我國鋼鐵行業(yè)碳減排成本120億至350億美元，仍有諸多挑戰(zhàn)

文章來源:能源環(huán)境經(jīng)濟研究所THU碳交易網(wǎng)2024-03-27 12:43

鋼鐵工業(yè)是能源密集型行業(yè)，占全球工業(yè)部門直接溫室氣體排放量的約25%。中國作為世界上最大的鋼鐵生產(chǎn)國和消費國，在實施節(jié)能減排措施方面的工作非常重要。這篇綜述討論了旨在開發(fā)與鋼鐵行業(yè)相關(guān)的技術(shù)改進和零碳排放技術(shù)的研究成果和試點項目，強調(diào)了它們的實用性和減排的成本效益，并結(jié)合鋼鐵行業(yè)的生命周期碳排放分析、成本分析，判斷了這些技術(shù)的發(fā)展前景。

結(jié)果表明，鋼鐵行業(yè)充分應(yīng)用主流的技術(shù)改進可以實現(xiàn)約43%的二氧化碳減排。此外，將它們與零碳排放技術(shù)相結(jié)合，可以實現(xiàn)80%-95%的減排。這些技術(shù)改進的邊際減排成本約為-5-0.5美元/kgCO2。在實現(xiàn)碳中和的大背景下，中國鋼鐵行業(yè)需要應(yīng)用基于氫的煉鋼技術(shù)或碳捕集、利用和儲存技術(shù)，而這意味著預(yù)計到2050年將導(dǎo)致120億至350億美元的減排成本。中國鋼鐵行業(yè)在短期內(nèi)需要技術(shù)改進，在長期內(nèi)應(yīng)優(yōu)先考慮零碳技術(shù)的發(fā)展，策略轉(zhuǎn)變的時機取決于電價和碳價。

主要結(jié)論

(1).盡管中國的鋼鐵工業(yè)已經(jīng)具有較高的成本效益，但仍然存在著諸多減排挑戰(zhàn)：

規(guī)模大：中國的鋼鐵工業(yè)貢獻了全球鋼鐵總產(chǎn)量的50％以上，以及工業(yè)部門直接溫室氣體排放量的25％。

產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)不合理：中國鋼鐵短流程煉鋼占比較低。此外，中國鋼鐵行業(yè)低質(zhì)產(chǎn)能依舊很高，從擁有先進技術(shù)的大型領(lǐng)先制造工廠到小型基礎(chǔ)工廠，低效率的設(shè)施是多個行業(yè)層級的主要關(guān)注點。

面臨多重風(fēng)險：鋼鐵行業(yè)一是長期面臨產(chǎn)能過剩的問題，二是由于國際貿(mào)易的不穩(wěn)定狀態(tài)，COVID19的出現(xiàn)和保守主義的興起使它進一步面臨產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)移的風(fēng)險。

(2).中國鋼鐵行業(yè)實現(xiàn)溫室氣體減排具有眾多技術(shù)選擇：

增加短流程煉鋼的比例：就減少溫室氣體排放而言，短流程煉鋼，也就是廢鋼-電弧爐煉鋼技術(shù)將是最重要的技術(shù)選項。但是，廢鋼和電的高昂成本阻礙了中國短流程煉鋼的發(fā)展。

優(yōu)化產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)：整合和簡化鋼鐵企業(yè)并優(yōu)化產(chǎn)能布局具有重要意義，它需要市場激勵和適當(dāng)?shù)恼摺?/div>

技術(shù)改進：與鋼鐵生產(chǎn)的每個階段都有多種技術(shù)選擇，隨著主流可用技術(shù)的充分推廣，預(yù)計總減排量約為40-45％。

某些技術(shù)具有出色的成本效益：煉鐵過程中廢熱和廢氣的回收和再利用，軋制/鑄造的技術(shù)升級可以減少排放，同時提高生產(chǎn)效率并顯示出理想的成本效益。

(3).具有不同程度的潛在競爭力的超低排放煉鋼技術(shù)受到了廣泛關(guān)注。

最優(yōu)選擇：氫基煉鋼（綠氫-直接還原鐵-電弧爐煉鋼）以及CCUS可以提供實現(xiàn)碳中和的最優(yōu)方案。但是，超低排放技術(shù)的實際發(fā)展將取決于地緣政治（貿(mào)易保護主義，氣候變化條約），政府政策（碳稅等）以及成本等多方面因素。

氫基煉鋼的資源消耗更少：氫基煉鋼的材料消耗主要來自設(shè)備制造，并且比CCUS儲存和土地使用的資源消耗少。

可再生能源是鋼鐵行業(yè)實現(xiàn)超低碳排放的必要條件：可再生能源的比例是影響氫基煉鋼和短流程減少溫室氣體排放潛力的最關(guān)鍵因素。結(jié)合鋼鐵行業(yè)碳市場的建立，可再生能源的發(fā)展也將決定各種技術(shù)路線的發(fā)展重點。

