“雙碳”背景下我國鋼鐵領域碳減排路徑研究

摘要：我國鋼鐵行業的快速發展在創造可觀的經濟效益的同時，也消耗了大量的煤礦和鐵礦石資源，不可避免地造成了環境污染，自“雙碳”目標提出以來，推動鋼鐵行業綠色低碳轉型迫在眉睫。本文基于相關數據，闡述了目前我國鋼鐵行業的生產情況，并利用公式對鋼鐵行業碳排放量進行了粗略計算，總結得出了目前鋼鐵行業節能減排所面臨的三大挑戰，針對上述挑戰，本文從制度、技術、能源三個角度出發提出了解決方案。

關鍵詞：鋼鐵行業；低碳轉型；碳排放；減排路徑

一、概述

全球氣候變化引起了世界范圍內的廣泛關注，直到2020年，各國對積極應對氣候變化已達成了基本共識，我國作為負責任的大國，一直致力于應對氣候變化帶來的不利影響。鋼鐵行業既是我國的基礎工業產業，也是能源消耗和溫室氣體排放的重點行業，在“雙碳”背景下，我國開展了一系列推動鋼鐵行業低碳減排、綠色發展的重要舉措。在國家政策的支持和鼓勵下，一系列碳減排措施應用于鋼鐵生產的各個環節，然而鋼鐵行業仍然是我國制造業碳排放巨頭，2022年我國鋼鐵產業的碳排放量約為18.23億噸，占全國碳排放總量的15%以上，是制造業31個門類中碳排放量最大的行業。

為了實現鋼鐵行業的低碳發展，世界各國學者圍繞碳減排領域展開了如火如荼的研究。在低碳技術研究方面，龔奐彰和黃秀玉闡述了鋼鐵行業各類高效碳減排技術在國內外的應用情況及效果，展望了未來高品質鋼材低碳化、綠色化冶煉的發展之路［1］。梁志剛介紹了綠色鋼鐵冶金的主要技術，探討了以綠色技術實現鋼鐵冶金節能減排的策略［2］。ManuelBailera等系統地回顧了應用于鋼鐵工業的PowertoX工藝，首次提出了將氧燃料煉鐵和電力制氣相結合的新概念［3］。ZhiyuanFanandS.JulioFriedmann綜述了目前全球鋼鐵生產的現狀，評估了現有的脫碳技術以及這些脫碳方法的組合［4］。ThomasEchterhof論述了碳中性生物質碳源、循環橡膠碳源和塑料碳源替代化石燃料注入碳源的潛力，提出了研究和開發替代碳源的機會和需求［5］。在減排路徑研究方面，周翔從優化爐料結構、關鍵節能降碳技術創新、突破性的低碳新技術等方面分析了“雙碳”背景下我國煉鐵工序的碳減排路徑［6］；程茉莉通過闡明鋼鐵企業碳排放結構，從近中期及遠期角度進行情景分析［7］。高巖等分析得出鋼鐵企業面臨著綠色低碳轉型和履約碳減排兩大重要挑戰，并提出了相關建議［8］。

現有的文獻基于不同的角度對鋼鐵行業綠色轉型提出了具體的方案和措施，為本文的研究提供了參考和借鑒。本文基于發布的最新數據，闡述了我國鋼鐵行業生產和碳排放現狀，重點分析了我國綠色低碳轉型過程中面臨的三大挑戰。本文從制度、技術和能源三個角度出發提出了解決方案以促進鋼鐵行業的綠色轉型及可持續發展。

二、鋼鐵行業粗鋼產量及碳排放現狀

（一）鋼鐵行業粗鋼產量

2022年，我國生產粗鋼10.18億噸，同比下降1.7%，降幅較上年相比收窄。從月度情況看，1～5月粗鋼日產逐月上升，并于5月份達到最高點，6～7月產量下降，8～9月產量上升，10～11月產量下降，11月份下降至年內最低點，12月有所回升。8～11月日產水平同比有所增長，其余月份均低于去年同月。

由于《國民經濟行業分類》未將鋼鐵行業進行單獨分類，本文參考文獻9，將黑色金屬冶煉及壓延加工業的能源消耗視為鋼鐵行業的能源消耗［9］。《中國統計年鑒》的相關數據顯示，2016—2017年間，粗鋼產量逐年增長，與之對應的，除2016—2017年能源消耗量有所下降之外，2017—2020年能源消耗量呈逐年遞增的趨勢，說明鋼鐵行業的節能工作取得了一定的效果，但針對目前產量的增速而言，效果并不明顯。2016—2020年中國粗鋼產量和能源消耗總量情況如圖1所示。

