中國鋼鐵行業(yè)CO2排放核算

張蕊嬌 劉振鴻

(東華大學環(huán)境科學與工程學院，上海200051)

中國鋼鐵行業(yè)發(fā)展迅速，2009年中國粗鋼產(chǎn)量幾乎占世界總量的近50%，世界鋼鐵企業(yè)產(chǎn)量排名的前十名中，有五位是中國的企業(yè)。粗鋼產(chǎn)量更是高居世界首位，2010年的粗鋼產(chǎn)量就比2005年增長了將近一番，即便是在2008年全球經(jīng)濟危機的大環(huán)境下，依然保持著微增長的態(tài)勢。至今，中國鋼鐵行業(yè)在世界上仍然保持著重要的地位。

我國是鋼鐵大國，產(chǎn)業(yè)發(fā)展很快，生產(chǎn)消費名列世界第一，但是鋼鐵工業(yè)大而不強，加之，鋼鐵行業(yè)同時也是一個“三高二低”行業(yè)——高耗能、高污染、高排放、二次能源利用效率低、固體廢物利用率低。鋼鐵行業(yè)的產(chǎn)業(yè)結構急需進一步調整，目前鋼鐵行業(yè)已經(jīng)成為我國節(jié)能減排的主要行業(yè)之一，其行業(yè)巨大的碳排放量也引起了國內(nèi)外的高度重視。因此，對鋼鐵行業(yè)進行系統(tǒng)的碳核查工作，對其CO2排放量進行統(tǒng)計尤其重要，這也是未來鋼鐵行業(yè)全面參與到碳交易市場中關鍵的和必須的一步。建立核查體系、發(fā)展碳市場無疑是未來行業(yè)發(fā)展的一個大趨勢。

1 鋼鐵行業(yè)碳排放核算方法

1.1 排放源劃定

中國是世界上煤炭消費大國，能源活動排放源設備體系極其龐大和分散，要詳細地對排放源進行分類是相當困難的。在實際工作中，即使能定量地細化出一些排放源設備，相應的活動水平數(shù)據(jù)也將很難獲得，因此，排放源類型的劃分只能達到一定程度［1］。

在建立鋼鐵核查體系前，首先要明晰鋼鐵行業(yè)的核查邊界問題。從全面性來看，一般核算排放內(nèi)容包括直接排放源和間接排放源。直接排放源主要包括固定源排放、移動源排放、工藝過程排放、逸散排放;間接排放主要包括企業(yè)外購熱電、委托運輸排放、垃圾廢物排放。

按照鋼鐵行業(yè)的特點和核查數(shù)據(jù)的可獲性，對于鋼鐵行業(yè)的核查邊界將選取固定源排放、工藝過程排放、企業(yè)外購的電力與供熱。對于其他如交通運輸、逸散排放等將不作考慮范圍內(nèi)，以保證核查體系的封閉完整性。

1.2 核算方法學

1.2.1 固定源排放核算方法

固定源排放主要是指企業(yè)固定設備的能源燃燒造成的碳排放，包括鍋爐、燃燒爐、焚化爐等一系列設施。其中主要內(nèi)容涉及到各類能源消耗量、能源發(fā)熱量、碳氧化率等。對于固定源排放核算主要選取《IPCC清單指南》［2］對礦物燃料燃燒活動的溫室氣體排放統(tǒng)計推薦的方法，根據(jù)化石能源消耗來估算CO2排風量。公式為:

CO2排放量=能源消耗量×低位熱值發(fā)熱量×單位熱值含碳量×碳氧化率×44/12×(1－固碳率)×行業(yè)平均氧化率。

1.2.2 工藝過程排放核算方法

工藝過程排放主要是指企業(yè)生產(chǎn)制造過程中由于化學反應、生物作用等引發(fā)的碳排放量。鋼鐵行業(yè)在工業(yè)生產(chǎn)過程中排放CO2的主要環(huán)節(jié)集中在燒結、煉鋼、鐵合金生產(chǎn)等需要消耗大量石灰石、白云石、菱鎂礦石等熔劑的工序以及煉鋼降碳過程中。

