钢铁行业碳中和专题研究报告：钢铁行业碳中和现状与减碳路径分析

3. 推进碳达峰、碳中和，钢铁行业减碳路径分析

2020 年年末工信部发布《关于推动钢铁工业高质量发展的指导意见》征求意见稿，明确 提出到十四五末力争全行业实现碳达峰，能源消耗总量和强度均降低 5%以上。钢铁行业面临 十四五提前达峰的要求。2021 年以来，中国宝武、河钢、鞍钢、包钢等特大型钢企陆续发布碳达峰、碳中和目标， 其中碳达峰时间点基本控制在 2025 年之前，到 2030 年左右实现减碳 30%，2050 年实现碳中和。

3.1. 十四五粗钢产量进入平台区，将更好地促进行业从总量上实现碳达峰

十四五期间粗钢产量进入平台区。2016 年以来粗钢表观消费量稳步增长，2020 年粗钢 表观消费量 102230 万吨，同比 9.55%；在强劲内需的拉动下，国内粗钢产量持续创新高， 2020 年粗钢产量 107500 万吨，同比 7%。测算 2020 年 GDP 耗钢系数达到 1150 吨/亿元。 十四五中国经济进入内循环为主的发展格局，国内钢铁内需增长放缓，同时叠加政策驱动钢 材出口回流，政策压实国内粗钢产能规模。整体来看，国内粗钢产量将进一步平台区。

十四五钢铁内需增长放缓。国民经济体系投资链条上的建筑、机械设备制造等产业 对金属产品消耗系数明显高于消费链条相关的产业。2016-2019 年，国内投资增速 低于 GDP 和消费增速，GDP 实际耗钢系数进入平台区。2020 年投资反弹，带动耗 钢系数回升。十四五中国经济进入内循环为主的发展格局，消费驱动力加码，耗钢 系数将再次回调，中国钢铁表观消费需求增长将放缓。

政策驱动钢材出口回流。自 2021 年 5 月 1 日起，国内取消大部分钢铁产品出口退 税。共涉及 146 个商品代码产品，除部分高附加值产品维持 13%的出口退税率，大部分常规性产品出口税率下调到 0%。受此政策的影响，大部分产品的出口优势将大 幅降低，进一步驱动钢材出口回流。

政策压实了国内粗钢产能规模。2021 年 5 月国家发改委和工信部先后发布《关于钢 铁冶炼项目备案管理的意见》、《钢铁行业产能置换实施办法》，明确了严格实施减量置换、 冶炼项目规范化备案的要求，从政策上进一步压实了国内粗钢产能规模，使得未来粗钢 产量缺乏大幅增长的基础。

粗钢产量进入平台区，将更好推动行业从碳排放总量上实现达峰。2015-2018 年，钢铁 行业碳排放总量同比整体低于行业粗钢产量增速，整体反映了吨钢碳排放强度有下降趋势。 十四五粗钢产量进入平台区、增长趋弱，同时伴随部分成熟度高、实用性强的低碳冶金技术 运用，将更好地推动行业从碳排放总量上实现达峰。

3.2. 成熟度高、实用性技术的进一步推广有助于从吨钢碳排放强度上实现减碳30%目标

在碳达峰的基础上，我们认为电炉炼钢、增加球团比、DRI 等成熟度高、实用性技术的进一步推广，带动钢铁制造流程工艺的优化，同时各工序能效提升，减少化石燃料消耗，降 低吨钢碳排放强度，能够较好低实现减碳 30%的目标。

1） 相比传统长流程，纯废钢的电炉短流程和 DRI—电炉流程均有大幅降碳空间

相比高 炉-转炉的长流程，电炉为主的工艺流程在能耗、碳排放上具有较大优势。随着国内经济进入 内循环周期，废钢资源加速释放为发展电炉钢提供了成本支撑。假设 2030 年前后国内粗钢产 量相比 2025 年小幅下滑，维系在 10 亿吨左右。除去转炉消纳部分废钢外，电炉钢也将会有 较大提升。低碳排放强度的工艺占比提升，将有效降低钢铁行业整体碳排放量；同时伴随着 电力能源的清洁化，通过供给端导入新能源，能够进一步降低碳排放。

目前国内电炉钢厂产量占比偏低。2019 年国内电炉钢产量占比 10.4%，长流程转炉 钢占比 89.6%。欧盟 28 国电炉钢占比 41.3%，美国占比 69.7%，日本占比 24.5%， 世界平均水平 27.9%。整体来看，国内电炉钢厂产量占比偏低。

电炉短流程工艺能耗强度低。根据世界钢铁协会的研究，电炉短流程总能耗为 2104Kwh/吨钢，高炉长流程总能耗为 5122Kwh/吨钢；电炉短流程电耗为 1561Kwh/ 吨钢，高炉长流程电耗为 972Kwh/吨钢；整体来看电炉短流程工艺在能耗强度低。

气基 DRI-电炉工艺和纯废钢短流程工艺，碳排放强度均大幅低于长流程工艺。从世界钢协发布的研究数据来看，长流工艺吨钢碳排放 2.2 吨，气基 DRI-电炉流程的碳 排放为 1.4 吨，纯废钢电炉短流程工艺碳排放在 0.3 吨左右。从安米集团发布的数据 来看，该公司电炉流程的吨钢排放为 0.6 吨 CO2/吨钢，只有同期高炉长流程的 26%； 尽管该公司有部分电炉与 DRI 工艺衔接，但碳排放仍大幅低于长流程工艺。整体来 看，无论气基 DRI-电炉流程，还是纯废钢短流程电炉工艺，碳排放强度均大幅低于 长流程工艺，电炉工艺降碳幅度在 36%-84%之间。