（二）鋼鐵行業碳排放現狀

基于黑色金屬冶煉及壓延加工業的能源消耗和粗鋼總產量數據，沿用相關研究的碳排放計算方法，構建鋼鐵行業碳排放算式：

C=I×P（1）

式（1）中，C為碳排放總量，I為噸鋼碳排放量，P為粗鋼總產量。

由此可近似計算鋼鐵行業的碳排放量，結果如圖2所示：（1）2016—2018年中國鋼鐵行業碳排放量呈上升趨勢，2018—2019年碳排放量呈下降趨勢，2019—2020年略有回升；（2）2016—2018年噸鋼二氧化碳排放量呈上升趨勢，2018—2020年呈下降趨勢；（3）總體來看，我國鋼鐵行業二氧化碳排放量較大。

根據《中國環境報》2021年公布的相關數據，我國鋼鐵行業每生產一噸粗鋼需排放約為1.7～1.8噸二氧化碳，根據2022年世界鋼鐵協會發布的可持續發展指標報告，2021年國際鋼鐵行業噸鋼碳排放量約為1.91噸/噸粗鋼，中國鋼鐵行業噸鋼碳排放量低于國際平均水平。然而這并不意味著鋼鐵行業減排形勢樂觀，由于我國粗鋼產量長期位居世界第一，因此碳排放總量居高不下，為進一步減少碳排放，鋼鐵行業的低碳減排仍需做出努力。

（三）鋼鐵行業碳減排面臨的挑戰

1.鋼鐵產業結構特征是以長流程鋼為主

鋼鐵生產是一項系統工程，目前世界上主要有兩條工藝路線，即長流程和短流程。短流程煉鋼以電力為主要能源，噸鋼碳排放約為0.6噸二氧化碳，長流程鋼的噸鋼碳排放是短流程鋼的3倍多。目前中國鋼鐵行業以長流程為主，產量占到90%左右，而美國長流程鋼產量占比僅在30%左右，遠低于中國水平。長流程煉鋼的能源消耗以煤炭為主，噸鋼碳排放約為2.0噸二氧化碳。

2.生產工藝落后導致能源“碳鎖定效應”

鋼鐵行業的碳排放量與生產工藝流程的關系密不可分。（1）長流程工藝單位碳排放量遠高于短流程工藝。（2）目前廢鋼應用不廣泛，一是我國目前加入廢鋼比僅為20%，二是以廢鋼為原材料的短流程煉鋼占比僅為10.4%。（3）我國鋼鐵行業集中度低，近幾年，在國家政策的鼓勵支持下，我國前10家鋼鐵企業粗鋼產量占全國比重由2016年的35.9%提升到2021年的41.5%，但與某些國家相比，仍處于較低水平，推動鋼鐵產業高質量發展任重而道遠。

3.鋼鐵行業低碳標準體系不健全，核心技術支撐力不足

我國鋼鐵行業低碳標準體系尚未建立，碳減排標準缺失，缺乏指導規范和制度支撐、現有規范執行不到位、不成熟的治理技術都制約著鋼鐵行業脫碳行動的發展。此外，鋼鐵行業突破性低碳技術儲備以及創新動力不足，我國低碳技術研發起步晚，關鍵技術研究尚處于設計研發探索階段，且受成本較高、技術制約等因素的影響，推動鋼鐵行業低碳技術研究阻力較大。

三、鋼鐵行業碳減排路徑研究

（一）制度路徑

針對目前鋼鐵行業產量居高不下的現狀，需要進行以下幾個方面研究。

首先，要科學制定鋼鐵行業總量限制政策，嚴格控制鋼鐵生產增加量，避免因產能過剩帶來額外的碳排放。一方面要改善鋼鐵性能，延長鋼鐵產品使用壽命，另一方面優化進出口政策，鼓勵進口。

其次，要完善碳排放管理體系和標準，計算從原材料獲取、生產以及消費之后的碳排放總量。目前，許多國家積極推動相關制度建設，德國現已制定《氣候保護法》《可再生資源法》等一系列法律法規，美國頒布了《清潔空氣法案》《清潔能源安全法案》，英國標準協會推出《產品與服務生命周期排放評估規范》［10］，國外的實踐為我國的政策和法律制度建設提供了借鑒。

最后，針對目前鋼鐵行業集中度不高的問題，鋼鐵企業之間兼并重組是解決該問題的有效手段。通過兼并重組，鋼鐵企業可以突破發展瓶頸，行業集中度也將隨之提高。因此，應出臺政策引導鋼鐵企業兼并重組，盡可能為鋼鐵企業并購重組清除阻礙。

（二）技術路徑

針對目前短時間內無法改變的以長流程為主的現狀，可以通過在各個工藝環節采用更加先進的技術方法加以改良，從而在整體上減少碳排放量。鋼鐵生產工藝主要包括鐵前工藝、煉鐵、煉鋼、連鑄和軋鋼等工藝。目前各工藝環節可應用的先進技術如下表所示。

