钢铁行业碳减排路径分析
2021-04-28 09:54:56   来源： ()　   评论：0 点击：

　　中国钢铁行业碳中和转型的必要性钢铁行业是我国工业的支柱性行业，约占我国GDP的5%。钢铁行业涉及面广、产业关联度高、消费拉动大，在经济建设、社会发展、就业稳定等方面发挥着重要作用。我国钢铁行业在全球也举足轻重，钢铁产量占全球总产量的半壁江山。然而，目前我国钢铁行业仍以碳排放强度高的长流程为主，粗钢产能约占90%。在碳中和承诺以及去产能的双重压力下，我国钢铁行业面临严峻挑战。

　　目前，中国钢铁行业碳排放量约占中国碳排放总量的15%，是碳排放量最高的制造行业。全球每年生产和使用高达18亿吨钢铁，其中将近50%的钢产于中国内地，中国钢铁行业碳排放量也约占全球钢铁行业碳排放总量的50%。根据麦肯锡测算，如果要实现本世纪末全球平均气温上升不超过1.5℃的情景，到2050年中国钢铁行业须减排近100%，这是极具挑战的目标，需要从钢铁消费、生产、技术、供应等多个关联领域共同推进零碳转型。

　　中国钢铁行业碳中和转型路径综合考量成本、技术成熟度和资源可用性，我们认为需求减少、能效提升，以及废钢再利用、碳捕集利用与封存(CCUS)、氢气直接还原炼钢(H2-DRI-EAF)等技术的加速推动是中国钢铁行业碳中和的重要抓手。据此，我们绘制了中国钢铁行业从2020年到2030和2050年的减排路径图(见图1)。

　　常规情形下的需求缩减(A)预计到2050年将贡献约35%的二氧化碳减排。对钢铁表观需求的影响因素来自于三方面：新增需求、替换需求及库存变化。随着城市化和建筑业增速的放缓(见图2)，钢铁新增需求将较往年减少。此外，建筑行业材料效能提升(如使用高强钢)、新型替代材料的突破也将进一步削减钢铁的替换需求。随着国内供给侧改革去库存的进一步深化，钢铁企业高位库存减少也将带来表观需求的下降。展望未来，如果钢铁行业被纳入我国的碳价格体系(具体包括对钢铁企业碳排放进行收费、收税、排放交易等)，将可能推动钢铁需求进一步下降。

　　同时，随着欧盟排放交易体系(EU ETS)等国际碳价格体系的加速推进，我国钢铁出口将面临更大的挑战，但也会给“低碳钢铁产品”带来新的市场机遇。加之国内大力控制钢铁产能产量的良性发展，我国钢铁产能将保持内需为主、出口为辅的局面。值得注意的是，当前的减排路径分析较大程度上取决于需求变化，这意味着碳中和转型的步伐将根据需求急剧加速(或放缓)。若企业追求持续的绿色增长，应当为碳中和转型工作做最充分的准备。

　　能效提升(B)是技术成熟的无悔之举，到2050年有约1.8亿吨二氧化碳的减排潜力;预计到2050年将贡献全行业15%的二氧化碳减排。能效变革有三大主要驱动因素：1产能升级和替换我们预计到2030年有约2000万吨碳减排潜力来自小型高炉-转炉(年均产能<1000万吨)向大型高炉-转炉(年均产能>2000万吨)的自然升级，共覆盖约2.5亿吨产能;2卓越运营钢铁企业始终不懈追求卓越运营，通过不断完善标准、提高标准化操作水平，同时将关键指标向下分解、将运营能力与绩效挂钩、改善运营流程，钢铁行业在过去十年实现了7.5%的能效提升。对标业内最佳能效水平，预计未来30年能效提升可达10%-15%;3原辅料优化企业因碳减排而在铁矿石、焦炭、熔剂等品类上优先利用高品质原料，实现长流程钢铁生产碳排放强度的降低。

　　电炉+废钢(C)是更优先、成熟且灵活的手段，钢铁制造过程中66%的碳排放来自于长流程(BF-BOF)中的高炉炼铁过程，而利用废钢则可以采用碳排放更低的电炉短流程(EAF)进行生产，并且通过绿电实现碳减排也更具有经济性。随着国内废钢供应量的上升，预计中国未来的电炉钢比例将由当前的约10%增加到2025年的15%，并且长流程废钢利用能力也可能进一步提升。我们预测，到2050年通过电炉+废钢替代长流程炼钢，可贡献钢铁行业二氧化碳累计减排量的20%。

