國內(nèi)外鋼鐵行業(yè)綠色低碳發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢淺析

邊立國　劉佳玲　郭憶

摘要：在全球碳中和背景下，綠色低碳發(fā)展已成為鋼鐵行業(yè)發(fā)展的必由之路，通過分析近年來國內(nèi)、國外鋼鐵行業(yè)綠色低碳發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢，為我國鋼鐵行業(yè)綠色低碳發(fā)展提供借鑒。

關(guān)鍵詞：鋼鐵行業(yè)；綠色低碳；碳排放；CO2

0 引言

從20世紀(jì)90年代中期開始，世界鋼鐵行業(yè)逐步進(jìn)入集成度更高的綠色生產(chǎn)時代，節(jié)能環(huán)保工作的目的不再是單純的通過環(huán)保措施降低污染物排放、通過新技術(shù)降低能耗，而是把企業(yè)效益和競爭力、保護(hù)環(huán)境、節(jié)約資源能源、降低溫室氣體排放作為一個整體來考慮。當(dāng)前，應(yīng)對氣候變化已成為全球共識，綠色低碳發(fā)展成為全球高質(zhì)量發(fā)展的核心理念，尤其對于鋼鐵行業(yè)來說，從源頭降低消耗、節(jié)能低碳減排，全產(chǎn)業(yè)鏈進(jìn)行循環(huán)經(jīng)濟(jì)和工業(yè)生態(tài)建設(shè)是解決一切問題的關(guān)鍵。本文通過分析近年來國內(nèi)外鋼鐵行業(yè)發(fā)展態(tài)勢，為我國鋼鐵行業(yè)綠色低碳發(fā)展提供借鑒。

1 國外鋼鐵行業(yè)綠色低碳發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢

1.1 全球鋼鐵行業(yè)碳排放趨勢

根據(jù)世界鋼鐵協(xié)會統(tǒng)計，2003-2020年全球鋼鐵行業(yè)CO2排放量具體情況如圖1所示。2020年，全球粗鋼產(chǎn)量達(dá)18.78億噸，CO2排放量達(dá)35.49億噸；相比2003年（CO2排放量為15.535億噸），CO2排放量增長128.38%。2020年噸鋼CO2排放量為1.89噸，再創(chuàng)新高，比2003年增長0.29噸。2003-2020年，全球鋼鐵行業(yè)粗鋼產(chǎn)量、CO2排放總量和噸鋼CO2排放量整體均呈緩慢上漲趨勢，噸鋼CO2排放量增長主要是由于全球粗鋼產(chǎn)量中轉(zhuǎn)爐鋼占比不斷提高，其中，2015年、2016年轉(zhuǎn)爐鋼占比達(dá)近年來最高水平，分別為74.34%和73.81%，這兩年噸鋼CO2排放量也達(dá)到近年來較高水平，分別為1.87噸和1.88噸。2016年之后，隨著對工業(yè)節(jié)能減排及全球應(yīng)對氣候變化的高度重視，鋼鐵產(chǎn)量和CO2排放總量仍然在持續(xù)上升，但噸鋼CO2排放有下降趨勢，2020年經(jīng)濟(jì)發(fā)展、新冠疫情等原因又達(dá)到新高。

1.2 國外主要鋼鐵企業(yè)碳排放現(xiàn)狀

國外長流程鋼鐵生產(chǎn)企業(yè)噸鋼碳排放強(qiáng)度在1.9-2.3噸CO2，短流程鋼鐵生產(chǎn)企業(yè)噸鋼碳排放強(qiáng)度在0.8-0.9噸CO2，產(chǎn)品以高端板材及深加工產(chǎn)品為主的企業(yè)碳排放強(qiáng)度相對較高，電爐短流程占比較高的企業(yè)碳排放強(qiáng)度相對較低，國外主要鋼鐵企業(yè)碳排放情況見表1。

1.3 國外鋼鐵行業(yè)碳排放目標(biāo)及策略

鋼鐵生產(chǎn)是典型的鐵-煤化工過程，鋼鐵產(chǎn)業(yè)作為工業(yè)部門的重要領(lǐng)域，是能源消費(fèi)大戶，同時也是CO2排放大戶。據(jù)世界鋼鐵協(xié)會數(shù)據(jù)統(tǒng)計，2020年全球鋼鐵產(chǎn)業(yè)噸鋼CO2排放平均值為1.89噸，直接碳排放總量約為35億噸左右，約占全球化石能源燃燒CO2排放總量的7%-9%?？梢?，要將全球氣溫升幅限制在工業(yè)化前水平以上1.5℃之內(nèi)，鋼鐵產(chǎn)業(yè)面臨著巨大的減排壓力，主要產(chǎn)鋼國/地區(qū)都在積極制訂減排目標(biāo)和減排策略（見表2）。同時，為避免自身氣候政策的有效性因碳泄漏而受到破壞，歐盟提出了碳邊界調(diào)整機(jī)制/碳邊境稅（簡稱CBAM）。

