基于生命周期的四川省鋼鐵產品碳足跡核算研究

摘要：開展鋼鐵產品碳足跡研究，探討現階段面臨的技術問題，分析鋼鐵企業碳減排潛力，推動產品全流程降碳，為鋼鐵產品出口和提升國際市場競爭力提供技術支持。文章選取四川省1000 kg粗鋼為功能單元，確定從“搖籃”到“大門”的核算邊界，選取四川省典型鋼鐵企業開展碳足跡核算，提出四川省鋼鐵產品碳足跡核算的政策建議：即建立四川省鋼鐵產品碳足跡基礎數據集及核算模型；研究制定鋼鐵行業碳排放核算方法及產品碳足跡技術標準；加大低碳技術研發力度，協同推動鋼鐵行業超低排放改造和低碳生產；實行分類碳標簽制度，鼓勵企業壘產業鏈低碳生產。

關鍵詞：生命周期；鋼鐵產品；碳足跡

中圖分類號：X321 文獻標志碼：A

前言

2020年9月22日，習近平總書記在第七十五屆聯合國大會上鄭重承諾，中國二氧化碳排放力爭于2030年前達到峰值，努力爭取2060年前實現碳中和。鋼鐵是世界經濟發展的基石，在經濟發展與環境責任同等重要的綠色經濟中，鋼鐵占據著核心地位。不同于其他地區高品位鐵礦石長流程煉鐵為主的工藝，釩鈦磁鐵礦和短流程煉鋼是四川鋼鐵的兩張名片。四川是國內釩鈦磁鐵礦資源主要分布地區，四川鋼鐵產業基本發展戰略是依托四川豐富的釩、鈦資源，做強特殊鋼及合金鋼產業。四川短流程全廢鋼冶煉的電爐鋼占比已經達到近30%，而全國電爐鋼占比僅15%左右，領先全國水平。選取典型鋼鐵企業開展鋼鐵產品碳足跡核算是四川鋼鐵企業邁向低碳時代的“最初一公里”，削減產品碳足跡是四川省鋼鐵企業獲得更多下游買家和消費者青睞以及增強企業產品競爭力的必要手段。隨著越來越多的國際項目招標文件明確將產品碳足跡納入必要考核指標，提高四川省鋼鐵行業低碳競爭力勢在必行。

1國內外碳足跡研究進展

1.1國內外碳足跡標準

目前國際上較為常用的產品碳足跡標準主要包括：（1）英國標準協會制定的PAS 2050；（2） WRI和WBCSD聯合制定的GHG Protocol；（3）國際標準化組織（ISO）根據PAS 2050標準發展而來IS0 14067。中國暫時沒有單獨制定碳足跡標準，也無專門的碳足跡評估機構，僅上海市和深圳市出臺了產品碳足跡核算的地方標準，即上海市產品碳足跡核算通則（DB31/T 1071-2017）和深圳市產品碳足跡評價通則（SZDB/Z 166-2016）。國內外碳足跡標準比較見表1。

1.2鋼鐵產品碳足跡研究進展

對鋼鐵產品全生命周期的階段劃分和邊界的界定，宋曉聰等研究了粗鋼產品的碳排放，將鋼鐵產品生命周期界定為從原材料開始，到鋼鐵加工生產、運輸、使用和廢棄處置等階段。曲余玲等指出由于鋼鐵產品下游用途廣泛，鋼鐵企業普遍開展“從搖籃到大門”的研究，針對特定用戶才開展“從搖籃到墳墓”的研究。梁田研究了鋼鐵產品上游階段、運輸階段、生產階段3個階段，即“從搖籃到大門”的生命周期過程。

排放因子數值的選定對碳排放核算結果影響比較大。田偉健計算長流程鋼鐵企業碳排放，鋼水、鐵水、高爐煤氣、轉爐煤氣、焦爐煤氣排放因子采用企業實際測定數據，其余排放因子來源于《IPCC 2006國家溫室氣體清單指南》和《中國鋼鐵生產企業溫室氣體排放核算方法與報告指南（試行）》。葉蒙雙等計算鋼鐵企業碳足跡采用的直接排放因子大部分取自IPCC，間接排放因子大部分來自WSA推薦值，小部分數值來自相關文獻。任佳等采用化石燃料的單位熱值含碳量和碳氧化率缺省值計算化石燃料的二氧化碳排放因子，熔劑和電力、熱力排放因子選取缺省值。

綜上，受數據獲取難度大、下游產品復雜等因素的影響，目前對鋼鐵行業碳排放邊界多為企業層面，側重于二氧化碳排放量的計算。探究不同方法計算鋼鐵生產過程碳排放，采用核算標準各有不同，系統邊界也存在較大差異。現有研究排放因子一般取自WSA、IPCC、中國相關標準提供的缺省值和相關文獻，少數研究中排放因子采用企業實際檢驗數據。

