解讀：2030年我國鋼鐵行業(yè)碳減排目標能實現(xiàn)嗎？

來源:我的鋼鐵網(wǎng)時間:2024-08-15 09:21:26

【前言】：

鋼鐵行業(yè)是我國碳排放的主要來源之一。為控制鋼鐵行業(yè)碳排放量，助力碳中和目標實現(xiàn)，中鋼協(xié)2022年發(fā)布《鋼鐵低碳技術(shù)路線圖》（下稱《路線圖》），提出目標：2030年，鋼鐵行業(yè)具備較2020年二氧化碳排放總量降低15%的資源條件和技術(shù)能力。

考慮到2030年是我國承諾碳達峰重要時間點，鋼鐵行業(yè)能夠完成的碳減排量對能否實現(xiàn)碳達峰將有較大影響，本文通過測算2025年和2030年鋼鐵行業(yè)不同減碳手段的預(yù)計減排量，評估“2030年較2020年二氧化碳排放總量降低15%”的目標是否能夠達成。

圖表1：中鋼協(xié)鋼鐵行業(yè)“雙碳”愿景

圖表, 圖示

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圖片來源：中鋼協(xié)，Mysteel

鋼鐵產(chǎn)業(yè)減排路徑可大致分為7種：鋼鐵產(chǎn)量減少能夠使碳排放量自然降低。此外，如圖表2所示，《路線圖》提出以下六種減碳路徑：

圖表2：中國鋼鐵工業(yè)低碳技術(shù)路徑貢獻圖

圖表, 圖示

描述已自動生成

圖片來源：中鋼協(xié)

（1）資源循環(huán)利用：將鋼鐵生產(chǎn)流程產(chǎn)生的固、液、氣等二次資源以及社會產(chǎn)生的廢鋼等二次資源進行循環(huán)高效再利用，實現(xiàn)價值最大化。

（2）流程優(yōu)化創(chuàng)新：立足現(xiàn)有工藝及裝備，通過調(diào)整和優(yōu)化原料結(jié)構(gòu)、工藝結(jié)構(gòu)和用能結(jié)構(gòu)，提升流程效能。

（3）系統(tǒng)能效提升：通過深度節(jié)能技術(shù)應(yīng)用與裝備升級改造，實現(xiàn)能源精細化管控，余熱余能應(yīng)收盡收，做到全系統(tǒng)極致能效。

（4）冶煉工藝突破：脫離傳統(tǒng)工藝流程裝備，開發(fā)尋求關(guān)鍵技術(shù)變革性創(chuàng)新。具體技術(shù)如高爐富氨和煤氣脫循環(huán)、富氫直接還原（DRI）、生物質(zhì)冶煉等煉鐵技術(shù)，等離子冶煉、閃速熔煉等熔融還原技術(shù)。

（5）捕集封存利用：研究二氧化碳從鋼鐵制造各類排放源中富集、分離、提取的技術(shù)和工藝，開發(fā)其在鋼鐵生產(chǎn)流程中資源性循環(huán)再利用的技術(shù)。

（6）產(chǎn)品迭代升級：基于鋼鐵產(chǎn)品全生命周期評價，通過開發(fā)具有更高強度、更高壽命的綠色鋼鐵產(chǎn)品，減少鋼鐵材料需求量。

【結(jié)論】：

2020年粗鋼生產(chǎn)直接碳排放量為21.67億噸。根據(jù)測算，2025年和2030年碳減排強度預(yù)計能夠降低2.00億噸和4.84億噸，相比2020年降低9.3%和22.3%，因此“2030年較2020年二氧化碳排放總量降低15%”的目標預(yù)計能夠?qū)崿F(xiàn)。

七種減碳手段的減排量、減排貢獻比例見圖表3。根據(jù)測算結(jié)果：

（1）粗鋼產(chǎn)量減少是減碳貢獻第一位的路徑，在2030年的貢獻比例73.9%。

（2）資源循環(huán)利用（廢鋼使用）是減碳貢獻第二位的路徑，2030年貢獻比例達到16.6%。隨著廢鋼回收利用體系日臻完善和廢鋼供應(yīng)量上升，資源循環(huán)利用的減碳潛力將逐漸釋放。

（3）流程優(yōu)化創(chuàng)新（爐料結(jié)構(gòu)等）和系統(tǒng)能效提升（余熱回收等）是減碳貢獻第三、四位的路徑，2030年合計貢獻6.3%的減排量。這兩種路徑實現(xiàn)碳減排的成本相對低、靈活度高，2030年之前將貢獻較為可觀的減排量，但其減排潛力有限。

