的、独特的还原设备。在预热-氧化设备中，精矿被加热到大约900摄氏度，并被送入还原设备。还原气体是100%的氢气，由位于工厂边界外的气体供应商提供。从废气中获取热量的余热回收系统确保了能源的最佳利用，而干式除尘系统则负责处理过程中的粉尘排放。热直接还原铁（HDRI）在离开还原设备时的温度约为600摄氏度，然后被冷却并从HYFOR试验工厂排出。

在600摄氏度左右的温度下离开还原设备的热直接还原铁，随后可以直接运输并送入电弧炉，或用于生产热压块铁。热压块铁是用来供应给市场的。下一步将是增加一个热压块测试设施，以测试热压块铁的特性。

HYFOR试验工厂的目的是验证这一突破性工艺，并作为一个测试设施，为将工厂规模扩大到工业规模的原型工厂提供数据基础，作为下一个发展步骤。

悬浮式炼铁

悬浮式炼铁也被称为 "闪光炼铁技术"。该工艺首先对低品位铁矿石进行超细研磨，生产铁精矿。铁矿石要被磨成直径小于100微米的颗粒。然后，超细粉在高温 "闪电 "反应器中使用氢气进行还原，只需几秒钟，一旦加入碳，就直接产生铁。铁精矿也可以在加入闪光反应器之前，在一个单独的反应器中以较低的温度进行预还原。图7显示了悬浮式炼铁的原理。

图7 悬浮式炼铁

在美国钢铁协会的资助下，美国的一些组织和机构正在开发闪蒸炼铁的转型技术。这项技术的基础是在闪蒸还原过程中直接气态还原氧化铁精矿。与目前基于BF的平均操作相比，该技术有可能将能源消耗降低32%至57%，将二氧化碳排放降低61%至96%。该技术适用于将铁精矿（小于100微米）转化为钢的工业操作，无需进一步处理。

这项技术在生产铁的同时，绕过了造粒或烧结以及炼焦的步骤。此外，由于精矿的细小颗粒在1150摄氏度至1350摄氏度的温度下被快速还原，因此，该工艺所需的停留时间为几秒钟，而不是球团甚至铁矿粉所需的几分钟或几小时。在1,200摄氏度至1,500摄氏度的条件下，90%至99%的还原率在2秒至7秒内完成。以H2作为还原气体的工艺的能量需求为5.7GJ（1,360麦卡）/吨铁液。

在一个反应器内将铁矿石直接还原成钢，就不需要炼铁和烧结或造粒。它具有相当大的成本和排放优势。由于高温和快速反应时间确保了较少的杂质，它还能生产出 "更清洁 "的钢。

用H2作为还原气体，每吨液态铁的二氧化碳排放量为0.04吨。这些排放量是BF炼铁路线排放量的2.5％。闪蒸铁工艺是在足够高的温度下进行的，因此单个颗粒有足够的能量来关闭除氧产生的孔隙。因此，单个颗粒远不容易因快速氧化而着火。犹他大学对粉末的小样本进行了研究，并确定它们不具有发火性。

该工艺将被应用于铁的生产，作为炼钢工艺的原料或不间断直接炼钢工艺的一部分。根据该项目前一阶段获得的实验数据，犹他大学目前正在进行放大开发工作。在实验室闪速炉中的测试导致了在大多数操作条件下动力学数据库的建立，以及一个更先进的台式反应器的完整设计。为了开发一种工业上可行的闪蒸铁技术，计划进行一次全面的台架试验。该项目这一阶段的成果预计将是确定工艺的可扩展性，实质性的工艺模拟成果，以及导致设计和建造工业试验工厂的基本工程数据。图8给出了闪速炼铁技术的流程图。

图8 闪蒸炼铁技术的流程图

等离子体直接炼钢

在等离子体直接炼钢工艺中，铁矿石（原矿或细粉或球团形式）在等离子体炼钢反应器中使用氢气等离子体进行还原。同时，碳被添加到反应器中以生产钢。氢气等离子体是经过加热或带电的氢气，将其分离或电离成其组成颗粒。该工艺可以使用热等离子体（通过直接加热氢气产生）或非热等离子体（通过将直流电或微波穿过氢气产生）。

该工艺避免了对铁矿石进行预处理的需要，并允许降低反应器温度。它也是高度集成的，一些方法（例如，氢气等离子体熔炼还原）只需要一个步骤。这使得它在商业上具有吸引力。该技术有可能大大减少成本。它还提供更高的产品质量和更好的生产灵活性。

该技术处于非常早期的开发阶段，最佳工艺和完整的反应器设计尚待开发。其商业可行性也仍有待证明。作为其可持续钢铁（SuSteel）项目的一部分，奥地利钢铁制造商奥钢联已经在其Donawitz工厂建立了一个小型试验性氢气等离子体还原反应器。等离子体直接炼钢的过程如图9所示。

图9 等离子体直接炼钢工艺

电解工艺

有两种类型的电解工艺。它们是：(i) 电解，和(ii) 电铸。这两种工艺的变体在ULCOS计划中被称为ULCOWIN和ULCOLYSIS。ULCOWIN工艺在略高于100摄氏度的水碱溶液中运行，溶液中充满了小颗粒的矿石。在这个过程中，铁矿石被磨成超细精矿，浸出，然后在电解槽中以大约110摄氏度的温度进行还原。所产生的铁板被送入电弧炉，变成钢。ULCOLYSIS在炼钢温度（约1550摄氏度）下运行，其熔盐电解质由炉渣制成（热电解）。这个过程使用电力作为还原剂将铁矿石转化为液体钢。图10显示了钢铁生产的电解过程。

图10 用于钢铁生产的电解工艺

电解工艺是在ULCOS计划内从零开始开发的，因此，目前仍在实验室规模下运行。尽管它拥有零排放的承诺，但如果能获得绿色电力，需要时间将其扩大到商业规模（10到20年）。ULCOWIN工艺包括铁矿石的碱性电解。电解通常用于生产钢铁以外的金属，需要大量的电力。该工艺要依靠二氧化碳清洁的电力来源，如可再生能源、水力发电或核能。ULCOLYSIS是熔融氧化物电解。熔融氧化物电解的工作原理是将电流通过装有氧化铁的熔融矿渣。氧化铁会分解成液态铁和氧气。不产生二氧化碳。通过二氧化碳清洁电力来源，工艺排放进一步减少。

由于电解工艺跳过了其他生产路线所需的上游阶段，如生产焦炭或H2作为还原剂，这些工艺有可能成为最节能的炼钢技术，特别是电解。它们还有望大大降低资本支出，因为就电解而言，只需要非常少的设备。与氢气直接还原工艺相比，该工艺也是相对不灵活的，因为它不能轻易停止。