　　废钢有三大主要来源：一是国内回收：鉴于废弃钢材的增加，特别是来自机械和汽车两大行业，预计80%的新增废钢供给将源于国内废钢回收;二是回收效率提升：政府持续引导废钢行业整合并出台利好的财务和税收政策，将促使钢铁企业主动使用废钢;三是放开进口废钢：2020年12月《再生钢铁原料》国家标准的批准和近期优质废钢进口的放开，预计将提高废钢整体供应并降低废钢成本。

　　减排缺口(D)仍需由碳捕集利用与封存、氢气直接还原炼钢等成本更为高昂、尚在发展之中的手段来填补。氢气直接还原炼钢的成本主要来自于氢气生产，其核心是电价;碳捕集利用与封存则需要相匹配的地质条件，如靠近衰退期油田、盐水层等。因此我们认为具体技术部署应基于区域性评估，因地制宜选择方案。我们建议中国钢铁企业考虑以下四种路径弥补减排缺口：1碳捕集利用与封存规模化代表地区为环渤海地区(东北、津冀、山东)。其有集中化的钢厂，供应全国超过40%的钢铁产量，同时还有火电、油气、水泥等其他高碳排放强度的工业，有望实现碳捕集利用与封存规模化基础设施建设，摊薄资本支出成本(如管道等)。且其靠近衰退期油田，运输效率高，还可通过油获实现额外收益。2氢气直接还原炼钢试点代表地区为西南地区(四川、云南、重庆、贵州)。其拥有丰富的绿色电力和水资源，可能实现低成本的绿氢生产，经济性高。瑞典、德国、奥地利等国已有氢能炼钢项目投产，国内宝武、河钢、酒钢等钢铁企业也开始了氢能炼钢探索试点。3电炉+废钢的循环经济代表地区为沿海地区(浙江、福建、广东)。其特点是钢铁需求高，废钢供应充足，但区域长流程钢铁产能低，目前供应主要靠区域外输入。

　　未来，废钢-电炉的循环经济模式可能成为区域钢铁供应的主要模式。在此基础上只要实现电力的低碳供应，即可很好地实现碳中和转型。4关注过渡性技术即不能实现钢铁碳中和但能显著降低碳排放强度的新技术，例如炉顶煤气循环、高炉喷吹氢气、直接熔融还原等;钢铁行业实现碳中和还需要30年的历程，过渡技术能够补足一部分减排缺口，给零碳钢铁技术的发展创造空间。此外，钢铁行业也在持续推动超低二氧化碳排放炼钢工艺(ULCOS)技术的发展，包括生物质炼钢、新型直接还原工艺(ULCORED)、新型熔融还原工艺(HISarna)和电解铁矿石工艺(ULCOWIN/ULCOLYSIS)。这些探索距离工业化还有一定距离，但随着技术不断发展成熟，未来有可能更好地支持钢铁行业碳中和转型。

　　对钢铁企业的启示

　　1大刀阔斧,建立流程碳排基线，寻找碳减排机会深入理解“十四五”时期国家碳中和目标对钢铁产业链的影响，根据企业目前碳排情况制定减排目标，并在资产层面制定具体减排措施，计算其减排潜力和投资回报情况，即经济效益、投资成本、运营成本和风险预估，从中找出最可行、最经济的碳减排路径。

　　2伺时而动，分析碳中和转型对需求的影响，抓住增长客户群体评估主要下游客户在低碳环境下的需求变化，找到低碳增长点。对新增长机会，分析潜在收益来确定重点发展方向，并制定进入方案。例如，提前布局废钢回收企业以确保废钢供应，在产能升级置换过程中对选择长、短流程的科学评估，特钢企业可探索“零碳钢铁产品”带来的新出口机遇，等等。

　　3未雨绸缪,预测碳中和转型对钢铁产业链的影响，提前布局潜在机遇对于钢铁企业来说，从中长期看需要因地制宜地评估未来碳捕集或氢能炼钢技术的产业布局。

　　钢铁行业领先的头部企业也可考虑进入新能源、电动车、氢能、生物质能及碳捕捉等新兴领域，率先投资未来十年低碳技术的新浪潮。

　　结束语

　　实现“零碳中国 ”，需要未来十年持之以恒的关键举措与实际行动。我们认为，碳中和转型早已不是“可选项”，而是如箭在弦的“必选项”。我们希望通过近期推出的一系列文章为尽快落实碳中和转型提供思路和洞见，触发更多思维激荡和观点碰撞，与社会各界协力构建零碳社区，推动各方共同努力实现深度变革。