歐鋼聯(lián)提出，到2030年歐洲鋼鐵產(chǎn)業(yè)CO2排放量將比2018年減少30%（比1990年減少約55%），到2050年將減少80%-95%（相較于1990年）。為實現(xiàn)這一目標(biāo)，歐盟啟動了鋼鐵超低碳排放項目ULCOS，提出到2050年噸鋼減排CO2 50%，結(jié)合CCS技術(shù)后，CO2最高可減少80%；德國啟動了Carbon2Chem項目，旨在利用鋼廠廢氣中的化工原料生產(chǎn)含有碳、氫的合成氣體，再用于生產(chǎn)氨氣、甲醇、聚合物和高級醇等各種初級化工產(chǎn)品。目前，蒂森克虜伯Carbon2Chem項目已成功地將鋼廠廢氣轉(zhuǎn)化為合成燃料，生產(chǎn)出甲醇和氨；SSAB鋼鐵公司和Vattenfall瑞典國家電力公司合作開發(fā)HYBRIT氫能煉鋼項目，使零碳鋼鐵生產(chǎn)成為可能。

日本鐵鋼聯(lián)盟提出，到2050年將二氧化碳排放量減少30%；到2100年前實現(xiàn)“零碳鋼”，其環(huán)境友好型煉鐵技術(shù)開發(fā)項目COURSE50正是實現(xiàn)該目標(biāo)的重要途徑之一，包括改質(zhì)后的富氫焦?fàn)t煤氣還原鐵礦石技術(shù)和從高爐煤氣中捕集、分離和回收CO2技術(shù)等，有望實現(xiàn)煉鐵CO2減少30%，2030年應(yīng)用，2050年推廣。此外，還通過調(diào)整能源結(jié)構(gòu)（零排放發(fā)電技術(shù)，核電、可再生能源發(fā)電技術(shù)），全力支持鋼鐵產(chǎn)業(yè)實現(xiàn)零碳煉鋼（氫還原，降低電力成本），在2100年實現(xiàn)全部應(yīng)用，從而實現(xiàn)全社會低碳排放。

韓國鋼鐵工業(yè)提出，到2030年二氧化碳排放量從最初的1.357億噸降至1.271億噸。主要措施是通過逐步用液化天然氣取代重油，并加快現(xiàn)有設(shè)備升級改造和以氫還原煉鐵技術(shù)為代表的新工藝的研發(fā)推廣，持續(xù)推進(jìn)生產(chǎn)方式轉(zhuǎn)變和產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整；韓國鋼鐵業(yè)界正在積極開發(fā)采用氫還原冶煉的創(chuàng)新性環(huán)保技術(shù)，COOLSTAR是其核心項目（包括“以副產(chǎn)煤氣制備氫氣實現(xiàn)碳減排技術(shù)”和“替代型鐵原料電爐煉鋼技術(shù)”），目標(biāo)是實現(xiàn)鋼鐵冶煉的高效和環(huán)保生產(chǎn)，確保產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)穩(wěn)定性。

美國由于擁有豐富的社會廢鋼資源，使其電弧爐煉鋼技術(shù)迅速發(fā)展，目前其電爐鋼占比已達(dá)到70%左右，這使美國鋼鐵產(chǎn)業(yè)在能耗水平和CO2排放方面具有先天優(yōu)勢，為美國鋼鐵產(chǎn)業(yè)的低碳發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。此外，美國還積極探索碳減排新技術(shù)，由美國能源部和美國鋼鐵協(xié)會共同出資，旨在開發(fā)能顯著降低鋼鐵生產(chǎn)中CO2排放新技術(shù)的低碳煉鋼研究項目進(jìn)展順利。其中，有兩項技術(shù)減排效果最好，一是通過電解還原鐵礦的熔融氧化電解技術(shù)，二是用氫氣作為還原劑煉鐵的氫氣閃熔技術(shù)。同時，美國鋼鐵企業(yè)在可再生能源利用方面也取得了一定突破，紐柯鋼鐵公司在密蘇里州塞達(dá)利亞建成了全美首座100%風(fēng)能供電的煉鋼廠；耶弗拉茲北美公司與美國電力公司Xcel Energy和英國石油公司（BP）太陽能子公司Lightsource BP簽署合作協(xié)議，將在美國科羅拉多州共同開發(fā)太陽能發(fā)電設(shè)施，為耶弗拉茲旗下落基山煉鋼廠供電，這將使該廠成為全美首座100%太陽能供電的煉鋼廠。

