坐落在德國西北部萊茵河畔的蒂森克虜伯(Thyssenkrupp)杜伊斯堡(Duisburg)工廠，是歐洲最大的綜合鋼廠。這家龐大的工廠每年生產約1100萬噸鋼——同時排放約2000萬噸二氧化碳，接近該國二氧化碳排放量的2.5%。
隨著歐盟(EU)國家承諾到2030年將溫室氣體排放量減少55%，蒂森克虜伯等公司需要迅速脫碳。該公司最終將杜伊斯堡工廠的高爐鍊鋼轉化爲氫氣鍊鋼的計劃，是重工業中最雄心勃勃的計劃之一。
鋼鐵、水泥和石油等生產過程中需要極高溫度的行業，會產生巨大的碳足跡。根據世界鋼鐵協會(World Steel Association)的數據，鋼佔化石燃料所產生的直接碳排放總量的7%至9%，每生產一噸鋼平均產生1.83噸二氧化碳。水泥約佔全球碳排放總量的8%。
重工業製造商在脫碳方面走在最前列，尤其是歐洲的重工業製造商——考慮到歐洲有嚴格的環保法規。但現在還處於早期階段。大多數歐洲鋼鐵集團都在考慮採用氫氣來生產所謂低碳排放鋼鐵，而它們的中國競爭對手則更注重將傳統鍊鋼與碳捕集和封存(CCS)技術相結合。
批評者表示，氫氣只是使生產過程脫碳的衆多解決方案之一，而清潔或「綠色」氫氣的廣泛使用將受到基礎設施和所需可再生能源數量的限制。然而，專家表示，如果重工業要減少碳排放，政府和企業可能別無選擇，只能克服這些障礙。
哥倫比亞大學國際與公共事務學院(Columbia University SIPA)全球能源政策中心(Center on Global Energy Policy)高級研究學者朱利奧•弗利德曼(Julio Friedmann)說：「氫氣存在很多問題，包括如何擴大我們的需求量，但沒關係，這是必經之路。」
蒂森克虜伯首席技術官阿恩德•科夫勒(Arnd Köfler)表示，要滿足歐洲嚴苛的排放目標，「你必須找到重大機遇，在哪裏以及如何減少二氧化碳排放」。他認爲，杜伊斯堡工廠的排放規模爲部署氫氣提供了一個絕佳機會。
該公司正在進行試驗，在傳統高爐中使用氫氣作爲還原劑，從理論上講，這可以減排20%。但要想顯著減少排放，就需要更大幅度的技術變革，並使用天然氣或氫氣、而不是焦炭，將氧從鐵礦石中分離出去，製造所謂的直接還原鐵(DRI)。
蒂森克虜伯計劃最遲在2025年建成第一座DRI工廠並投入使用，最初每年生產40萬噸（使用氫氣或天然氣生產的）「氣候友好型」鋼，到2030年每年生產300萬噸。它的目標是到2050年淘汰所有高爐鍊鋼。
關鍵障礙仍然存在，包括獲取足夠的氫氣和資金——讓杜伊斯堡工廠轉變成氫氣鍊鋼的費用預計爲100億歐元。
建立氫氣中心的基礎設施也將需要政府的支援。然而，杜伊斯堡工廠的規模可能使其成爲氫經濟的核心，透過管道將氫氣輸送到化學品製造等其他行業。德國政府去年發佈的國家氫戰略明確聚焦「綠色」氫氣——透過可再生能源發電，從水中電解出氫氣。
安賽樂米塔爾(ArcelorMittal)首席執行長阿迪蒂亞•米塔爾(Aditya Mittal)本週表示，現在還無法「判斷」綠色氫氣何時能量產。該公司正在進行多項脫碳試驗，其中一項是在其漢堡工廠測試氫氣還原鐵礦石的能力。
「前路漫漫，」米塔爾表示，「我們距離終點還很遠。」
要將歐盟每年用碳生產的1億噸鋼脫碳，需要每年約400太瓦時的電量——相當於歐洲目前用電總量的15%。所有這些電量必須來自可再生能源。
安賽樂米塔爾副總裁兼戰略主管布賴恩•阿拉尼亞(Brian Aranha)表示：「短期內都極不可能有如此大量基於新的可再生能源發電的氫氣，可供我們使用。」
水泥產業的高階主管也在思考類似的問題，與水泥生產有關的化學和熱力燃燒過程都會產生二氧化碳。該產業中的大多數大型企業都在探索利用氫氣，以及碳捕集和封存。
海德堡水泥公司(HeidelbergCement Group)的英國子公司漢森英國(Hanson UK)已與斯旺西大學(Swansea University)的研究人員組成團隊，在其位於南威爾士塔爾伯特港(Port Talbot)的工廠中實驗，將燃燒器中的天然氣替換爲綠色氫氣。該公司在蘭開夏郡裏伯斯谷地(Ribblesdale)的水泥工廠有一個得到政府資助的項目，正在試驗在水泥窯中使用氫氣和生物質燃料。
漢森英國的環境可持續性主管伊恩•沃波爾(Iain Walpole)表示，這種嘗試是爲了證明使用氫氣「我們是否仍然可以生產出水泥」。
化學品公司也在研究能否利用氫氣給它們的工廠供電。它們對氫氣已經很熟悉了——氫氣是一些生產過程的副產品。
每年生產30萬噸氫氣的英力士(Ineos)認爲，氫氣將是脫碳過程中的「一個元素」。這家未上市的化工集團計劃在其位於挪威拉夫內斯(Rafnes)的工廠建設一個20兆瓦的電解槽，以此建立一個清潔氫氣供應中心。
英力士子公司Inovyn的首席執行長蓋爾•蒂夫特(Geir Tuft)警告說，考慮到所需的氫氣量，取得進展還需要時間。
「圍繞氫氣項目的市場行銷很多。我們需要實事求是——就部署而言，我們處於20年至30年前風電行業所處的階段。」
專家表示，正如海上風電產業的發展是依靠補貼計劃啓動的一樣，氫氣項目要在鋼鐵和水泥行業中發展起來也需要政府支援。
英國政府顧問團體氣候變化委員會(Climate Change Committee)的阿龍•戈特(Aaron Goater)表示：「就近期而言，我們預計有必要建立一個補貼機制，來幫助水泥和鋼鐵脫碳。」
設置高碳價是關鍵。彭博新能源財經(BloombergNEF)最近的一項研究發現，如果對焦煤實行每噸二氧化碳50美元的碳價，到2050年，可再生能源發電生產的氫氣在價格上也許能與鍊鋼所用的煤競爭。
最終，幫助建立氫經濟所需的基礎設施還要靠各國政府。英國政府的氣候計劃承諾投資逾10億英鎊，以支援氫項目，以及在4個產業集羣中建立碳捕集、利用和封存(CCUS)。
弗利德曼表示，這正是脫碳需要聚焦的地方。他認爲，在考慮用工業樞紐來提供必要的輸送線路、二氧化碳運輸系統和氫氣分銷系統方面，歐洲國家領先於大多數其他國家。
「這很難，也很昂貴，但這是我們要做的事。歐洲各國政府要麼爲基礎設施買單，要麼鼓勵民營部門這樣做。」
譯者/何黎