鋼鐵行業(yè)碳中和專題研究報(bào)告：鋼鐵行業(yè)碳中和現(xiàn)狀與減碳路徑分析

大氣網(wǎng)訊:鋼鐵行業(yè)十四五期間面臨提前達(dá)峰的壓力，目前部分特大型央企陸續(xù)發(fā)布碳達(dá)峰、碳中和推進(jìn)計(jì)劃，2025 年之前實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰，2030 年左右降碳30%成為重要的時(shí)間節(jié)點(diǎn)。

在目前工藝技術(shù)中，電爐煉鋼、球團(tuán)制造、DRI、能效提升等成熟度高、實(shí)用性強(qiáng)的低碳冶金技術(shù)具備降碳潛力。

十四五期間粗鋼產(chǎn)量進(jìn)入平臺(tái)區(qū)，同時(shí)伴隨部分成熟度高、實(shí)用性強(qiáng)的低碳冶金技術(shù)運(yùn)用，將更好地促進(jìn)行業(yè)從總量上實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰。在達(dá)峰的基礎(chǔ)上，行業(yè)進(jìn)一步推廣電爐煉鋼、增加球團(tuán)比、DRI 等成熟度高的實(shí)用性低碳冶金技術(shù)，帶動(dòng)鋼鐵制造流程工藝的優(yōu)化，同時(shí)各工序能效提升，減少化石燃料消耗，降低碳排放強(qiáng)度，能夠較好地實(shí)現(xiàn)減碳30%的目標(biāo)。最終實(shí)現(xiàn)深度減碳、碳中和還需要全氫冶金、CCUS/CCS 等技術(shù)的突破。

從技術(shù)成熟度和減碳幅度來(lái)看，高效電爐煉鋼、球團(tuán)制造、直接還原鐵豎爐、富氫冶煉、鋼廠能效提升是未來(lái)十年實(shí)現(xiàn)深度減碳的重要舉措，帶來(lái)的投資規(guī)模將達(dá)到近萬(wàn)億元級(jí)別。

1. 鋼鐵工業(yè)碳排放現(xiàn)狀

國(guó)內(nèi)鋼鐵產(chǎn)量增速在 2015 年見底后持續(xù)回升。2020 年國(guó)內(nèi)粗鋼產(chǎn)量 10.65 億噸，同比 7%；2021 年 1-4 月，粗鋼產(chǎn)量 3.75 億噸，同比 15.8%。2020 年國(guó)內(nèi)鐵水產(chǎn)量 8.88 億噸， 同比 4.3%；2021 年 1-4 月，鐵水產(chǎn)量 3.07 億噸，同比 8.7%。整體來(lái)看國(guó)內(nèi)鋼鐵產(chǎn)量增速 在 2015 年見底后，持續(xù)回升。

2015 年以后鋼鐵行業(yè)能源消耗強(qiáng)度有下降趨勢(shì)。2018 年，黑色金屬冶煉及壓延加工業(yè) 能源消耗總量 62279 萬(wàn)噸標(biāo)煤，占國(guó)內(nèi)總量的比重為 13.2%。2015-2018年黑色金屬冶煉及壓延加工業(yè)能源消耗總量增速分別是-7.77%、-2.89%、-1.88%、2.21%；從粗鋼產(chǎn)量增速、 鐵水增速、能源消耗總量增速來(lái)看，2015 年以后鋼鐵行業(yè)能耗增速低于粗鋼和鐵水增速，意味著鋼鐵行業(yè)能源消耗強(qiáng)度有下降趨勢(shì)。

2015 年以后鋼鐵行業(yè)碳排放強(qiáng)度有下降趨勢(shì)。2017 年， 黑色金屬冶煉及壓延加工業(yè)碳 排放量達(dá)到 167702 萬(wàn)噸，占國(guó)民經(jīng)濟(jì)總體排放量的比重 17.96%，2020 年預(yù)計(jì)碳排放量占 比約 15%。行業(yè)碳排放量在 2014 年達(dá)到高點(diǎn)后持續(xù)下行；2015 年-2017 年，行業(yè)碳排放量 同比分別是-6.24%、-0.38%、-0.41%。從粗鋼產(chǎn)量和碳排放量同比增速對(duì)比來(lái)看，碳排放量 增速整體低于粗鋼產(chǎn)量增速，意味著鋼鐵行業(yè)碳排放強(qiáng)度有下降趨勢(shì)。

2. 化石燃料燃燒是鋼鐵行業(yè)的主要碳排放來(lái)源

鋼鐵生產(chǎn)過(guò)程中的碳排放 主要有四大類來(lái)源：化石燃料燃燒排放、工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程排放、凈購(gòu)入使用的電力、固碳產(chǎn)品 隱含的碳排放。

