碳中和目標(biāo)下我國(guó)鋼鐵行業(yè)的挑戰(zhàn)與機(jī)遇

大氣網(wǎng)訊:鋼鐵行業(yè)要實(shí)現(xiàn)碳中和必須依賴眾多創(chuàng)新技術(shù)，如CCUS、生物質(zhì)能源、電解氫與可負(fù)擔(dān)的清潔電力等。目前許多促進(jìn)減排的技術(shù)還未商業(yè)化，大規(guī)模轉(zhuǎn)向近零排放技術(shù)存在較大的不確定性。未來(lái)10年的加速創(chuàng)新對(duì)中長(zhǎng)期近零排放技術(shù)的部署至關(guān)重要，加快配套設(shè)施和相關(guān)產(chǎn)業(yè)的協(xié)同發(fā)展也十分關(guān)鍵。

背景

鋼鐵行業(yè)是社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要支柱，在全球工業(yè)化進(jìn)程中起到了不可替代的作用。同時(shí)，鋼鐵行業(yè)能源高度密集的特點(diǎn)使其產(chǎn)生了大量的碳排放，對(duì)全球氣候變暖造成了不容忽視的影響。據(jù)IEA預(yù)計(jì)，要實(shí)現(xiàn)全球氣候目標(biāo)，2050年鋼鐵行業(yè)直接碳排放必須比2019年減少50%以上。2020年9月，中國(guó)提出了2030年前碳排放達(dá)峰、2060年實(shí)現(xiàn)碳中和的宏偉目標(biāo)。未來(lái)幾十年，我國(guó)鋼鐵行業(yè)將面臨巨大的低碳轉(zhuǎn)型壓力。

一我國(guó)鋼鐵行業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀

01發(fā)展規(guī)模

我國(guó)鋼鐵行業(yè)粗鋼產(chǎn)量自2009年以來(lái)保持年均5.61%的增速，高于全球平均增速4.2%，2019年產(chǎn)量達(dá)到9.96億噸。我國(guó)粗鋼產(chǎn)量在全球的比重從2009年的46%提高至2019年的53%，自2017年起連續(xù)3年超過(guò)全球的一半。

2019年粗鋼產(chǎn)量排名前10的鋼鐵企業(yè)中，中國(guó)鋼鐵企業(yè)占據(jù)6席，依次是寶武集團(tuán)、河鋼集團(tuán)、沙鋼集團(tuán)、鞍鋼集團(tuán)、建龍集團(tuán)和首鋼集團(tuán)。其中國(guó)內(nèi)排名第一的寶武集團(tuán)粗鋼產(chǎn)量與全球排名第一的安塞爾米塔爾十分接近。

數(shù)據(jù)來(lái)源：世界鋼鐵協(xié)會(huì)

02能源消費(fèi)與碳排放

鋼鐵行業(yè)是能源消耗高度密集型行業(yè)。2019年全球鋼鐵行業(yè)能源消費(fèi)量約占最終能源消費(fèi)的8%，產(chǎn)生直接二氧化碳排放2.6Gt，約占能源直接碳排放的7%；在我國(guó)，鋼鐵行業(yè)是能源消費(fèi)總量最大的制造業(yè)行業(yè)。自2008年以來(lái)，我國(guó)鋼鐵行業(yè)能源消費(fèi)總量呈現(xiàn)出先上升后下降的變化趨勢(shì)。2014年增長(zhǎng)至峰值6.93億噸標(biāo)煤，隨后逐步下降，2017年下降至6.09億噸標(biāo)煤。鋼鐵行業(yè)占全社會(huì)能源消費(fèi)的比重在近年來(lái)緩慢下降，到2017年約占全社會(huì)能源消費(fèi)總量的13.6%。

數(shù)據(jù)來(lái)源：國(guó)家統(tǒng)計(jì)局

鋼鐵行業(yè)消費(fèi)的能源主要是煤炭，用作還原劑和燃料，其次是電力和天然氣。2019年全球鋼鐵行業(yè)煤炭消費(fèi)量占其能源消費(fèi)總量的75%左右。根據(jù)國(guó)家統(tǒng)計(jì)局最新數(shù)據(jù)，2017年我國(guó)鋼鐵行業(yè)能源消費(fèi)中煤炭占比接近90%，大幅超過(guò)全球平均水平，低碳能源滲透率很低。

