鋼鐵行業(yè)應(yīng)對“雙碳”壓力的挑戰(zhàn)及措施分析

全球碳達(dá)峰碳中和現(xiàn)狀

  據(jù)英國石油公司(BP)發(fā)布的《世界能源統(tǒng)計年鑒》顯示，2012年以來全球碳排放量持續(xù)增長，2019年全球碳排放量達(dá)到了343.6億噸，創(chuàng)歷史新高。2020年全球受新冠肺炎影響，碳排放量下降至322.8億噸，同比下降6.3%（詳見圖1）。

圖1全球碳排放量變化情況（億噸）

  隨著全球平均溫度的升高以及極端氣候事件頻發(fā)，國際社會向主要經(jīng)濟(jì)體施加的碳減排壓力越來越大。2019年7月聯(lián)合國秘書長倡議“到2030年將溫室氣體排放量較2010年水平削減45%，到2050年基本實現(xiàn)碳中和”。同年9月底聯(lián)合國氣候行動峰會上，65個國家承諾在2050年前實現(xiàn)溫室氣體凈零排放。

  據(jù)經(jīng)濟(jì)合作與發(fā)展組織(OECD)統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示，1990年、2000年、2010年和2020年碳排放達(dá)峰國家的數(shù)量分別為18、31、50和54個，已經(jīng)碳達(dá)峰的這些國家占當(dāng)時全球碳排放量的比例分別為21%、18%、36%和40%。2030年全球?qū)⒂?8個國家實現(xiàn)碳排放達(dá)峰，占全球碳排放量的60%。

  我國在2020年9月第七十五屆聯(lián)合國大會上，宣布2030年實現(xiàn)碳達(dá)峰、2060年實現(xiàn)碳中和。碳中和已成為各國追求的共同目標(biāo)，不丹、蘇里南共和國目前已經(jīng)實現(xiàn)了碳中和，另外有120多個國家（經(jīng)濟(jì)體）宣布了碳中和實現(xiàn)時間（詳見表1）。

表1全球部分國家碳中和宣布時間

我國鋼鐵行業(yè)面臨的“雙碳”壓力

  我國鋼鐵行業(yè)作為能源消耗密集型行業(yè)，是制造業(yè)31個門類中碳排放量最大的行業(yè)之一，占全國碳排放總量15%左右。近十年來，我國鋼鐵行業(yè)一直向低碳綠色改造方向努力，2013年到2020年，我國粗鋼產(chǎn)量從8.13億噸增長到10.65億噸，增幅達(dá)到了31%，但是同期鋼鐵行業(yè)碳排放總量從17.48億噸增長到21.1億噸，增幅僅為20.71%，噸鋼排放量從2.15噸下降到1.98噸（詳見圖2）。

圖2我國粗鋼產(chǎn)量及碳排放情況

  我國提出2030年前碳達(dá)峰、2060年前碳中和的目標(biāo)后，在氣候峰會上進(jìn)一步宣布：“到2030年，中國單位國內(nèi)生產(chǎn)總值二氧化碳排放將比2005年下降65%以上，非化石能源占一次能源消費比重將達(dá)到25%左右”。目前距離2030年碳達(dá)峰只有不到10年時間，碳達(dá)峰到碳中和間隔時間只有30年，這對于我國以碳排放強(qiáng)度高的長流程為主（長流程粗鋼產(chǎn)能約占90%）的鋼鐵行業(yè)來說是一個巨大挑戰(zhàn)。基于鋼鐵生產(chǎn)原理，焦炭和鐵礦石的還原反應(yīng)勢必會產(chǎn)生碳排放，通過先進(jìn)的技術(shù)進(jìn)一步挖掘傳統(tǒng)生產(chǎn)流程的節(jié)能減排潛力已非常有限。鋼鐵企業(yè)和行業(yè)專家充分認(rèn)識到，只有進(jìn)行突破性技術(shù)研發(fā)，通過對工藝流程的變革，才能取得突破性進(jìn)展。

  另外鋼鐵工業(yè)是我國國民經(jīng)濟(jì)的支柱產(chǎn)業(yè)，對經(jīng)濟(jì)發(fā)展至關(guān)重要。我國鋼鐵行業(yè)是化石能源消耗大戶（約占全國煤炭消費總量的18%），其中煤炭和焦炭消耗占比高達(dá)92.0%，電力消耗僅占6.3%，油氣能源占1.7%。為了完成“雙碳”目標(biāo)，國家未來勢必對煤炭消耗量進(jìn)行限制，對于我國采用高爐—轉(zhuǎn)爐長流程工藝為主的鋼鐵行業(yè)來說，其規(guī)模發(fā)展將被進(jìn)一步制約。

鋼鐵行業(yè)完成“雙碳”目標(biāo)技術(shù)路徑

  為了應(yīng)對“雙碳”壓力，鋼鐵行業(yè)必須通過能源結(jié)構(gòu)、新工藝研發(fā)和長生命周期新材料技術(shù)的不斷創(chuàng)新，從源頭和根本上解決鋼鐵行業(yè)低碳發(fā)展問題。主要技術(shù)路徑包括碳捕獲和封存技術(shù)、氫冶金技術(shù)、利用綠色能源等。

1）碳捕獲和封存技術(shù)

