中国钢铁工业碳达峰及低碳转型路径

深入分析钢铁工业CO2排放的影响因素，对钢铁工业节能减排工作的发展具有重要意义。本文基于对数平均迪氏指数分解法（logarithmic mean divisia index，LMDI）来分解各因素对未来中国钢铁工业碳减排潜力的贡献程度。图4所示为不同钢产量达峰情景下钢铁工业碳排放的LMDI分解结果。研究显示，钢产量因素是影响钢铁工业碳排放量的决定性因素。在2030年钢产量达峰情景下，钢产量一直是正相关的影响因素，且其影响能力逐年降低，2025年后钢产量对碳排放的影响能力变得非常微弱，而生产结构成为碳减排重要的影响因素。在2020年钢产量达峰情景下，钢产量因素在2020年前处于决定性地位，而在2020年后结构调整和技术普及将成为碳减排的重要因素。

影响钢铁工业碳排放达峰的因素主要有粗钢产量、生产结构、节能减排技术和碳税等。

（1）粗钢产量。粗钢产量是钢铁工业碳达峰的重要影响因素，它对碳达峰具有决定性的作用。李新创也介绍，在行业达峰目标上，如果2025年前钢铁工业实现碳排放达峰；到2030年钢铁工业碳排放量将较峰值降低30%。所以，基于当前的碳达峰目标和本研究的预测结果，钢产量早日达到峰值对2030年国家实现碳达峰有积极的作用，当然钢产量的变化还取决于市场的需求变化。

（2）生产结构。在2020年钢产量达峰情景下，生产结构调整一直是钢铁工业碳减排的重要贡献者。长期来看，除了控制钢铁产能外，中国钢铁工业的生产结构调整将是减轻钢铁工业碳排放负担的关键手段。

（3）节能减排技术。从2020年钢产量达峰情景的分解结果可知，低碳技术的普及对钢铁工业的减排工作呈现积极作用。钢铁工业不仅要加快当前已商业化技术的普及，还应该尽快推动氢冶金、CCS等具有突破性的低碳技术，实现大幅度的CO2减排，这对实现钢铁工业的碳达峰至关重要。

（4）碳税。建立健全碳税这一公认的“广义”减排价格机制，是实现碳达峰、碳中和目标的必然选择。在理清碳达峰、碳中和理论基础的前提下，应该借鉴欧洲驱动2050年实现碳中和等国际经验，总结中国碳交易市场机制的发展模式，为实现碳达峰、碳中和贡献力量。

2.2 重点区域钢铁工业碳达峰分析

中国幅员辽阔，不同区域在发展阶段、经济实力、资源禀赋等方面有较大差距，应坚持共同而有区别的责任原则。根据经济产业政策、环境保护、市场需求、生产原料及能源供给、水资源压力、交通条件和历史因素7项区域特征并结合工信部2020年最新发布的《钢铁行业产能置换实施办法（征求意见稿）》选择京津冀及周边地区、长三角地区、汾渭平原和以珠三角为核心的两广地区的钢铁工业发展为研究对象。

2.2.1 产量分布

工信部发布的《钢铁行业产能置换实施办法（征求意见稿）》指出，在空气污染控制的主要领域（京津冀及周边地区、长三角地区、汾渭平原和两广地区），严禁增加钢铁产能，钢铁产能和重点企业的置换比率需控制在1.5：1和1.25：1。本文根据中国2020年粗钢产能利用率来补充描述京津冀及周边地区、长三角地区、汾渭平原和两广地区等重点区域的钢铁产能。由于当前国家并未对2020—2030年重点区域的粗钢产量做出规划和部署，根据各区域当前工信部发布的钢铁工业规范及各区域的钢铁工业规划，设置重点区域粗钢产量的参数并对各重点区域的钢产量进行预测。图5所示为重点区域钢产量分布的预测结果。