此外，冶煉工藝突破（DRI、富氫高爐等）、捕集封存利用（CCUS）和產(chǎn)品迭代升級的減排貢獻在2030年之前預(yù)計較低。

圖表3：2025年及2030年我國碳減排量測算

	2020	2025E		2030E
粗鋼產(chǎn)量（萬噸）	106,480	98,299		88,917
——長流程	96,680	85,711		70,679
長流程占比	90.8%	87.2%		79.5%
——短流程	9,800	12,588		18,238
短流程占比	9.2%	12.8%		20.5%
電爐廢鋼使用量（萬噸）	7,527	8,293		12,881
DRI產(chǎn)量（萬噸）	-	350		750

粗鋼生產(chǎn)直接碳排放量（萬噸）	216,682
碳減排量相比2020年（萬噸）		-20,044	100%	-48,377	100%
碳減排量相比2020年（%）		-9.3%		-22.3%
——1.粗鋼產(chǎn)量壓減	-	-16,648	83.1%	-35,740	73.9%
——2.資源循環(huán)利用（廢鋼使用）	-	-1,149	5.7%	-8,031	16.6%
——3.流程優(yōu)化創(chuàng)新（爐料結(jié)構(gòu)等）	-	-1,086	5.4%	-1,840	3.8%
——4.系統(tǒng)能效提升（余熱回收等）	-	-724	3.6%	-1,227	2.5%
——5.冶煉工藝突破（DRI、富氫高爐等）	-	-364	1.8%	-939	1.9%
——6.捕集封存利用（CCUS）	-	-75	0.4%	-600	1.2%
——7.產(chǎn)品迭代升級	-
粗鋼生產(chǎn)直接碳排放量（萬噸）		196,638		168,305

注意：測算減排量的過程中不可避免進行了多項假設(shè)，盡管假設(shè)均在合理范圍之內(nèi)，但減排目標的實現(xiàn)仍然依賴于這些假設(shè)是否兌現(xiàn)。

【正文】：

1.粗鋼產(chǎn)量壓減

2020年我國粗鋼產(chǎn)量10.65億噸.粗鋼產(chǎn)量長期來看受需求調(diào)節(jié)，國內(nèi)下游用鋼主要來自建筑業(yè)和制造業(yè)。建筑業(yè)方面，隨著人口結(jié)構(gòu)變化和城鎮(zhèn)化增速放緩，過去幾十年“地產(chǎn)+基建”的高增長模式難以為繼，建筑用鋼需求出現(xiàn)下滑。中央相應(yīng)出臺多項穩(wěn)增長政策支持房地產(chǎn)相關(guān)產(chǎn)業(yè)“軟著陸”：發(fā)行超長期特別國債，支持重大項目建設(shè)并提振經(jīng)濟；通過專項債支持地方政府回收房企閑置土地，化解債務(wù)風險并促進土地資源利用等。制造業(yè)方面，黨的二十大報告提出“加快推動制造業(yè)高端化、智能化、綠色化發(fā)展”，“推進新型工業(yè)化，堅持把發(fā)展經(jīng)濟的著力點放在實體經(jīng)濟上”，未來制造業(yè)的鋼鐵消費量預(yù)計有所上升。綜合而言，如圖表4所示，2030年以前用鋼需求將主要受累于建筑用鋼而持續(xù)下滑。

圖表4：2020-2030E 中國下游行業(yè)用鋼量預(yù)測（萬噸）

數(shù)據(jù)來源：Mysteel

政策方面，粗鋼產(chǎn)量調(diào)控正有序推進，旨在限制高耗能、低附加值鋼鐵產(chǎn)品的生產(chǎn)和出口，粗鋼作為初級產(chǎn)品凈出口量將有所下降。在內(nèi)需和出口的雙重減量下，我國粗鋼產(chǎn)量將總體下降，2025年和2030年我國粗鋼總產(chǎn)量預(yù)計分別為9.83億噸和8.89億噸。

粗鋼產(chǎn)量降低會帶來碳排放量的自然減少。首先測算2020年粗鋼生產(chǎn)的直接碳排放量。相關(guān)研究表明，我國BF-BOF的噸鋼碳排放量為1.8-2.5t，全廢鋼電爐為0.4-0.6t。取區(qū)間中值計算，即2020年我國長流程噸鋼碳排放量2.15t，全廢鋼電爐的噸鋼碳排放量0.5t。考慮到我國電爐企業(yè)一般不采用全廢鋼冶煉，也添加鐵水作為爐料，而鐵水的碳排放量比廢鋼高，這就導致我國電爐企業(yè)碳排放量高于全廢鋼電爐。參考中鋼協(xié)測算“兌50%鐵水的電爐煉鋼企業(yè)平均噸鋼碳排放量約為1.13噸”，2020年我國實際電爐廢鋼比約68%，計算得到我國2020年短流程噸鋼碳排放量為0.5+（1-0.68）*（1.13-0.5）/0.5=0.90噸。