国内经济进入内循环周期，废钢资源持续释放为发展短流程电炉钢提供了成本支撑。 根据废钢协会测算，2020年国内废钢产量 2.6 亿吨。近二十年中国经济快速发展在 城市建设和耐用品消费上积蓄了大量钢铁资源，在进入内循环为主的周期下，汽车、 家电等耐用消费加块更新换代，废钢资源加速释放。根据测算 2030 年我国钢铁积蓄 量将达到 135 亿吨，采用钢铁积蓄量折算法，测算 2030年社会废钢产生量将达到 3.5 亿吨，废钢资源持续释放为发展短流程电炉钢提供了成本支撑。

2） 相比传统烧结，球团制造工序碳排放低、同时能间接带动高炉降碳

相比目前的国内 主流矿物加工工艺--烧结，球团在制造环节上具有工序能耗低、污染物排放少、节能减排效果 好等优势，同时在高炉冶炼上增加球团比能够实现渣比低、煤气利用率高、燃料比低、综合 经济效益好等优点，推动高炉冶炼绿色指标改善。球团工艺各项污染物都处于较低水平，明 显优于烧结工艺，当造块工艺开始考虑整个钢铁生产链时，清楚的说明采用球团矿代替烧结 矿作为高炉主要原料能带来巨大的碳减排效应。

我国球团比整体大幅低于欧美国家水平，存在较大提升空间。根据世界金属导报统 计，2020 年国内球团矿总产能约 2.6 亿吨，按照 2020 年铁水 8.875 亿吨，测算球 团占入炉炉料的比重为 18%。从欧美国家安米、塔塔、SSAB 等钢厂的入炉球团比 数据来看，我国球团比整体大幅低于欧美国家水平，存在较大提升空间。

相比烧结，球团自身工序能耗低，温室气体和污染物排放少，节能减排效果好。从 2020 年重点钢企的工序能耗结构来看，烧结：48.08 千克标煤/吨，球团：24.35 千 克标煤/吨。

提升球团比，优化钢铁制造的原料结构，能够进一步降低高炉能耗，减少碳排放。 从高炉冶炼实践来看，入炉矿物综合品味每增加 1 个 PCT，焦比降低 1-2 个 PCT。 从重点钢企的高炉入炉品味和焦比数据来看，两者呈现负相关；球团矿含铁品位 65%左右，比烧结矿高约 8%，在高炉炉料中增加球团比重有利于提高炼铁综合入炉品位， 改善高炉冶炼的各项技术经济指标；从欧美国家高炉工艺指标来看，提升球团比后， 产量提高效益明显，同时球团矿含 FeO 低，还原性好，对铁矿石在高炉内的间接还原十分有利，球团品味高，能够减少高炉冶炼扎比，降低能源消耗，最终实现减少 碳排。

3） 相比传统高炉，直接还原铁不消耗焦炭、能耗低，是开展氢冶金的工艺载体

直接还原炼铁法是以气体燃料、液体燃料或非焦煤为能源，在铁矿石、氧化球团或含碳 球团呈固态即软化温度以下进行还原而获得金属铁的方法。这种方法得到的金属产品，由于 还原过程温度较低，脉石难以除去，含碳量低，称为直接还原铁( DRI) 。相比高炉工艺，直 接还原铁不需要焦炭。目前全球还原铁工艺模式包括气基 MIDREX、气基 HYL、煤基还原、以及其他气基模式。2019 年气基模式产量占比达 75.2%（其中 MIDREX 法占比 60.9%，HYL 法占比 13.2%，其他气基占比 2.1%），煤基产量占比 23.8%。

我国直接还原铁产量占比低。2020 年全球直接还原铁产量 10600 万吨，占粗钢料 耗比重 5.32%。从世界钢协发布的数据来看，中国产量低未上榜，预计直接还原铁 产量 10 万吨左右。

气基直接还原铁相比高炉冶炼模式，能耗较低。从高炉、MIDREX、HYL、煤基等 工艺的能耗对比来看，气基法整体能耗低于高炉。气基还原铁能耗在 375-425kg 标煤/吨，高炉冶炼能耗在 480-590kg 标煤/吨。

气基直接还原铁本身碳排放低于高炉，未来开展氢冶金的功能，具备大幅减碳的能 力。目前采取全天然气模式的气基直接还原铁 CO2排放强度只有 500kg/吨，当富氢 比重达到 70%时，CO2排放强度将下降到 150kg/吨，全氢冶炼模式下，CO2排放强 度接近 0。目前气基模式下，直接还原铁竖炉碳排放低于高炉，未来一旦采取全氢 冶炼，将大幅减少碳排放。

国内天然气成本较高，导致国内直接铁生产并无成本优势。从 2017 年美国 nucor 发布的直接还原铁的生产成本来看，其相比美国高炉生铁便宜 20%。但考虑到美国 天然气价格只有国内的 30%（以沿江地区价格对比），测算国内直接还原铁成本要比 高炉生铁高 6-8%。

随着碳达峰、碳中和的推进，钢铁行业面临碳排放配额限制，具备低碳优势的直接还原 铁工艺将在高碳价下，其成本劣势或将逐步缩小、甚至逆转与高炉生铁。同时直接还原铁是 氢冶金的重要工艺步骤，未来其发展面临大机遇空间。