根據(jù)文旭林等在《鋼鐵企業(yè)碳排放核算及減排研究》對(duì)長(zhǎng)流程鋼廠碳排放研究：燃料燃 燒碳排放約占 94%；凈購(gòu)入電力碳排放占約6%。在燒結(jié)、煉鋼工序中，需消耗石灰石、白云石、電極、生鐵、鐵合金等含碳原料，以及生產(chǎn)熔劑過(guò)程的分解和氧化產(chǎn)生的 CO2 排放， 約占總排放量的 6%。生產(chǎn)過(guò)程中部分碳固化在企業(yè)生產(chǎn)外銷的粗鋼、粗苯和焦油中，相應(yīng)部分的二氧化碳排放應(yīng)予扣除，約占總排放量的 4%。

化石燃料燃燒排放中，焦炭占據(jù)較大比重。鋼鐵生產(chǎn)過(guò)程中凈消耗的化石燃燒產(chǎn)生的 CO2 排放，包括焦?fàn)t、燒結(jié)機(jī)、高爐等爐窯燃燒的洗精煤、無(wú)煙煤、煙煤、焦炭的排放，以及廠 內(nèi)用于生產(chǎn)運(yùn)輸?shù)幕疖嚒⑵囉闷裼彤a(chǎn)生的排放。由于鋼鐵生產(chǎn)過(guò)程的實(shí)質(zhì)是將鐵從礦石 中還原的過(guò)程，同時(shí)需要大量能源。我國(guó)鋼鐵行業(yè)燃料燃燒排放具有以下特點(diǎn)：

焦炭是鋼鐵行業(yè)直接消耗的第一大化石燃料。從統(tǒng)計(jì)局發(fā)布的數(shù)據(jù)來(lái)看，2018 年國(guó) 內(nèi)消費(fèi)焦炭量 37152 萬(wàn)噸，消耗煤炭 29308 萬(wàn)噸，消耗原油 0 萬(wàn)噸，消耗汽油 3 萬(wàn) 噸，消耗天然氣 110 億立方米。

焦炭消費(fèi)比高與國(guó)內(nèi)高爐工藝占比高有密切關(guān)系。焦炭作為高爐煉鐵的主原料，既是燃料、又是還原劑，同時(shí)在高爐中還起到骨架、穩(wěn)定爐料透氣性。2020 年國(guó)內(nèi)高 爐生鐵產(chǎn)量 88752 萬(wàn)噸，高爐生鐵與粗鋼比為 0.833，2019 年比值為 0.812，遠(yuǎn)高 于同期的全球 0.684 的水平。較高的生鐵占比導(dǎo)致國(guó)內(nèi)鋼鐵行業(yè)對(duì)焦炭的消費(fèi)依賴 重。

化石燃料燃燒碳排放約 64.7%來(lái)自于焦炭、33.9%來(lái)自煤炭。根據(jù)易碳家給出的不 同燃料燃燒釋放的 CO2 強(qiáng)度進(jìn)行測(cè)算；2018 年國(guó)內(nèi)黑色金屬冶煉及加工行業(yè)，燃料 燃燒的碳排放有64.7%來(lái)自于焦炭燃燒，有33.9%來(lái)自于煤炭，1.4%來(lái)自于天然氣。

外購(gòu)電力碳排放受電力供給結(jié)構(gòu)決定；電力系統(tǒng)深度脫碳直接降低鋼鐵行業(yè)外購(gòu)電力碳 排量。

鋼企外購(gòu)電力占比低。從統(tǒng)計(jì)局發(fā)布的數(shù)據(jù)來(lái)看，2018 年黑色金屬冶煉加工業(yè)電力 消費(fèi) 6142 億千瓦時(shí)，占行業(yè)總能耗比重 12.12%。從趨勢(shì)來(lái)看，1995 年以來(lái)行業(yè) 電力消費(fèi)比重持續(xù)上升，由 6%上升到 12.12%。從重點(diǎn)鋼企的數(shù)據(jù)來(lái)看，2020 年 噸鋼耗電量 456.9 千瓦/噸，相當(dāng)于噸鋼總能耗的 8.4%。重點(diǎn)鋼企的電力占總能耗 的比重也在提升，由 7.5%上升到 8.4%。

碳排放來(lái)自電力供應(yīng)端。2020 年國(guó)內(nèi)發(fā)電結(jié)構(gòu)中，以煤炭、油氣為主的火電發(fā)電占 比 71%，核電占比 5%，水電占比 16%，風(fēng)、光伏、生物質(zhì)發(fā)電占比 8%。整體來(lái) 看，上游電力供應(yīng)端中化石能源占比超 70%，這是外購(gòu)電力碳排放的主要來(lái)源。

電力系統(tǒng)深度脫碳直接降低鋼鐵行業(yè)外購(gòu)電力碳排量。未來(lái)隨著風(fēng)電、光伏等新能 源裝機(jī)容量的進(jìn)一步提升，2030 年國(guó)內(nèi)實(shí)現(xiàn)一次能源中非化石占比 25%，電力系統(tǒng) 對(duì)化石能源消耗將進(jìn)一步降低，電力系統(tǒng)的深度脫碳將直接帶動(dòng)鋼鐵行業(yè)外購(gòu)電力 碳排放量。