“双碳”背景下钢铁工业降碳减排的五大路径
中国钢铁工业碳排放现状与挑战
钢铁工业是典型的资源、能源密集型行业。2020年我国粗钢产量高达10.65亿吨，占全球粗钢产量的56.76%，碳排放占全球钢铁碳排放的60%以上；占全国碳排放总量的15%，是国内31个制造业门类中碳排放量最大的行业。在“十四五”更为严格要求的能耗“双控”和“双碳”目标下，钢铁工业是实现绿色低碳发展的关键领域。
2020年全球粗钢产量前20国
（图源：世界钢协（单位：百万吨））
实现钢铁工业”双碳”目标的五大路径
为了推动我国钢铁工业“双碳”目标的实现，为做好顶层设计，《钢铁行业碳达峰及降碳行动方案》已经蓄势待发。实现大幅降低行业碳排放并没有单一的解决方案，需要包括优化原料使用和制造过程等多种方案共同起作用，实现钢铁行业碳达峰碳中和目标可以概括为以下五条路径：
推动绿色布局，包括优化产业布局、严禁新增产能、继续淘汰落后产能，加大绿色物流、推广全生命周期绿色产品。一方面，通过优化布局、引导钢铁项目向生产基地聚集发展，有利于提高产业集中度、集中资源投入和管理，进而加快实现技术突破和绿色发展。另一方面，科学优化布局，切实改变“北钢南运”的现象，减少不必要的物流运输等过程，进而降低碳排放。我国钢铁工业产业集中度与日、韩、俄、美等国家存在较大差距，2020年我国前十家钢铁企业粗钢产量合计为41292.19万吨，占全国总产量的39.21%；而日本前两大钢企产业集中度就高达79.2%，美国前三大钢企占比58.7%，俄罗斯前四大钢企占比达73.0%，韩国前两大钢企占比更是高达90.0%。印度方面，前三大钢企占比也达到了57.7%。《关于推动钢铁工业高质量发展的指导意见（征求意见稿）》指出，到2025年钢铁行业集中度CR5/CR10分别要达到40%/60%。通过兼并重组提高行业集中度，加速产业资源整合和产业链延伸，提高投资效率和科技创新水平，促进钢铁产业结构调整和绿色低碳转型。
节能及提升能效，包括推广先进适用节能低碳技术、提高余热自发电率、数字化、智能化技术应用。根据中钢协会员单位能耗统计，2020年吨钢综合能耗为545.27kgce/t，较上年下降6.51kgce/t。尽管我国吨钢综合能耗已位于世界先进行列，但我国钢铁工业体量大，并且行业绿色水平不均衡，仍有较大节能减排潜力。我国钢铁行业余热资源约占37%，余热利用率低。大型钢铁企业的余热利用率约为30%-50%，与国际先进水平（90%）存在明显差距。通过提高余热自发电率，将钢铁企业的自发电率从当前的53%提高到60%以上，基本可满足自身用电需求，对于钢铁行业的低碳发展具有重要意义。此外，钢铁企业数字化转型不仅仅是低碳减排的需要，也是市场需求和核心业务转型升级的趋势所致。然而，有调研结果表明，我国仅有不到1/3的企业开始着手数字化试点或转型工作，极少数表示有清晰且符合整体业务发展的数字化战略来指导转型。通过数字化管理、智慧制造，助力生产过程的绿色化，实现集约化、互联化，是减少生产过程碳排放的有效措施。
优化用能及流程结构，包括原燃料结构优化、鼓励短流程电炉钢发展，提高新能源及可再生能源利用。我国钢铁工业是以高炉-转炉生产流程为主的生产模式。以长流程炼钢的吨钢碳排放量为2.0吨，而短流程电炉钢每吨排放CO2仅0.6 吨，2020年，我国长流程生产的粗钢占全国总产量的90. 8%，远高于全球平均水平（73.2%），提高电炉炼钢比例是降低行业吨钢碳排放的有效手段。并且，我国钢铁工业能源结构高碳化，煤、焦炭占能源投入近90%。目前推广短流程炼钢还存在成本高、废钢质量和供给不稳定等诸多阻力，通过提高球团、废钢比例等，优化长流程炼钢原料结构，提高清洁能源比例成为了当前缓解钢铁企业减排压力，促进降碳减排的关键。
钢铁生产的主要途径与物料
（图源：IEA《钢铁技术路线图》）
构建循环经济产业链，包括区域能源、资源整合，固废资源化利用、推动钢化联产。《指导意见》指出，“推进产业间耦合发展，构建跨资源循环利用体系，力争率先实现碳排放达峰”。通过构建循环经济产业链，能够加速企业转型升级，构筑互利共赢的产业链供应链合作体系，实现资源能源的高效处置利用，发挥钢铁生产过程中富含CO、H2等副产品的附加值。
应用突破性低碳技术，包括电解还原、氧气高炉和非高炉冶炼等，以及碳捕集、利用和封存技术CCS/CCUS。通过以再生能源为基础的技术创新，实现冶炼过程中的完全零排放，是实现“双碳”目标的关键。国内外已经开展了大量关于氢冶金、电解还原等绿色低碳技术的探索。包括日本COURSE50、德国“以氢代煤”、韩国COOLSTAR、奥钢联H2FUTURE；欧盟ULCOS、瑞典HYBRIT、德国SALCOS、MIDREX H2等。宝武集团与中核集团、清华大学签订了了有关合作框架协议，积极探索绿色冶金工艺；河钢、酒钢、邢钢等多家企业也开启了绿色冶金的创新研发工作。通过超前布绿色冶金前沿技术领域，不仅可以推动钢铁行业绿色低碳转型，也对于掌握行业领先的核心技术，形成自主知识产权，增强技术保障，提高竞争力具有重大战略意义。
正在开发的突破性低碳冶炼项目
（图源：世界钢协）
在能耗“双控”和“双碳”的目标下，钢铁工业面临巨大的减排压力。作为国民经济的重要基础产业，钢铁产量与国民经济发展需要密切相关，在限制产业规模的同时把握好与下游需求保障的关系是减排工作的难点。并且，在淘汰落后产能，严禁新增产能的同时，逐步降低产量是钢铁工业实现碳达峰的重要条件，做好引导钢铁企业由以量取胜的发展模式向高质量发展至关重要。
近年来，我国粗钢产量稳步增长，短时间内大幅度降低钢铁消费需求量难度大，推广相对成熟的节能减排技术，提高能效是当前落实减排工作直接、有效的办法。节能减排技术的应用需要资金的投入，氢能终端使用价格较高，会企业带来运营压力,压缩利润空间。据测算，以年产量400万吨的企业为例，降碳30%约需要投资35亿元。降碳投资压力不言而喻。寻求行业减排的最优方案，调动企业减排积极性和行动力迫在眉睫。一方面，将钢铁行业尽快纳入全国碳市场，利用市场化机制配置资源的政策工具，有利于降低钢铁行业的减排成本。另一方面，企业要筛选减排技术清单，评估减排潜力和成本等，选择“性价比”高的减排技术，作好“技术组合“十分重要。