(1)熔劑消耗排放CO2的計算方法。中國鋼鐵生產(chǎn)過程中，熔劑主要用作燒結礦堿度的調節(jié)劑、煉鋼的造渣劑、煉鋼爐的補爐料等，在高溫下，碳酸鹽類熔劑分解而排放CO2?？筛鶕?jù)化學反應平衡對CO2排放情況進行具體的計算，熔劑主要是指石灰石、白云石、菱鎂礦，反應過程的主要化學方程式為:

因此根據(jù)熔劑中CaO、MgO等的含量，依據(jù)化學反應平衡，對1t熔劑消耗產(chǎn)生的碳排進行計算，具體計算公式為:

石灰石排放CO2量=石灰石消耗量×石灰石中CaO成分×0.785+石灰石消耗量×石灰石中MgO成分×1.09

菱鎂礦排放CO2量=菱鎂礦石消耗量×菱鎂礦石中CaO成分×0.785+菱鎂礦石消耗量×菱鎂礦石中MgO成分 ×1.09

白云石排放CO2量=白云石消耗量×白云石中Ca-CO3·MgCO3成分 ×0.478+白云

石消耗量×白云石中CaO成分×0.785×2+白云石消耗量×白云石中MgO成分×1.09×2

(2)煉鋼降碳過程排放CO2的計算方法。生鐵與鋼都是鐵元素與碳元素的合金。一般的講，鐵含碳量大于2%，鋼含碳小于2%。煉鋼過程實際上就是一個氧化降碳過程。

在計算煉鋼降碳過程產(chǎn)生的CO2排放量時，可根據(jù)如下公式進行計算:

煉鋼生產(chǎn)過程排放CO2量=(煉鋼生鐵含碳量－鋼含碳量)×44/12。

1.2.3 企業(yè)外購電力CO2排放計算

在計算鋼鐵行業(yè)這一方面的碳排時，我們主要側重于企業(yè)在用電度數(shù)方面的統(tǒng)計計算。電力消耗是鋼鐵工業(yè)的二次能源消耗，追溯到電力行業(yè)可以發(fā)現(xiàn)我國發(fā)電廠多以火力發(fā)電居多，因此其CO2排放量巨大。在計算這一方面的碳排放量上，需要將鋼鐵工業(yè)電力消耗折算成標煤消耗，然后再根據(jù)標煤消耗量進行碳排計算。其公式為:

電力碳排放量=電力消耗量×當年火電比重×折標準煤系數(shù)×標煤碳排放系數(shù)［3］。

其中:當年火電比重依據(jù)歷年《中國統(tǒng)計年鑒》中的“電力平衡表”計算;折標準煤系數(shù)與折煤炭系數(shù)來自《中國能源統(tǒng)計年鑒2007》。

1.3 數(shù)據(jù)搜集與來源

根據(jù)《中國工業(yè)經(jīng)濟統(tǒng)計年鑒》(2007－2011)［4］按行業(yè)分能源消費量部分，可以得到鋼鐵行業(yè)從2006－2009年的能源消費量水平(見表1)。

根據(jù)《綜合能耗計算通則》和《IPCC清單指南》可以得到分品種能源的平均低位發(fā)熱量、單位熱值含碳量、碳氧化率等一系列數(shù)值，具體數(shù)值見表2。我國鋼鐵行業(yè)2006－2009年的總體鋼產(chǎn)量，電力消費量及年火電比重數(shù)據(jù)根據(jù)《中國統(tǒng)計年鑒》(2007－2010)。

表1 中國鋼鐵行業(yè)2006－2009年能源消費情況 萬t

表2 分種類能源平均低位發(fā)熱量、碳氧化率等數(shù)值

2 中國鋼鐵行業(yè)CO2排放核算結果

2.1 能源消耗部分

根據(jù)《企業(yè)能源審計方法》［5］可得鋼鐵行業(yè)平均氧化率為91.1%，將數(shù)據(jù)代入固定源排放核算源方法中，可以得到中國鋼鐵行業(yè)2006－2009年的能源消耗部分的CO2排放量。結果見表3。

