“中國加速邁向碳中和”鋼鐵篇：鋼鐵行業(yè)碳減排路徑分析

大氣網(wǎng)訊:編者按：本文將以鋼鐵行業(yè)為樣本繼續(xù)展開碳中和轉(zhuǎn)型研究。未來我們還將陸續(xù)發(fā)布一系列文章，內(nèi)容涵蓋煤化工、水泥、油氣、電力等高碳排放行業(yè)，涉及碳減排路徑剖析、新興技術(shù)研討、投資成本預(yù)測、國際實(shí)踐分享等眾多主題，也會(huì)探究傳統(tǒng)碳減排工藝革新、碳捕集利用與封存（CCUS）、氫能等新型碳減排技術(shù)的最新趨勢(shì)等。

中國鋼鐵行業(yè)碳中和轉(zhuǎn)型的必要性

鋼鐵行業(yè)是我國工業(yè)的支柱性行業(yè)，約占我國GDP的5%。鋼鐵行業(yè)涉及面廣、產(chǎn)業(yè)關(guān)聯(lián)度高、消費(fèi)拉動(dòng)大，在經(jīng)濟(jì)建設(shè)、社會(huì)發(fā)展、就業(yè)穩(wěn)定等方面發(fā)揮著重要作用。我國鋼鐵行業(yè)在全球也舉足輕重，鋼鐵產(chǎn)量占全球總產(chǎn)量的半壁江山。然而，目前我國鋼鐵行業(yè)仍以碳排放強(qiáng)度高的長流程為主，粗鋼產(chǎn)能約占90%。在碳中和承諾以及去產(chǎn)能的雙重壓力下，我國鋼鐵行業(yè)面臨嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。

目前，中國鋼鐵行業(yè)碳排放量約占中國碳排放總量的15%，是碳排放量最高的制造行業(yè)。全球每年生產(chǎn)和使用高達(dá)18億噸鋼鐵，其中將近50%的鋼產(chǎn)于中國內(nèi)地，中國鋼鐵行業(yè)碳排放量也約占全球鋼鐵行業(yè)碳排放總量的50%。根據(jù)麥肯錫測算，如果要實(shí)現(xiàn)本世紀(jì)末全球平均氣溫上升不超過1.5℃的情景，到2050年中國鋼鐵行業(yè)須減排近100％，這是極具挑戰(zhàn)的目標(biāo)，需要從鋼鐵消費(fèi)、生產(chǎn)、技術(shù)、供應(yīng)等多個(gè)關(guān)聯(lián)領(lǐng)域共同推進(jìn)零碳轉(zhuǎn)型。

中國鋼鐵行業(yè)碳中和轉(zhuǎn)型路徑

綜合考量成本、技術(shù)成熟度和資源可用性，我們認(rèn)為需求減少、能效提升，以及廢鋼再利用、碳捕集利用與封存（CCUS）、氫氣直接還原煉鋼（H2-DRI-EAF）等技術(shù)的加速推動(dòng)是中國鋼鐵行業(yè)碳中和的重要抓手。據(jù)此，我們繪制了中國鋼鐵行業(yè)從2020年到2030和2050年的減排路徑圖（見圖1）。

常規(guī)情形下的需求縮減（A）預(yù)計(jì)到2050年將貢獻(xiàn)約35％的二氧化碳減排。對(duì)鋼鐵表觀需求的影響因素來自于三方面：新增需求、替換需求及庫存變化。隨著城市化和建筑業(yè)增速的放緩（見圖2），鋼鐵新增需求將較往年減少。此外，建筑行業(yè)材料效能提升（如使用高強(qiáng)鋼）、新型替代材料的突破也將進(jìn)一步削減鋼鐵的替換需求。隨著國內(nèi)供給側(cè)改革去庫存的進(jìn)一步深化，鋼鐵企業(yè)高位庫存減少也將帶來表觀需求的下降。展望未來，如果鋼鐵行業(yè)被納入我國的碳價(jià)格體系（具體包括對(duì)鋼鐵企業(yè)碳排放進(jìn)行收費(fèi)、收稅、排放交易等），將可能推動(dòng)鋼鐵需求進(jìn)一步下降。同時(shí)，隨著歐盟排放交易體系（EU ETS）等國際碳價(jià)格體系的加速推進(jìn)，我國鋼鐵出口將面臨更大的挑戰(zhàn)，但也會(huì)給“低碳鋼鐵產(chǎn)品”帶來新的市場機(jī)遇。加之國內(nèi)大力控制鋼鐵產(chǎn)能產(chǎn)量的良性發(fā)展，我國鋼鐵產(chǎn)能將保持內(nèi)需為主、出口為輔的局面。值得注意的是，當(dāng)前的減排路徑分析較大程度上取決于需求變化，這意味著碳中和轉(zhuǎn)型的步伐將根據(jù)需求急劇加速（或放緩）。若企業(yè)追求持續(xù)的綠色增長，應(yīng)當(dāng)為碳中和轉(zhuǎn)型工作做最充分的準(zhǔn)備。