2.2.2 情景参数设置

为了分析重点区域钢铁工业的节能减排潜力，考虑到数据的可用性，以2015年为基准年，根据上文列举的影响因素设置了与节能减排技术普及和生产结构调整有关的4种情景，其中节能减排技术可以降低工序能耗和排放，生产结构调整则可以改变钢比系数。其中REF情景为基准情景，该情景维持2015年的节能减排技术普及率和生产结构不变。与REF情景相比，ETA情景中各区域钢铁工业节能减排技术普及率升高，电炉铁水比和电炉钢比保持基准年的水平不变。APS情景与ETA情景相反，各区域钢铁工业生产技术的普及率保持基准年不变，电炉铁水比和电炉钢比发生变化，见表4。INT情景是一个综合情景，为了探究多个因素影响下各区域钢铁工业的节能减排潜力。

2.2.3 结果分析

4个情景下重点区域钢铁工业CO2排放变化趋势如图6所示。2015—2030年间，该地区钢铁工业CO2排放量随粗钢产量变化呈现先升高后降低的趋势。REF、ETA、APS和INT情景下，京津冀及周边地区钢铁工业CO2排放量由2015年的604.48 Mt分别上升至2020年的749.58、722.31、737.84和711.24 Mt。2020—2025年间，与ETA情景相比，APS情景下该地区CO2排放量下降速度更快，至2025年APS情景下CO2排放量已低于ETA情景。

2030年4个情景的CO2排放量分别为524.45、490.14、432.05和402.64 Mt。REF、ETA、APS和INT情景下，长三角地区钢铁工业CO2排放量随粗钢产量的增加而增加，由2015年的349.35 Mt分别上升至2020年的388.66、374.40、374.10和360.45 Mt。至2030年，REF、ETA、APS和INT情景下该地区钢铁工业的CO2排放量分别降至296.36、276.84、209.01和193.70 Mt。REF情景和APS情景下汾渭平原钢铁工业CO2排放量于2020年达到92.09 Mt，ETA和INT情景下CO2排放量为88.65 Mt。2020年后，APS情景下汾渭平原钢铁工业CO2排放量降低幅度比ETA情景大，ETA情境下的CO2排放量于2025-2030年间超过APS情景。2030年REF、ETA、APS和INT情景下该地区的CO2排放量分别下降至83.96、78.55、74.86和69.72 Mt。由于两广地区钢铁工业CO2排放量随粗钢产量的增长而增长。REF、ETA、APS和INT情景下该地区钢铁工业CO2排放量由2015年的79.29 Mt分别上升至2025年的185.04、174.97、162.39和152.98 Mt。2030年REF、ETA、APS和INT情景下CO2排放量分别为175.99、164.84、134.51和124.74 Mt。

地方区域是落实国家碳达峰任务的责任主体，要加快制定碳达峰方案，开展达峰行动。不同区域的钢铁生产特点各有不同，应在国家层面加强统筹协调，提出不同区域分阶段达峰路线图，明确各地达峰时限和重点任务。“十四五”期间，经济发展水平高、绿色发展基础好、生态文明创建积极性高的地区应争当“领头羊”，率先实现碳达峰。京津冀及周边地区、长三角地区以及国家生态文明试验区、美丽中国创建示范区等应积极主动作为，率先提出并实现碳达峰。区域“碳达峰”是国家“碳达峰”的重要单元和载体，各区域应以制定碳排放达峰行动方案为契机，结合区域钢铁工业发展特点，统筹推动产业结构和能源结构调整，以低碳环保引领推动高质量发展。

3 钢铁工业低碳转型路径

作为中国国民经济发展的重要支撑产业和高排放行业，钢铁工业应加快低碳转型，统筹谋划目标任务，科学制定低碳转型方案。这不仅是实现碳达峰、碳中和目标的重要方向，也是落实全球应对气候变化目标的重要途径。