2.2 工藝過程排放核算方法

2.2.1 熔劑消耗產(chǎn)生碳排放量

因為2006－2009年中國鋼鐵行業(yè)石灰石、菱鎂礦、白云石等的消耗情況統(tǒng)計數(shù)據(jù)缺乏，故對此部分進行估算。根據(jù)《中國鋼鐵統(tǒng)計》［6］數(shù)據(jù)，1994年鋼鐵工業(yè)石灰石、白云石、菱鎂礦的消耗量分別為2 313.75Mt，4.147Mt，0 .923 Mt。根據(jù)中國鋼鐵企業(yè)情況，可估算石灰石平均CaO成分為51.43%，平均MgO成分為2.3%;菱鎂礦石平均MgO成分為21.25%，平均 CaO成分為5.71%;白云石平均MgO成分為19.42%。1t石灰石、菱鎂礦、白云石的CO2排放因子分別為 0.42 98，0.278 7，0.427 2t CO2。

表3 2006－2009年中國鋼鐵行業(yè)能源消耗部分碳排量 萬t

因此可以計算出1994年鋼鐵行業(yè)熔劑(石灰石、菱鎂礦、白云石)消耗產(chǎn)生的碳排放量分別為:993.49萬 t，25.72萬 t，177.19 萬 t，合計為 1 196.4 萬 t。

2.2.2 煉鋼降碳過程產(chǎn)生碳排放量

根據(jù)《專業(yè)煉鐵學》和中國鋼材產(chǎn)品目錄以及《IPCC清單指南》可得到，煉鋼生鐵平均含碳量為4.275%，鋼平均含碳量為0.24%，此處忽略年加入廢鋼固碳量，因此可以計算出該部分的CO2排放量(見表4)。

2.3 企業(yè)外購電力CO2排放計算

根據(jù)國家統(tǒng)計局有關規(guī)定，能源統(tǒng)計中電力消費的折標煤系數(shù)為0.122 9，即為1萬kW·h電力折合1.229t標煤，標煤CO2排放系數(shù)則根據(jù)國家發(fā)改委能源研究所的推薦值為0.67(t/tce)，當年火電比重根據(jù)《中國統(tǒng)計年鑒》(2007－2011)電力平衡表計算，可計算出企業(yè)年外購電力CO2排放量(見表4)。

2.4 鋼鐵行業(yè)總CO2排放量

根據(jù)能源消耗、工藝過程以及外購電力部分的CO2排放量，可以計算出中國鋼鐵行業(yè)年CO2排放總量，見表4。

表4 2006－2009年煉鋼降碳排放量 萬t

圖1 2006－2009年鋼鐵行業(yè)總碳排量

3 結論與展望

根據(jù)表4得到的計算結果繪制成柱狀圖(見圖1)，方便對2006－2009年中國鋼鐵行業(yè)碳排放量進行比對，從而得到以下研究結論:

(1)我國鋼鐵行業(yè)CO2排放量巨大，并呈現(xiàn)逐年上升趨勢，2009年更是達到了一個小高峰。由于鋼鐵行業(yè)高排放高能源消耗的行業(yè)性質，將極大地限制其未來的發(fā)展。

(2)由于全球經(jīng)濟危機的原因，導致2008年碳排放量比2007年略有下降，但是仍較2006年有一定幅度的增長，可見即使面臨整體經(jīng)濟貿(mào)易的不穩(wěn)定大環(huán)境，中國鋼鐵行業(yè)依然保持著一定的高鋼鐵產(chǎn)量和高碳排放量。

(3)2007年較2006年漲幅為17.89%，排除2008年異常情況，2009年較2007年的漲幅為11.53%，2009年的增長速度要明顯緩于2007年。同時，國家經(jīng)貿(mào)委和發(fā)改委公布的3批2000－2006年的國家行業(yè)清潔生產(chǎn)技術導向目錄共141項技術，其中鋼鐵行業(yè)占據(jù)32項，對節(jié)能減排有很大推動作用［7］。由此可見隨著我國經(jīng)濟技術的不斷發(fā)展，以及節(jié)能減排的大力實施，鋼鐵行業(yè)的高能耗、高碳排放的問題已經(jīng)受到國家的廣泛關注，雖總排放量增加，但其單位產(chǎn)品碳排放量在不斷減少。