能效提升（B）是技術(shù)成熟的無悔之舉，到2050年有約1.8億噸二氧化碳的減排潛力；預(yù)計(jì)到2050年將貢獻(xiàn)全行業(yè)15％的二氧化碳減排。能效變革有三大主要驅(qū)動(dòng)因素：

1產(chǎn)能升級(jí)和替換

我們預(yù)計(jì)到2030年有約2000萬噸碳減排潛力來自小型高爐-轉(zhuǎn)爐（年均產(chǎn)能<1000萬噸）向大型高爐-轉(zhuǎn)爐（年均產(chǎn)能>2000萬噸）的自然升級(jí)，共覆蓋約2.5億噸產(chǎn)能；

2卓越運(yùn)營

鋼鐵企業(yè)始終不懈追求卓越運(yùn)營，通過不斷完善標(biāo)準(zhǔn)、提高標(biāo)準(zhǔn)化操作水平，同時(shí)將關(guān)鍵指標(biāo)向下分解、將運(yùn)營能力與績效掛鉤、改善運(yùn)營流程，鋼鐵行業(yè)在過去十年實(shí)現(xiàn)了7.5％的能效提升。對(duì)標(biāo)業(yè)內(nèi)最佳能效水平，預(yù)計(jì)未來30年能效提升可達(dá)10％-15％；

3原輔料優(yōu)化

企業(yè)因碳減排而在鐵礦石、焦炭、熔劑等品類上優(yōu)先利用高品質(zhì)原料，實(shí)現(xiàn)長流程鋼鐵生產(chǎn)碳排放強(qiáng)度的降低。

電爐+廢鋼（C）是更優(yōu)先、成熟且靈活的手段，鋼鐵制造過程中66%的碳排放來自于長流程（BF-BOF）中的高爐煉鐵過程，而利用廢鋼則可以采用碳排放更低的電爐短流程（EAF）進(jìn)行生產(chǎn)，并且通過綠電實(shí)現(xiàn)碳減排也更具有經(jīng)濟(jì)性。隨著國內(nèi)廢鋼供應(yīng)量的上升，預(yù)計(jì)中國未來的電爐鋼比例將由當(dāng)前的約10%增加到2025年的15%，并且長流程廢鋼利用能力也可能進(jìn)一步提升。我們預(yù)測，到2050年通過電爐+廢鋼替代長流程煉鋼，可貢獻(xiàn)鋼鐵行業(yè)二氧化碳累計(jì)減排量的20％。廢鋼有三大主要來源（如圖3）：

一是國內(nèi)回收：鑒于廢棄鋼材的增加，特別是來自機(jī)械和汽車兩大行業(yè)，預(yù)計(jì)80％的新增廢鋼供給將源于國內(nèi)廢鋼回收；

二是回收效率提升：政府持續(xù)引導(dǎo)廢鋼行業(yè)整合并出臺(tái)利好的財(cái)務(wù)和稅收政策，將促使鋼鐵企業(yè)主動(dòng)使用廢鋼；

三是放開進(jìn)口廢鋼：2020年12月《再生鋼鐵原料》國家標(biāo)準(zhǔn)的批準(zhǔn)和近期優(yōu)質(zhì)廢鋼進(jìn)口的放開，預(yù)計(jì)將提高廢鋼整體供應(yīng)并降低廢鋼成本。

減排缺口（D）仍需由碳捕集利用與封存、氫氣直接還原煉鋼等成本更為高昂、尚在發(fā)展之中的手段來填補(bǔ)。氫氣直接還原煉鋼的成本主要來自于氫氣生產(chǎn)，其核心是電價(jià)；碳捕集利用與封存則需要相匹配的地質(zhì)條件，如靠近衰退期油田、鹽水層等。因此我們認(rèn)為具體技術(shù)部署應(yīng)基于區(qū)域性評(píng)估，因地制宜選擇方案。

我們建議中國鋼鐵企業(yè)考慮以下四種路徑彌補(bǔ)減排缺口：

1碳捕集利用與封存規(guī)模化

代表地區(qū)為環(huán)渤海地區(qū)（東北、津冀、山東）。其有集中化的鋼廠，供應(yīng)全國超過40%的鋼鐵產(chǎn)量，同時(shí)還有火電、油氣、水泥等其他高碳排放強(qiáng)度的工業(yè)，有望實(shí)現(xiàn)碳捕集利用與封存規(guī)?；A(chǔ)設(shè)施建設(shè)，攤薄資本支出成本（如管道等）。且其靠近衰退期油田，運(yùn)輸效率高，還可通過油獲實(shí)現(xiàn)額外收益。

2氫氣直接還原煉鋼試點(diǎn)