  碳捕獲和封存技術(shù)就是把生產(chǎn)過程產(chǎn)生的CO2經(jīng)過分離、回收、高壓輸送壓入深部鹽水層和枯竭油氣層進(jìn)行封存，這是應(yīng)對氣候變化的現(xiàn)實性對策之一，可以幫助鋼鐵行業(yè)減少碳排放一半以上（技術(shù)使用過程需要消耗能源以及封存過程會釋放二氧化碳）。對于碳捕獲和封存技術(shù)的研究，日本、英國走在前列，首先試用的為大型電廠，但基于成熟度低、成本太高因素，發(fā)展緩慢。

表2碳捕獲和封存技術(shù)主要過程

2）氫冶金技術(shù)

  氫能被視為21世紀(jì)最具發(fā)展?jié)摿Φ那鍧嵞茉矗瑲淠軕?yīng)用是實現(xiàn)低碳、甚至“零碳”排放的最佳途徑。氫冶金技術(shù)就是用氫氣作為鐵礦石還原劑，從未來30年來看，氫冶金作為革命性新工藝將使鋼鐵生產(chǎn)擺脫對化石能源的絕對依賴，從源頭上解決碳排放問題，真正滿足鋼鐵企業(yè)排放目標(biāo)，目前國內(nèi)外許多鋼鐵企業(yè)對氫冶金都有涉足，正在不斷完善和發(fā)展。

3）發(fā)展全廢鋼短流程

  向全廢鋼短流程（噸鋼CO2排放0.4噸-0.6噸）鋼廠方向發(fā)展，富氫/綠氫直接還原鐵可作為補(bǔ)充廢鋼來源不足問題。

4）應(yīng)用綠色能源

  實現(xiàn)碳達(dá)峰、碳中和對我國能源結(jié)構(gòu)提出了新的要求，“十四五”規(guī)劃我國非化石能源占能源消費總量比重提高到20%左右。其中風(fēng)電、太陽能、核電等清潔能源引起進(jìn)一步重視。未來可研究直接電解鐵礦石技術(shù)（電能把氧化鐵轉(zhuǎn)化為金屬鐵和氣態(tài)氧，歐洲ULCOS項目到了小規(guī)模的驗證），其中電能取自綠色能源。

5）長生命周期產(chǎn)品的開發(fā)與生產(chǎn)

  鋼鐵產(chǎn)品是基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)、汽車制造、船舶制造、裝備制造、國防建設(shè)等領(lǐng)域的主要原材料。“雙碳”目標(biāo)壓力下，研究開發(fā)長生命周期的鋼材產(chǎn)品，減少生產(chǎn)排放的二氧化碳，例如輕量化汽車板、管線鋼、橋梁鋼、鐵路用鋼、工具鋼、耐候鋼、高強(qiáng)集裝箱用鋼等鋼材產(chǎn)品的生產(chǎn)方面將加大研發(fā)力度。

我國鋼鐵行業(yè)實現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)政策建議

1）國家層面宏觀調(diào)控

  低碳新技術(shù)研發(fā)需要大量資金和人才，從長遠(yuǎn)來看，在技術(shù)研發(fā)方面不能落后其他國家，這方面國家層面應(yīng)給予支持和傾斜。另外，在碳減排新技術(shù)初期成本處于較高水平時，一定程度上的經(jīng)濟(jì)補(bǔ)貼與政府支持將提高企業(yè)進(jìn)行低碳技術(shù)改造和試用的接受程度，例如通過設(shè)立專項基金，持續(xù)推進(jìn)創(chuàng)新技術(shù)，捕獲和封存技術(shù)、綠色能源技術(shù)等前沿技術(shù)，基礎(chǔ)理論攻關(guān)與成套裝備研發(fā)等碳減排示范項目。此外，對于突破性新技術(shù)，建議確定為公共資金支持的關(guān)鍵優(yōu)先領(lǐng)域并為其提供可持續(xù)融資支持。

2）獲得充足且負(fù)擔(dān)得起的清潔能源

  新技術(shù)的研發(fā)需要相關(guān)配套的能源支持，例如氫冶金研究涉及的領(lǐng)域比較廣泛，需要在太陽能和風(fēng)能發(fā)電領(lǐng)域進(jìn)行大量投資，讓鋼鐵行業(yè)獲得充足且負(fù)擔(dān)得起的可再生電力的政策支持。

3）加強(qiáng)能源基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)

  低碳新技術(shù)研發(fā)和推廣應(yīng)用除了豐富的可再生能源，還需要對氫基礎(chǔ)設(shè)施投資的政策支持，以推進(jìn)大規(guī)模的氫工藝。對于采用碳捕集和封存技術(shù)，加快碳運輸、儲存基礎(chǔ)設(shè)施和服務(wù)發(fā)展也很重要。

4）加強(qiáng)鋼鐵行業(yè)頂層設(shè)計，明確發(fā)展實施路徑與行動方案

  我國鋼鐵行業(yè)屬于基礎(chǔ)工業(yè)，對國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展起到了強(qiáng)有力的支撐作用，需要立足長遠(yuǎn)，科學(xué)規(guī)劃生產(chǎn)。同時，要從技術(shù)突破的動態(tài)發(fā)展、能源供給的安全與穩(wěn)定、全生命周期的經(jīng)濟(jì)性和外部性收益等多方面，設(shè)計不同節(jié)點的具體減排目標(biāo)、實施路徑與行動方案，合理有序地應(yīng)對“雙碳”壓力。

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