(4)鋼鐵行業(yè)若想減少碳排放量，必須加快采用高新技術的改造，不斷優(yōu)化生產(chǎn)流程，提高能源利用效率，加大二次能源的回收利用，同時積極開展廢氣中CO2的處置回收利用［8］。

由本文的中國鋼鐵行業(yè)碳排放研究可以發(fā)現(xiàn)中國重點三高行業(yè)的嚴峻排放情況，同時可以看到中國在未來的發(fā)展過程中也面臨著巨大的責任、挑戰(zhàn)甚至是機遇:

(1)隨著CO2排放情況越發(fā)受到國際的關注，作為發(fā)展中國家的中國雖堅持“共同但有區(qū)別的責任”，但仍然面臨著國際方面各種的壓力。事實上，在2009年哥本哈根會議之前，中國已經(jīng)提出了具有國內(nèi)法約束力的減排目標——單位國內(nèi)生產(chǎn)總值CO2排放2020年比2005年下降40%到45%，德班會議上中方代表更是重申中國所承擔的責任［9］。

(2)綠色時代的到來，已經(jīng)不僅僅是環(huán)境保護的范疇，還上升到了國際貿(mào)易甚至國際政治的高度。隨著法國、美國的陸續(xù)發(fā)聲，碳關稅貿(mào)易壁壘已經(jīng)愈演愈烈，各國爭相開展碳關稅政策以克制如中國等貿(mào)易新興國家的對外出口發(fā)展，歐盟航空業(yè)碳稅政策也宣告實施，這一系列的國際舉動無疑為眾多發(fā)展中國家敲響了警鐘，高碳排產(chǎn)品或行業(yè)在未來的國際發(fā)展中將面臨重大考驗和挑戰(zhàn)。

(3)國際壓力繁重的同時，中國能源消耗量也不容小覷，因此開展碳交易將勢在必行。鋼鐵行業(yè)作為碳交易中的必然參與主體必須從現(xiàn)在起建立行業(yè)內(nèi)部核算體系，并充分發(fā)揮節(jié)能減排的有效作用來減少碳排放，為進入碳交易市場做好充分的準備，并利用自身優(yōu)勢通過碳交易這一市場化途徑促進產(chǎn)業(yè)結構優(yōu)化升級，淘汰落后產(chǎn)品，這也將會是中國轉型與發(fā)展的一個重大機遇。

(編輯:劉照勝)

［1］張仁健，王明星，鄭循華，等.中國CO2排放源現(xiàn)狀分析［J］.氣候與環(huán)境研究，2001，6(3):321－327.

［2］IPCC.Summary for Policymakers of Climate Change 2007［M］.Cambridge:Cambridge University Press，2007.

［3］韓穎，李廉水，孫寧.中國鋼鐵工業(yè)CO2排放研究［J］.南京信息工程大學學報，2011，3(1):53－57.

［4］國家統(tǒng)計局工業(yè)交通統(tǒng)計司.中國工業(yè)經(jīng)濟統(tǒng)計年鑒［M］.北京:中國統(tǒng)計出版社，2007－2011.

［5］孟昭利.企業(yè)能源審計方法［M］.北京:清華大學出版社，2002:61－75.

［6］馬惠林，李紅.中國鋼鐵統(tǒng)計［M］.冶金部發(fā)展規(guī)劃司，1995:1－60.

［7］程小矛，陳麗云，等.中國鋼鐵工業(yè)CO2減排的進步與展望［J］.中國冶金，2009，19(8):42－45.

［8］楊曉東，張玲.鋼鐵工業(yè)溫室氣體排放與減排［J］.鋼鐵，2003，38(7):65－69.

［9］馮之浚，周榮.低碳經(jīng)濟:中國實現(xiàn)綠色發(fā)展的根本途徑［J］.中國人口·資源與環(huán)境，2010，20(4):1－7.