代表地區(qū)為西南地區(qū)（四川、云南、重慶、貴州）。其擁有豐富的綠色電力和水資源，可能實(shí)現(xiàn)低成本的綠氫生產(chǎn)，經(jīng)濟(jì)性高。瑞典、德國、奧地利等國已有氫能煉鋼項(xiàng)目投產(chǎn)，國內(nèi)寶武、河鋼、酒鋼等鋼鐵企業(yè)也開始了氫能煉鋼探索試點(diǎn)。

3電爐+廢鋼的循環(huán)經(jīng)濟(jì)

代表地區(qū)為沿海地區(qū)（浙江、福建、廣東）。其特點(diǎn)是鋼鐵需求高，廢鋼供應(yīng)充足，但區(qū)域長流程鋼鐵產(chǎn)能低，目前供應(yīng)主要靠區(qū)域外輸入。未來，廢鋼-電爐的循環(huán)經(jīng)濟(jì)模式可能成為區(qū)域鋼鐵供應(yīng)的主要模式。在此基礎(chǔ)上只要實(shí)現(xiàn)電力的低碳供應(yīng)，即可很好地實(shí)現(xiàn)碳中和轉(zhuǎn)型。

4關(guān)注過渡性技術(shù)

即不能實(shí)現(xiàn)鋼鐵碳中和但能顯著降低碳排放強(qiáng)度的新技術(shù)，例如爐頂煤氣循環(huán)、高爐噴吹氫氣、直接熔融還原等；鋼鐵行業(yè)實(shí)現(xiàn)碳中和還需要30年的歷程，過渡技術(shù)能夠補(bǔ)足一部分減排缺口，給零碳鋼鐵技術(shù)的發(fā)展創(chuàng)造空間。

此外，鋼鐵行業(yè)也在持續(xù)推動(dòng)超低二氧化碳排放煉鋼工藝（ULCOS）技術(shù)的發(fā)展，包括生物質(zhì)煉鋼、新型直接還原工藝（ULCORED）、新型熔融還原工藝（HISarna）和電解鐵礦石工藝（ULCOWIN/ULCOLYSIS）。這些探索距離工業(yè)化還有一定距離，但隨著技術(shù)不斷發(fā)展成熟，未來有可能更好地支持鋼鐵行業(yè)碳中和轉(zhuǎn)型。

對(duì)鋼鐵企業(yè)的啟示

1大刀闊斧,建立流程碳排基線，尋找碳減排機(jī)會(huì)

深入理解“十四五”時(shí)期國家碳中和目標(biāo)對(duì)鋼鐵產(chǎn)業(yè)鏈的影響，根據(jù)企業(yè)目前碳排情況制定減排目標(biāo)，并在資產(chǎn)層面制定具體減排措施，計(jì)算其減排潛力和投資回報(bào)情況，即經(jīng)濟(jì)效益、投資成本、運(yùn)營成本和風(fēng)險(xiǎn)預(yù)估，從中找出最可行、最經(jīng)濟(jì)的碳減排路徑。

2伺時(shí)而動(dòng)，分析碳中和轉(zhuǎn)型對(duì)需求的影響，抓住增長客戶群體

評(píng)估主要下游客戶在低碳環(huán)境下的需求變化，找到低碳增長點(diǎn)。對(duì)新增長機(jī)會(huì)，分析潛在收益來確定重點(diǎn)發(fā)展方向，并制定進(jìn)入方案。例如，提前布局廢鋼回收企業(yè)以確保廢鋼供應(yīng)，在產(chǎn)能升級(jí)置換過程中對(duì)選擇長、短流程的科學(xué)評(píng)估，特鋼企業(yè)可探索“零碳鋼鐵產(chǎn)品”帶來的新出口機(jī)遇，等等。

3未雨綢繆,預(yù)測碳中和轉(zhuǎn)型對(duì)鋼鐵產(chǎn)業(yè)鏈的影響，提前布局潛在機(jī)遇

對(duì)于鋼鐵企業(yè)來說，從中長期看需要因地制宜地評(píng)估未來碳捕集或氫能煉鋼技術(shù)的產(chǎn)業(yè)布局。鋼鐵行業(yè)領(lǐng)先的頭部企業(yè)也可考慮進(jìn)入新能源、電動(dòng)車、氫能、生物質(zhì)能及碳捕捉等新興領(lǐng)域，率先投資未來十年低碳技術(shù)的新浪潮。

結(jié)束語

實(shí)現(xiàn)“零碳中國 ”，需要未來十年持之以恒的關(guān)鍵舉措與實(shí)際行動(dòng)。我們認(rèn)為，碳中和轉(zhuǎn)型早已不是“可選項(xiàng)”，而是如箭在弦的“必選項(xiàng)”。我們希望通過近期推出的一系列文章為盡快落實(shí)碳中和轉(zhuǎn)型提供思路和洞見，觸發(fā)更多思維激蕩和觀點(diǎn)碰撞，與社會(huì)各界協(xié)力構(gòu)建零碳社區(qū)，推動(dòng)各方共同努力實(shí)現(xiàn)深度變革。