2鋼鐵產品碳足跡的核算流程

通過對英國PAS2050、WRI/WBCSD的GHG Protocol Product Standard、ISO的ISO14067等碳足跡計算標準的異同點分析以及國內發布的產品碳足跡計算標準，結合鋼鐵產品碳足跡計算相關文獻研究，文章提出基于PAS 2050的鋼鐵產品生命周期碳足跡，采用從“搖籃到大門”的邊界，以2022年1 000 kg粗鋼為功能單位，研究鋼鐵產品上游階段、運輸階段、產品生產三個階段的基于CO2排放量的碳足跡。（見圖1）

2.1計算

鋼鐵產品碳足跡為各個環節碳足跡數據相加，公式為：

碳足跡=活動數據×排放因子 式（1）

文章主要查詢《中國產品全生命周期溫室氣體排放系數集（2022）》（以下簡稱“系數集”）獲得部分排放因子，無法查詢的排放因子再通過WSA，《鋼鐵生產企業溫室氣體排放核算與報告要求》（GB/T32151.5-2015）以及文獻查找，合理選取出一套排放因子數據。在實際調研過程中，企業有自測燃料低位發熱量數據的按企業實測數據進行替換。

2.2分配

根據PAS 2050對分配的要求，文章采用擴展產品系統以包含副產品附加功能的方式對副產品的排放量和清除量進行分配。

3典型鋼鐵企業分析

選取企業A、B、C、D作為分析案例，從生產工藝、生產規模基本能代表四川省鋼鐵生產水平，其中A、B為長流程煉鋼企業，C、D為短流程煉鋼企業，在以下分析中以A為例進行詳細說明，其他過程相似，過程略。

3.1企業A碳足跡案例分析

A企業采用長流程轉爐工藝煉鋼，2022年，A企業粗鋼產量300萬噸以上。按工序流程分為煉焦、燒結、煉鐵、煉鋼。

3.1.1原料制造

A企業使用到的原料包括煤、鐵礦石、石灰石、白云石、合金、球團礦、壓縮空氣、氧氣、氮氣等，原料種類及數量如表2所示。在原料制造階段1 000 kg粗鋼碳足跡為0.60 kgCO2/kg。

3.1.2原料運輸

A企業外購原料運輸均采用公路運輸，運輸距離按照300 km進行估算，原料運輸階段1000 kg粗鋼碳足跡為0.06 kgCO2/kg。

3.1.3產品制造

A企業在產品制造階段1 000 kg粗鋼所需焦炭459.67 kg、燒結礦1070.34 kg、鐵水799.58 kg，碳足跡為1.59 kgCO2/kg，其中焦炭生產為0.09 kgCO2/kg，占比5.7%；燒結礦生產為0.38 kgCO2/kg，占比23.9%；鐵水生產為1.07 kgCO2/kg，占比67.3%；粗鋼生產為0.04 kgCO2/kg，占比3.1%。A企業1 000 kg粗鋼產品制造碳足跡分布圖見圖2。

3.1.4小計

A企業1 000 kg粗鋼產品碳足跡為2.25 kgCO2/kg，其中原料制造為0.60 kgCO2/kg．占比26.7%；原料運輸為0.06 kgCO2/kg，占比2.7%；產品制造為1.59 kgCO2/kg，占比70.6%。A企業1 000 kg粗鋼產品碳足跡分布圖見圖3。

3.2典型案例分析

基于企業A的計算過程，依次對四川省其他3個大型鋼鐵企業（B、C、D）進行分析，可知其單位產品的碳足跡。（見表3）

從長流程煉鋼企業來看，A企業1000 kg粗鋼產品碳足跡為2.25 tCO2/t，B企業1 000 kg粗鋼產品碳足跡為2.51 tCO2/t。四川省釩鈦磁鐵礦中鐵的品位低，硫含量高，焦鐵比高，導致了生產過程中SO2和CO2的排放量相比普通磁鐵礦都要高。

從短流程煉鋼企業來看，C企業1 000 kg粗鋼產品碳足跡為1.25 tC02/t，D企業1000 kg粗鋼產品碳足跡為1.10 tCO2/t。其優勢在于一是工藝技術創新。調研的企業均為“十三五”期間新建企業，和傳統的鋼企相比，具備新的設備新的工藝。二是企業自動化、信息化智能化程度高。企業通過智能生產和智能管控，實現核心工序精準控制和精細化管理，降本增效。

4分析與討論

4.1數據來源存在一定不確定性且亟需建立地方數據庫

活動水平數據和排放因子自身存在數據質量的差異。文章數據不確定性主要是排放因子選取不具地域代表性和活動數據選取不具技術代表性。如前所述，四川省鋼鐵產品主要依托省內豐富的釩、鈦資源做強特殊鋼及合金鋼產業。除企業提供的碳粉、石灰、硅錳合金、增碳劑的碳含量數據外，核算中采用的排放因子多來源于《系數集》。鋼鐵產品工藝復雜，涉及原輔材料種類眾多，因此數據測量和收集具有較大難度，同時也會增加測量成本，不利于項目的實施。