需要付出巨大的努力：由于相關(guān)的成本和所需的技術(shù)成熟度，在完全采用氫基煉鋼和CCUS技術(shù)之前，需要一個過渡時期，其中包括對現(xiàn)有的高爐-轉(zhuǎn)爐的產(chǎn)能進行適度的改進。

(4).中國鋼鐵行業(yè)的超低溫室氣體排放是可以實現(xiàn)的。

從理論上講，多種技術(shù)改進和零碳技術(shù)的全面應(yīng)用有機會實現(xiàn)80-95％的減排。

政策建議

基于這些結(jié)論，我們提出了針對中國和其他地區(qū)的政策建議。

（1）對于中國：

短期：對于高爐-轉(zhuǎn)爐流程，減少鋼鐵消耗，消除落后產(chǎn)能，并推廣具有成本效益的最佳可行技術(shù)。對于電弧爐工藝，促進廢料回收行業(yè)的發(fā)展并提高電弧爐產(chǎn)能。

中期：在綜合鋼鐵企業(yè)中推廣基于NG / COG的直接還原鐵和CCUS示范，以評估其溫室氣體減排效益并同時解決與這些技術(shù)有關(guān)的工程問題。促進可再生能源在鋼鐵行業(yè)中的應(yīng)用并構(gòu)建氫供應(yīng)鏈。

長期：根據(jù)中期的示范項目的研究結(jié)果，確定中國氫基煉鋼和CCUS技術(shù)的最佳應(yīng)用規(guī)模，并調(diào)整生產(chǎn)結(jié)構(gòu)以實現(xiàn)鋼鐵行業(yè)的超低溫室氣體排放。

（2）對于其他國家：

由于其規(guī)模大，廢鋼率低等特點，中國的鋼鐵行業(yè)必須做出更加謹(jǐn)慎的決定，并考慮采取多種減排措施以實現(xiàn)超低溫室氣體排放。但是，其他國家不一定需要這樣做，可以會更早地確定關(guān)鍵技術(shù)路線，或者采用更積極的發(fā)展戰(zhàn)略。因此，政策建議如下：

超低碳技術(shù)是必要的：可再生能源和技術(shù)改進是減少全球鋼鐵行業(yè)溫室氣體排放的重要手段，但僅依靠這些方面可能不會導(dǎo)致實現(xiàn)減排目標(biāo)，生產(chǎn)方式的轉(zhuǎn)變與超低排放技術(shù)的引入是必要的。

以成本最小化為目的設(shè)計發(fā)展戰(zhàn)略：應(yīng)根據(jù)成本最小化原則并根據(jù)發(fā)展?jié)摿︻A(yù)測（考慮需求，鋼鐵行業(yè)結(jié)構(gòu)，礦石和廢料資源以及可再生能源比例等因素）制定發(fā)展戰(zhàn)略。能源）和邊際減排成本（考慮全球廢料市場，最佳可行技術(shù)成本，超低碳技術(shù)成本，可再生能源成本和碳價等因素）與各個地區(qū)的減排措施有關(guān)。例如，在鋼鐵需求少，碳儲存空間有限且電弧爐比例較高的地區(qū)，CCUS和一般的技術(shù)改進在傳統(tǒng)煉鋼流程中的應(yīng)用并不像氫能煉鋼那樣有效率。

評價

生產(chǎn)全球超過50% 的粗鋼的中國鋼鐵行業(yè)是重點的“難減排行業(yè)”，它的低碳化對于中國實現(xiàn)碳中和戰(zhàn)略來說非常重要。鋼鐵行業(yè)具有減排難度大、設(shè)備成本高、建設(shè)/使用周期長等特征，可謂是“船大難掉頭”，需要從成本、效率等多個方面考量減排技術(shù)，并設(shè)計綜合減排方案，以求避免資源浪費。

實現(xiàn)鋼鐵行業(yè)的溫室氣體減排，一方面需要從現(xiàn)有生產(chǎn)方式的技術(shù)改進入手，具體包括余氣/余熱回收、提高生產(chǎn)效率、減少能源/資源損失等手段，技術(shù)改進的選擇眾多，但它們的減排效益的核算并沒有統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，有必要綜合分析。另一方面需要改變現(xiàn)有的生產(chǎn)方式以追求超低排放，比如對焦炭進行替代（比如采用氫氣冶金）或者使用CCUS技術(shù)。文章認為，在實現(xiàn)碳中和的大背景下，現(xiàn)有生產(chǎn)方式的技術(shù)改進難以達到減排要求，氫冶金、CCUS技術(shù)等超低排放技術(shù)成為了必要選項。

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