計算得到2020年粗鋼生產(chǎn)的直接碳排放量約2.15*9.668+0.90*0.98=21.67億噸。

為計算粗鋼產(chǎn)量壓減帶來的碳減排量，需排除短流程占比上升帶來的碳減排量干擾。假定2025年和2030年維持2020年的長短流程比例，僅考慮粗鋼總產(chǎn)量降低帶來的碳減排量分別是1.67億噸和3.57億噸。（以2025年為例，(2.15*9.83*90.8%+0.9*9.83*9.2%)-21.67=-1.67萬噸）

2.資源循環(huán)利用（廢鋼使用）

世界鋼協(xié)2021年發(fā)布的《Climate change and production of iron and steel》中提到，煉鋼過程每使用1噸廢鋼可以減少1.5噸CO2排放。長期來看鋼鐵行業(yè)消耗廢鋼的主力是電爐，因此要發(fā)揮廢鋼的減碳作用，需要提高電爐鋼產(chǎn)量和在粗鋼總生產(chǎn)中的占比。

根據(jù)WSA數(shù)據(jù)，我國2022年粗鋼產(chǎn)量10.2億噸，電爐鋼產(chǎn)量9660萬噸，占比僅9.5%。目前限制我國電爐鋼產(chǎn)量提升的因素主要是產(chǎn)能利用率不高，根據(jù)Mysteel調(diào)研，全國87家獨立電弧爐鋼廠2024年截至7月3日的平均產(chǎn)能利用率僅46.4%。原料廢鋼價格高，而宏觀需求的慢速修復(fù)對成品材價格形成拖累，壓縮了電爐企業(yè)利潤空間，如圖表5所示。長期為負的生產(chǎn)利潤使電爐鋼企被迫減產(chǎn)，造成產(chǎn)能利用率低、電爐鋼產(chǎn)量難以提高。

圖表5：螺紋鋼電爐利潤（日）

數(shù)據(jù)來源：Mysteel

未來我國廢鋼供應(yīng)量將由于回收廢鋼增加而上升。盡管鋼鐵生產(chǎn)和下游用鋼的收縮會導致自產(chǎn)廢鋼和加工廢鋼減少，但過去幾十年生產(chǎn)的鋼鐵產(chǎn)品進入回收期，將帶來回收廢鋼量的大幅提升，進而拉低廢鋼價格。此外，廢鋼的減碳效果將使其在碳市場中逐漸具有經(jīng)濟價值，企業(yè)為了減少碳價支付將有動力增加廢鋼使用。

隨著電爐鋼產(chǎn)量和電爐煉鋼廢鋼比的上升（見圖表6），2025年和2030年我國電爐煉鋼過程預(yù)計分別比2020年增加廢鋼消耗量766萬噸和5354萬噸，按照每使用1噸廢鋼可以減少1.5噸CO2排放計，對應(yīng)減少碳排放1149萬噸和8031萬噸。

圖表6：電爐煉鋼廢鋼消耗量及廢鋼比

數(shù)據(jù)來源：Mysteel

3.流程優(yōu)化創(chuàng)新（爐料結(jié)構(gòu)等）

在流程優(yōu)化創(chuàng)新推進減碳方面，目前較為成熟的實踐是優(yōu)化爐料結(jié)構(gòu)，更具體來說就是提高球團入爐配比。以高比例球團冶煉技術(shù)較為成熟的歐美為例，瑞典SSAB在20世紀80年代已實現(xiàn)100%球團礦入爐，燃料比僅452kg/t，達到目前高爐的最佳水平范圍。美國高爐目前的平均爐料組成球團配比約為90%。國內(nèi)也已進行高比例球團減碳效果相關(guān)的研究，如圖表7所示。

圖表7：高爐球團配比減碳效果文獻

文獻名稱	作者	文獻結(jié)論
《“雙碳”背景下高爐使用高比例球團的展望》	王新東、金永龍	提高球團入爐配比是實現(xiàn)燃料比小于500 kg/t的關(guān)鍵；燃料比下降20kg/t時，高爐煤氣中CO+CO2總量下降 20-30 Nm3/t，占總量的 3%-5%。
《高爐高比例球團冶煉技術(shù)發(fā)展和實踐》	劉征建等	國內(nèi)高爐1號、2號的球團配比分別為24.53%和20.32%，對應(yīng)燃料比分別489kg/t和519kg/t。

2020年我國高爐球團比為17%，這一比例長期來看將上升。原因：（1）是隨著未來鋼鐵行業(yè)被納入全國碳市場以及碳價升高，球團的減碳效果將減少企業(yè)碳價支付，帶來經(jīng)濟效益，因此高爐企業(yè)有動力提高球團配比。（2）自2017年工信部發(fā)布《鋼鐵行業(yè)產(chǎn)能置換實施辦法》中提出鋼鐵行業(yè)減量置換舉措起，我國鋼鐵冶煉就走上了高爐大型化的發(fā)展。而大型高爐的順行順產(chǎn)對爐料要求比較苛刻，球團比通常較高。綜合以上，Mysteel評估2025年和2030年高爐球團比分別達到15.4%和20.4%。