亟需建立一套符合實際情況的四川省鋼鐵產品碳足跡基礎數據集及核算模型。按照四川鋼鐵產品類別，收集、計算、整理配套排放因子基礎數據集，建立碳足跡核算模型，包括原材料獲取、運輸、產品制造、產品分銷、產品使用和產品回收處置各階段，明確不同產品的系統邊界及計算原則，保證碳足跡計算的準確性、科學性。

4.2四川省鋼鐵行業減污降碳協同推進并且減排潛力有待進一步挖掘

四川省鋼鐵產業是與眾不同的。長流程生產的多為國家戰略物資的釩鈦鋼，由于釩鈦磁鐵礦本身品位低，在鐵礦石選礦和鐵水煉鋼階段需要處理出鈦精礦以及釩渣，煉鐵工序中增加了一級提釩工藝，因此煉鐵過程中能耗水平顯著增加，導致釩鈦鋼鐵生產能耗較普通鐵礦高。短流程煉鋼以廢鋼為原料，其主要依賴企業自身到省內或周邊省份采購，目前四川省具備資質的報廢機動車回收拆解企業50余家，尚未實現廢鋼資源上下游資源整合。同時，鋼鐵渣余熱利用、中低溫余熱利用、低碳冶金、CCUS、二次能源回收利用極致化等突破性碳減排技術與國外先進國家相比還存在較大差距。受地理位置等因素影響，鋼鐵企業鐵精礦、廢鋼以及石灰石等原料，鋼材產品和鋼渣等大宗固體廢物暫未完全實現鐵路、管道等清潔運輸方式改造。鋼鐵企業基本既無本企業的運輸隊，也不具備要求運輸公司強制使用新能源或國六以上車輛運輸的條件，且市場上能實現新能源或國六以上車輛運輸的運輸公司較少，難以滿足企業需求。

需要加強長流程煉鋼釩制品及鈦制品的技術研發，延長產業鏈，增加產業附加值，提高產品壽命，實現碳抵扣。加強短流程煉鋼低碳技術創新，樹立行業標桿，提高電爐煉鋼企業自動化和智能化水平，充分發揮低碳優勢，助力鋼鐵行業實現低碳轉型和大幅降碳。實施超低排放改造存在增加能耗和成本的風險，特別是治理設施電耗、運行成本的增加，減污降碳、協同增效存在難度。在推動企業超低排放改造的同時，開展碳足跡核算，尋找最優的改造方式及路徑，有效控制企業成本，實現低碳生產。

4.3釩鈦鋼鐵行業優勢突出且亟待從產品全生命周期碳足跡提供政策支持

四川釩鈦鋼鐵產業主要產品有釩鐵合金、釩氮合金、釩鋁合金，目前還在開展電解液等高附加值產品的研發，而粗鋼等傳統鋼鐵產品僅為釩鈦鋼鐵產業的副產品。采用傳統鋼鐵產品碳足跡方法核算未能體現釩鈦產品優勢，還應針對釩鈦鋼鐵副產物釩渣提釩開展進一步研究，增加碳排放抵扣。釩鈦鐵精礦因含有釩、鈦元素，在鋼中加入不到0.1%的釩可提高強度10%-20%，彈性顯著增加，韌性好，堅硬結實，有良好的抗沖擊和抗彎曲能力，不易磨損和斷裂；在鋼鐵中加一點釩制成的活塞環、鑄模、軋輥和冷鍛模結實耐用，堅硬耐磨，可以延長使用壽命。在下一階段的研究中還應針對釩鈦鋼鐵使用壽命開展調研，進一步增加碳抵扣。

建議從鋼鐵產品全生命周期資源消耗和碳足跡出發，在已有鋼鐵產品碳足跡標準的基礎上，研究制定四川省鋼鐵行業碳排放核算方法及鋼鐵產品全生命周期碳足跡技術標準，需特別注意與國際標準間的銜接，測算數據得到國際認可，為下一步設置碳標簽，為提升四川省鋼鐵產品競爭力打下堅實的基礎。對為低碳做出貢獻的企業，要給予政策支持和差別對待。鼓勵已開展產品碳足跡評價的企業在低碳產品綠色消費平臺上公開產品碳足跡情況，與“碳惠天府”等碳普惠平臺和應用程序實現互聯互通，及時向公眾展示產品碳排放數據，鼓勵消費者選擇使用低碳產品，激勵社會公眾參與減排。

5結束語

目前，四川省內尚未建立起一套符合四川省鋼鐵行業特點的碳足跡核算規范及標準體系，各類碳足跡核算的結果尚未統一，也未能全面實現與國際碳核算接軌。文章基于四川省典型鋼鐵企業開展了初步研究，通過選取四川省典型鋼鐵企業開展粗鋼產品碳足跡核算，建議建立符合四川省實際的鋼鐵產品碳足跡基礎數據集及核算模型；進一步挖掘減排潛力，開展鋼鐵企業減污降碳協同推進；制定地方鋼鐵產品碳足跡核算標準，鼓勵企業公開碳排放情況，激勵公眾參與減排。下一步還需根據碳足跡、碳標簽及碳稅推進情況，不斷跟蹤完善。