我國(guó)鋼鐵行業(yè)碳排放量占全球鋼鐵行業(yè)碳排放總量的60%以上，占全國(guó)碳排放總量的15%左右，是我國(guó)碳排放最高的制造業(yè)行業(yè)。2018年，我國(guó)鋼鐵行業(yè)碳排放達(dá)18.84億噸，粗鋼產(chǎn)量9.28億噸，噸鋼二氧化碳排放2.03噸（文獻(xiàn)6），高于2018年全球平均排放強(qiáng)度1.85噸。從全球平均噸鋼碳排放的變化來(lái)看，近年來(lái)并未出現(xiàn)突破性進(jìn)展，鋼鐵行業(yè)的脫碳進(jìn)程緩慢而艱難。

數(shù)據(jù)來(lái)源：世界鋼鐵協(xié)會(huì)

03工藝路線

粗鋼是鋼鐵行業(yè)最重要的中間產(chǎn)品，粗鋼生產(chǎn)是鋼鐵行業(yè)最關(guān)鍵的生產(chǎn)環(huán)節(jié)。根據(jù)原料的不同，全球主要粗鋼生產(chǎn)工藝可分為兩類：第一類是將鐵礦石還原為粗鋼的工藝，具體包括高爐-轉(zhuǎn)爐法（BF-BOF）、熔融還原法（SR-BOF）和直接還原法（DRI）；第二類是將廢鋼重新冶煉為粗鋼的工藝，即基于廢鋼的電弧爐冶煉法（Scrap-based EAF）。

高爐-轉(zhuǎn)爐法（BF-BOF）是在高爐中投入焦炭、洗精煤等化石燃料作為還原劑和燃料，將球團(tuán)礦或燒結(jié)礦熔化、還原為鐵水，鐵水進(jìn)入轉(zhuǎn)爐吹煉，除去雜質(zhì)和多余的碳，產(chǎn)出粗鋼；直接還原法（DRI）是利用煤炭或天然氣制備的還原劑將固態(tài)的鐵礦石直接還原為鐵，還原出的鐵通常會(huì)在電弧爐中冶煉為粗鋼，這一工藝稱為直接還原鐵-電弧爐法（DRI-EAF）；基于廢鋼的電弧爐冶煉法（Scrap-based EAF）是以鋼鐵生產(chǎn)過(guò)程中產(chǎn)生的邊角料和從社會(huì)回收的廢鋼作為原料在電弧爐中冶煉生產(chǎn)粗鋼。

圖：粗鋼主要生產(chǎn)工藝路線∣來(lái)源：世界鋼鐵協(xié)會(huì)

在所有粗鋼生產(chǎn)工藝中，高爐-轉(zhuǎn)爐法（BF-BOF）、直接還原鐵-電弧爐法（DRI-EAF）和基于廢鋼的電弧爐冶煉法（Scrap-based EAF）三種工藝生產(chǎn)的粗鋼占全球粗鋼產(chǎn)量的95%，其中又以高爐-轉(zhuǎn)爐法（BF-BOF）最為常見(jiàn)，其產(chǎn)量約占全球粗鋼產(chǎn)量的70%。

不同工藝路線的能源投入結(jié)構(gòu)存在較大區(qū)別。高爐-轉(zhuǎn)爐法約89%的能源投入來(lái)自煤炭；而電弧爐法（包括直接還原鐵-電弧爐法和基于廢鋼的電弧爐法）僅有11%的能源投入來(lái)自煤炭，相比高爐-轉(zhuǎn)爐法具有更加低碳的能源結(jié)構(gòu)。在電弧爐法中，煤炭、天然氣主要由直接還原鐵-電弧爐法消耗，用于制備還原劑；基于廢鋼的電弧爐法基本只消耗電力。

數(shù)據(jù)來(lái)源：世界鋼鐵協(xié)會(huì)

三種工藝不同的能源投入結(jié)構(gòu)對(duì)于其生產(chǎn)粗鋼的碳排放強(qiáng)度有著決定性影響。據(jù)IEA和世界鋼鐵協(xié)會(huì)研究，噸鋼碳排放從高到低依次為高爐-轉(zhuǎn)爐法（BF-BOF）、基于天然氣的直接還原鐵-電弧爐法（Natural gas-based DRI-EAF）和基于廢鋼的電弧爐冶煉法（Scrap-based EAF），分別為2.2tCO2/t、1.4tCO2/t和0.3tCO2/t。

數(shù)據(jù)來(lái)源：IEA