由于降低燃料比帶來的碳減排量屬于能耗降低范疇，與“系統(tǒng)能效提升”中根據(jù)“噸鋼能耗降低”目標計算的碳減排量有重復(fù)，因此我們假設(shè)：2030年之前噸鋼能耗下降帶來的碳減排約60%源自爐料配比的優(yōu)化，剩余40%作為“系統(tǒng)能效提升”的貢獻。由此計算出爐料結(jié)構(gòu)優(yōu)化在2025年和2030年相較2020年分別實現(xiàn)碳減排1086萬噸和1840萬噸。

4.系統(tǒng)能效提升

粗略估算1度電的CO2排放約為960g。目前我國生產(chǎn)1噸鋼的平均耗電量在400-800度。按照生產(chǎn)1噸粗鋼耗電600度，碳排放量960g計算，2020年粗鋼生產(chǎn)能耗帶來的碳排放量近似為6.13億噸。

《2024—2025年節(jié)能降碳行動方案》提出 “2025年底實現(xiàn)與2023年相比噸鋼綜合能耗降低2%左右” 目標，文件發(fā)布時距2025年底僅一年半，指導意義強，我們假設(shè)該目標能夠完成。《2021年中國鋼鐵行業(yè)經(jīng)濟運行報告》指出2021年噸鋼可比能耗相比2020年降低0.97%；2022-2023年報告未提到噸鋼能耗具體數(shù)據(jù)，假設(shè)均維持上年水平。由此推算2025年底噸鋼能耗相較2020年下降2.95%。

因為能耗下降可以通過優(yōu)化爐料配比、增強過程中能量循環(huán)利用（如余熱回收）、優(yōu)化生產(chǎn)流程設(shè)計等實現(xiàn)，我們假定在2030年之前其中約60%源自爐料配比的優(yōu)化，歸入“流程優(yōu)化創(chuàng)新”，剩余40%作為“系統(tǒng)能效提升”的貢獻。則2025年粗鋼生產(chǎn)能效提升將相較2020年實現(xiàn)碳減排724萬噸。

假設(shè)2030年底噸鋼能耗相較2020年下降5%。則2030年粗鋼生產(chǎn)能效提升將相較2020年實現(xiàn)碳減排1227萬噸。

5.冶煉工藝突破（DRI、富氫高爐等）

DRI和富氫高爐是冶煉工藝中具有減碳潛力和一定成熟度的技術(shù)，在此測算其減碳量。綠氫DRI理論上可以實現(xiàn)近零排放，然而2030年以前氫氣制備技術(shù)還不足以支持經(jīng)濟性地生產(chǎn)綠氫DRI。我國2025年和2030年的DRI產(chǎn)量預(yù)計分別為350萬噸和750萬噸。假設(shè)DRI含鐵量92%，假設(shè)DRI-電爐噸鋼碳排放量0.2t，DRI-電爐碳減排量按照相對短流程煉鋼計算。則2025年和2030年應(yīng)用DRI對應(yīng)碳排放量分別為225萬噸和483萬噸。

根據(jù)《面向碳中和的氫冶金發(fā)展戰(zhàn)略研究》預(yù)測，“2030 年之前，高爐富氫冶煉技術(shù)可以取得突破性成果，具備大規(guī)模應(yīng)用條件”。且富氫高爐的發(fā)展面臨以下制約：氫氣成本高，氫氣儲存、運輸基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)涉及高額投資和較長時間，技術(shù)成熟度、運行穩(wěn)定性和安全性問題等。因此認為在2030年前主要以試點和示范項目為主。且富氫高爐的碳減排幅度一般認為10%-30%。按照長流程中富氫高爐比例2025年為0.5%、2030年2%比例，碳減排幅度15%測算，富氫高爐在2025年和2030年能夠分別減排138萬噸和456萬噸。

因此冶煉工藝突破在2025年和2030年預(yù)計能夠分別減排364萬噸和939萬噸。

6.捕集封存利用（CCUS）

根據(jù)《中國二氧化碳捕集利用與封存年度報告（2023）》，鋼鐵行業(yè)對CCUS技術(shù)的碳減排需求在2025年和2030年分別為300萬噸和1500萬噸（見圖表8）。考慮到我國鋼鐵行業(yè)的CCUS項目在2030年以前仍以規(guī)劃建設(shè)階段為主（見圖表9），我們假設(shè)CCUS在2025年和2030年能夠分別覆蓋25%和40%的需求量，即CCUS在2025年和2030年能夠分別減排75萬噸和600萬噸。

圖表8：中國各行業(yè)CCUS減排需求

圖表, 瀑布圖

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