業的節能減排、綠色轉型具有重要意義。如圖3所示，2016—2022年，我國廢鋼產量由9075萬噸上升至27530萬噸，2023年產量增加至30595萬噸，因此，鋼鐵企業可以通過增加廢鋼的使用量降低對鐵礦石的依賴，進而減少碳排放。

（三）能源路徑

優化能源結構是低碳減排的一個重要方面，鋼鐵行業的能源消耗情況同碳排放量情況息息相關。目前我國鋼鐵行業的原材料以鐵礦石為主，此外，廢鋼也是鋼鐵企業重要的原材料。廢鋼可替代鐵礦石參與鋼鐵生產，且廢鋼是節能載能的再生資源，充分利用廢鋼資源投入鋼鐵的生產對于我國鋼鐵行業的節能減排、綠色轉型具有重要意義。如圖3所示，2016—2022年，我國廢鋼產量由9075萬噸上升至27530萬噸，2023年產量增加至30595萬噸，因此，鋼鐵企業可以通過增加廢鋼的使用量降低對鐵礦石的依賴，進而減少碳排放。

鋼鐵行業還需將目光投向清潔能源。氫能煉鋼、核能煉鋼等先進的煉鋼工藝逐漸被應用到實際的生產生活中，日本和歐盟的相關實踐都為我國提供了經驗，有利于我國系統開展相關技術路線的研究，在資金充裕的情況下，鋼鐵企業應當自發地嘗試采用清潔能源生產部分產品，在此基礎上一步步擴大清潔能源的應用范圍，一方面有利于企業自身的綠色發展，另一方面為同行業的低碳發展提供參考。

四、研究結論

（1）我國鋼鐵行業的用能和碳排放情況不容樂觀，鋼鐵產量近五年來一直呈現遞增的趨勢，與之對應的能源消耗量也逐年遞增，2016—2020年，盡管出現了噸鋼碳排放量遞減的趨勢，然而，我國鋼鐵行業產量大、能耗量大、碳排放量高的情況并未改變。

（2）通過對鋼鐵行業的碳排放量展開分析，可以得出目前鋼鐵行業巨大的碳排放量與其高產量關系密切，且由于需求的增加，預計鋼鐵行業產量未來不會減少，居高不下的鋼鐵產量成為鋼鐵行業節能減排的第一大阻礙，除此之外，以長流程為主的生產工藝也是造成鋼鐵行業高碳排放的原因之一。在推動鋼鐵領域節能減排的過程中，較低的行業集中度阻礙了脫碳進程。

（3）基于目前鋼鐵行業生產和碳排放現狀，為應對在降低碳排放進程中遇到的種種挑戰，本文提出了適用于鋼鐵行業低碳xHrzV5iyypx/th6aRwWrrQz72zclyE4Ys1vRMoKxvKU=減排工作的制度路徑、技術路徑和能源路徑，通過充分吸收國外經驗，加快技術研發，推動低碳技術和清潔能源投入生產生活中，改變鋼鐵行業生產模式和用能方式，從根本上解決目前我國鋼鐵行業碳排放量過多的問題。

參考文獻：

［1］龔奐彰，黃秀玉.鋼鐵行業碳減排技術應用與展望［J］.中國冶金，2021，31（09）：5358.

［2］梁志鋼.基于低碳減排要求下的鋼鐵冶金綠色技術應用探討［J］.山西冶金，2023，46（02）：5051+54.

［3］ManuelB，PilarL，BegoaP，etal.AreviewonCO2mitigationintheIronandSteelindustrythroughPowertoXprocesses［J］.JournalofCO2Utilization，2021，46.

［4］FanZ，FriedmannSJ.Lowcarbonproductionofironandsteel：Technologyoptions，economicassessment，andpolicy［J］.Joule，2021，5（4）：829862.

［5］EchterhofT.ReviewontheuseofalternativecarbonsourcesinEAFsteelmaking［J］.Metals，2021，11（2）：222.

［6］周翔.“雙碳”背景下我國煉鐵碳減排路徑［J］.煉鐵，2022，41（01）：4953.

［7］程茉莉.鋼鐵企業二氧化碳減排路徑分析及展望［J］.冶金經濟與管理，2022（04）：1822.

［8］高巖，趙艷霞，李波.基于利益相關者視角的鋼鐵企業實現碳減排的路徑分析［J］.國際公關，2023（05）：6163.

［9］廖志高，張頔.“雙碳”目標下鋼鐵行業碳減排實施路徑研究［J］.廣西職業技術學院學報，2022，15（06）：17.

［10］王剛，張怡，李萬超，等.基于雙碳目標的鋼鐵行業低碳發展路徑探析［J］.金融發展評論，2022（02）：1728.

作者簡介：秦雪（1996—），女，漢族，黑龍江哈爾濱人，碩士研究生，講師，研究方向：電力系統。