綜上可知，國外鋼鐵企業(yè)減碳路徑主要從廢鋼電弧爐冶煉、核能、太陽能等可再生能源、非高爐煉鐵及氫冶金工藝、碳捕集利用與封存技術(shù)、鋼化聯(lián)產(chǎn)等方面加大研發(fā)力度，探索低碳發(fā)展路徑，減少二氧化碳的排放，同時對減少其他污染物的排放也是重要的源頭減排路徑。

2 中國鋼鐵行業(yè)綠色低碳發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢

近年來，我國鋼鐵行業(yè)面對超低排放改造、能耗雙控和“雙碳”目標(biāo)約束的多重壓力，迎難而上，不斷加大環(huán)保節(jié)能投入力度，加快技術(shù)創(chuàng)新，實施最大規(guī)模、最嚴(yán)標(biāo)準(zhǔn)的超低排放改造，積極推進(jìn)節(jié)能降碳，綠色低碳工作取得了重大成效。

2.1 國內(nèi)鋼鐵行業(yè)碳排放趨勢

根據(jù)國家統(tǒng)計局編制的《中國統(tǒng)計年鑒2020》中黑色金屬冶煉和壓延加工業(yè)的數(shù)據(jù)統(tǒng)計值，采用《溫室氣體排放核算方法與報告要求 鋼鐵生產(chǎn)企業(yè)》（GB/T 32151.5-2015）計算方法，2000-2018年的化石能源消耗產(chǎn)生的CO2直接排放情況如圖2所示。黑色金屬冶煉和壓延加工業(yè)的能源消耗可近似表示鋼鐵工業(yè)的能源消耗。截至2018年，中國粗鋼產(chǎn)量達(dá)9.2826億噸，消耗化石燃料產(chǎn)生的CO2直接排放量達(dá)18.2719億噸，與2000年相比，我國粗鋼增長622.38%，而同期鋼鐵行業(yè)CO2直接排放量增長僅227.97%；2018年我國噸鋼CO2直接排放1.97噸，比2000年下降54.60%，噸鋼CO2直接排放量呈明顯下降趨勢，說明中國鋼鐵行業(yè)節(jié)能減排工作取得了積極進(jìn)展，CO2排放水平得到了很大提升。

2.2 國內(nèi)主要鋼鐵企業(yè)碳排放現(xiàn)狀

根據(jù)2021年國內(nèi)部分上市鋼鐵公司上報粗鋼產(chǎn)量及對應(yīng)碳排放，計算噸鋼碳排放強(qiáng)度數(shù)據(jù)如圖3所示。上市鋼鐵企業(yè)均是長流程企業(yè)，但是各廠法人范圍內(nèi)包含的工序和軋制程度不同，比如是否含有焦化、是否含有冷軋、是否含有石灰窯和電廠等，以及部分企業(yè)采用的排放因子有差異，比如采用缺省值或者檢測值，導(dǎo)致噸鋼CO2排放差別較大，范圍從1.61噸CO2/噸鋼到

2.20噸CO2/噸鋼不等，平均值為1.84噸CO2/噸鋼。

就目前來看，中國擁有世界最完整、最大規(guī)模的鋼鐵工業(yè)體系，配備世界最先進(jìn)的裝備、工藝和技術(shù)，正在進(jìn)行世界最高要求的超低排放、節(jié)能減排應(yīng)用實踐，并已取得顯著成效，未來還將持續(xù)開展節(jié)能減碳工作?！笆奈濉逼陂g，鋼鐵工業(yè)將面臨從碳排放強(qiáng)度的“相對約束”到碳排放總量的“絕對約束”，同時還可能面臨更多來自“碳經(jīng)濟(jì)”的國際挑戰(zhàn)，加快低碳轉(zhuǎn)型勢在必行。在碳達(dá)峰、碳中和的目標(biāo)約束下，一方面將加速推動鋼鐵工業(yè)改善生產(chǎn)流程、更新生產(chǎn)設(shè)備和使用低碳能源，迅速實現(xiàn)鋼鐵產(chǎn)業(yè)和能源結(jié)構(gòu)低碳轉(zhuǎn)型；另一方面可促使鋼鐵企業(yè)主動創(chuàng)新，摒棄高碳排放產(chǎn)品和業(yè)務(wù)，研發(fā)深度脫碳、零碳技術(shù)。在低碳轉(zhuǎn)型的大潮中，高能耗、低效益的中小企業(yè)將被淘汰，實力雄厚的大型企業(yè)通過低碳創(chuàng)新，市場競爭力將進(jìn)一步增強(qiáng)，從而推動中國鋼鐵工業(yè)整體邁向高質(zhì)量發(fā)展。

