鋼鐵工業是能源密集型行業，占全球工業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國和消費國，在實施節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與鋼鐵行業相關的技術改進和零碳排放技術的研究成果和試點項目，強調了它們的實用性和減排的成本效益，并結合鋼鐵行業的生命周期碳排放分析、成本分析，判斷了這些技術的發展前景。

 

結果表明，鋼鐵行業充分應用主流的技術改進可以實現約43%的二氧化碳減排。此外，將它們與零碳排放技術相結合，可以實現80%-95%的減排。這些技術改進的邊際減排成本約為-5-0.5美元/kgCO2。在實現碳中和的大背景下，中國鋼鐵行業需要應用基于氫的煉鋼技術或碳捕集、利用和儲存技術，而這意味著預計到2050年將導致120億至350億美元的減排成本。中國鋼鐵行業在短期內需要技術改進，在長期內應優先考慮零碳技術的發展，策略轉變的時機取決于電價和碳價。

 

主要結論

 

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

 

規模大：中國的鋼鐵工業貢獻了全球鋼鐵總產量的50％以上，以及工業部門直接溫室氣體排放量的25％。

 

產業結構不合理：中國鋼鐵短流程煉鋼占比較低。此外，中國鋼鐵行業低質產能依舊很高，從擁有先進技術的大型領先制造工廠到小型基礎工廠，低效率的設施是多個行業層級的主要關注點。

 

面臨多重風險：鋼鐵行業一是長期面臨產能過剩的問題，二是由于國際貿易的不穩定狀態，COVID19的出現和保守主義的興起使它進一步面臨產業轉移的風險。

 

(2).中國鋼鐵行業實現溫室氣體減排具有眾多技術選擇：

 

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-電弧爐煉鋼技術將是最重要的技術選項。但是，廢鋼和電的高昂成本阻礙了中國短流程煉鋼的發展。

 

優化產業結構：整合和簡化鋼鐵企業并優化產能布局具有重要意義，它需要市場激勵和適當的政策。

 

技術改進：與鋼鐵生產的每個階段都有多種技術選擇，隨著主流可用技術的充分推廣，預計總減排量約為40-45％。

 

某些技術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/鑄造的技術升級可以減少排放，同時提高生產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受到了廣泛關注。

 

最優選擇：氫基煉鋼（綠氫-直接還原鐵-電弧爐煉鋼）以及CCUS可以提供實現碳中和的最優方案。但是，超低排放技術的實際發展將取決于地緣政治（貿易保護主義，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實現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鍵因素。結合鋼鐵行業碳市場的建立，可再生能源的發展也將決定各種技術路線的發展重點。

 

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

 

(4).中國鋼鐵行業的超低溫室氣體排放是可以實現的。

 

從理論上講，多種技術改進和零碳技術的全面應用有機會實現80-95％的減排。

 

政策建議

 

基于這些結論，我們提出了針對中國和其他地區的政策建議。

 

（1）對于中國：

 

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

 

中期：在綜合鋼鐵企業中推廣基于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有關的工程問題。促進可再生能源在鋼鐵行業中的應用并構建氫供應鏈。

 

長期：根據中期的示范項目的研究結果，確定中國氫基煉鋼和CCUS技術的最佳應用規模，并調整生產結構以實現鋼鐵行業的超低溫室氣體排放。

 

（2）對于其他國家：

 

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

 

超低碳技術是必要的：可再生能源和技術改進是減少全球鋼鐵行業溫室氣體排放的重要手段，但僅依靠這些方面可能不會導致實現減排目標，生產方式的轉變與超低排放技術的引入是必要的。

 

以成本最小化為目的設計發展戰略：應根據成本最小化原則并根據發展潛力預測（考慮需求，鋼鐵行業結構，礦石和廢料資源以及可再生能源比例等因素）制定發展戰略。能源）和邊際減排成本（考慮全球廢料市場，最佳可行技術成本，超低碳技術成本，可再生能源成本和碳價等因素）與各個地區的減排措施有關。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，CCUS和一般的技術改進在傳統煉鋼流程中的應用并不像氫能煉鋼那樣有效率。

 

評價

 

生產全球超過50% 的粗鋼的中國鋼鐵行業是重點的“難減排行業”，它的低碳化對于中國實現碳中和戰略來說非常重要。鋼鐵行業具有減排難度大、設備成本高、建設/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，并設計綜合減排方案，以求避免資源浪費。

 

實現鋼鐵行業的溫室氣體減排，一方面需要從現有生產方式的技術改進入手，具體包括余氣/余熱回收、提高生產效率、減少能源/資源損失等手段，技術改進的選擇眾多，但它們的減排效益的核算并沒有統一標準，有必要綜合分析。另一方面需要改變現有的生產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。文章認為，在實現碳中和的大背景下，現有生產方式的技術改進難以達到減排要求，氫冶金、CCUS技術等超低排放技術成為了必要選項。