2.3 國內(nèi)鋼鐵行業(yè)碳排放目標(biāo)

2022年8月中旬，中國鋼鐵工業(yè)協(xié)會建立的鋼鐵行業(yè)低碳工作推進(jìn)委員會召開年會發(fā)布了《鋼鐵行業(yè)碳中和愿景和低碳技術(shù)路線圖》 《路線圖》提出了“雙碳”愿景，明確了中國鋼鐵工業(yè)“雙碳”技術(shù)路徑—“系統(tǒng)能效提升、資源循環(huán)利用、流程優(yōu)化創(chuàng)新、冶煉工藝突破、產(chǎn)品迭代升級、捕集封存利用”，重點(diǎn)任務(wù)包括：深化供給側(cè)結(jié)構(gòu)性改革，持續(xù)工藝流程結(jié)構(gòu)優(yōu)化，創(chuàng)新發(fā)展低碳技術(shù)，打造綠色低碳產(chǎn)業(yè)鏈，加強(qiáng)全球低碳產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新合作等?！堵肪€圖》提出了實施“雙碳”工程的四個階段：第一階段（2030年前），積極推進(jìn)穩(wěn)步實現(xiàn)碳達(dá)峰，二氧化碳排放總量較

2020年降低30%；第二階段（2030-2040年），創(chuàng)新驅(qū)動實現(xiàn)深度脫碳，二氧化碳排放總量較2020年降低40%；第三階段（2040-2050年），重大突破沖刺極限降碳，二氧化碳排放總量較2020年降低85%，其中，為社會貢獻(xiàn)降碳約2.8億噸，占峰值的15%左右；第四階段（2050-2060年），融合發(fā)展助力碳中和，二氧化碳排放總量較2020年降低95%，借助碳匯等社會力量，實現(xiàn)碳中和（見圖4）。

綜上，目前我國綠色低碳發(fā)展已進(jìn)入以降碳為重點(diǎn)戰(zhàn)略方向、推動減污降碳協(xié)同增效、促進(jìn)經(jīng)濟(jì)社會全面綠色轉(zhuǎn)型，實現(xiàn)生態(tài)環(huán)境質(zhì)量改善由量變到質(zhì)變的關(guān)鍵時期，鋼鐵行業(yè)作為我國國民經(jīng)濟(jì)的重要支柱產(chǎn)業(yè)，同時也是是高耗能和高排放的行業(yè)，將更加重視結(jié)構(gòu)性、源頭性的減排措施，未來碳市場、碳關(guān)稅也將對鋼鐵行業(yè)發(fā)展產(chǎn)生深遠(yuǎn)影響。國內(nèi)外為實現(xiàn)碳中和的愿景，全球鋼鐵行業(yè)要加強(qiáng)技術(shù)創(chuàng)新、革新生產(chǎn)工藝、發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟(jì)，走深度脫碳的高質(zhì)量發(fā)展路徑，尤其是中國鋼鐵行業(yè)，必定在碳達(dá)峰、碳中和的過程中起到引領(lǐng)作用，中國也將邁向鋼鐵強(qiáng)國。

3 結(jié)論

（1）國外鋼鐵企業(yè)減碳路徑主要從廢鋼電弧爐冶煉、核能、太陽能等可再生能源、非高爐煉鐵及氫冶金工藝、碳捕集利用與封存技術(shù)、鋼化聯(lián)產(chǎn)等方面加大研發(fā)力度，探索低碳發(fā)展路徑，減少二氧化碳的排放，同時對減少其他污染物的排放也是重要的源頭減排路徑。

（2）目前我國鋼鐵行業(yè)綠色低碳發(fā)展已進(jìn)入以降碳為重點(diǎn)戰(zhàn)略方向，處于實現(xiàn)生態(tài)環(huán)境質(zhì)量改善由量變到質(zhì)變的關(guān)鍵時期，面臨著重大的機(jī)遇和挑戰(zhàn)，國內(nèi)鋼鐵企業(yè)應(yīng)注重科技創(chuàng)新，自主研發(fā)或借鑒國外先進(jìn)的低碳技術(shù)，掌握低碳、脫碳、固碳核心工藝，從而實現(xiàn)我國鋼鐵行業(yè)綠色低碳高質(zhì)量發(fā)展。

作者簡介：邊立國（1985-），男，漢，山東聊城人，工程師，2008年畢業(yè)于東北大學(xué)熱能與動力工程專業(yè)，現(xiàn)在酒鋼集團(tuán)宏興鋼鐵股份有限公司鋼鐵研究院從事熱工技術(shù)及固廢、礦產(chǎn)資源綜合利用研究工作。