3.1 调整钢铁工业结构，提升废钢利用水平

为继续深化钢铁工业供给侧结构性改革，切实推动钢铁工业由大到强转变，工业和信息化部研究编制了《关于推动钢铁工业高质量发展的指导意见（征求意见稿）》，指出优化调整产业布局、加快推进兼并重组、有序引导短流程炼钢、深入推进绿色低碳等建议，电炉钢产量占粗钢总产量比例提升至15%以上，力争达到20%；废钢比达到30%，中国钢铁工业力争2025年率先实现碳排放达峰。不同的钢铁生产流程，其CO2排放强度的差异较大。使用废钢的电炉短流程相较于长流程吨钢可减少2/3的CO2排放，见表5。加大废钢的回收和利用，提高电炉钢的使用比例是实现碳减排的有效途径。

3.2 实现低碳冶金技术突破，推动钢铁工业低碳技术创新

国外钢铁工业已不同程度地对具有突破性的低碳技术项目进行研究，并已取得了一定进展和成效，比如欧盟的超低二氧化碳排放项目（ULCOS）、日本钢铁工业的COURSE50、韩国浦项的全氢高炉炼铁技术、美国的AISI项目等。中国目前也在氢冶金技术方面开展了深入的研究和合作。2019年1月，中核集团、宝钢集团和清华大学三方签订了氢能炼钢合作框架协议，将核能制氢技术带入了大众的视野。2019年11月，河钢集团组建氢能技术与产业创新中心，并与意大利特诺恩集团在氢冶金技术方面开展深入合作，建设全球首例120万t规模的氢冶金示范工程。氢冶金技术可以与碳捕集与封存（CCS）技术结合使用，这将增加钢铁工业的二氧化碳减排潜力。CCS技术是一项具有大规模CO2减排潜力的技术，有望实现化石能源的低碳利用。CCS项目的应用相当广泛，在钢铁工业的无碳化过程中可以起到过渡衔接作用，最后发展成完全无碳的清洁炼钢，用氢气炼钢。

3.3 改变能源结构模式，实现节能提效

钢铁生产的能源利用效率对其CO2排放有直接影响，提升能效水平是未来十年内钢铁工业节能减排的重点。钢铁工业是长流程高耗能行业，以吨钢综合能耗600 kgce计算每年消耗煤炭6亿t以上，在中国钢铁产量持续增加的情形下碳排放将继续增加。目前，各钢铁企业面临着巨大的减排压力。而根据中国资源条件，尽快提高钢铁企业能源利用效率，并改变国内钢铁工业的原料结构，如增加废钢的用量等，才是实现节能减排迫在眉睫的发展目标和实现碳达峰的有力保障。钢铁工业应该从根本上改善能源消费结构，减少煤炭消耗，提升可再生能源利用技术，实现能源结构低碳化发展，从源头解决以煤炭为主要能源结构所导致的碳排放问题。国际能源署（IEA）对钢铁行业的能源结构做出预测，如图7所示。能源管控系统是国家工信部推出的节能先进适用技术之一，也是企业实现能源精细化管理的重要措施。对智慧能源系统进行进一步开发，大力发展智能制造，是提升钢铁工业绿色化、智能化水平的重要手段。

3.4 推进产业间耦合发展，构建跨资源循环利用体系

《关于推动钢铁工业高质量发展的指导意见（征求意见稿）》指出，推进产业间耦合发展，构建跨资源循环利用体系，力争率先实现碳排放达峰。钢铁生产不仅可以制造钢铁产品，还具备能源转换和社会大宗固体废弃物的消纳处理功能。钢铁生产的副产品如高炉渣可以制水泥，蒸汽和副产煤气可以用于发电或化工行业。推进产业间耦合发展，加强钢化联产可以实现钢铁生产中副产品的高附加值利用，是实现钢铁工业碳达峰的重要实施途径。

3.5 积极开展碳达峰及降碳行动，加强碳资产管理

《关于切实做好全国碳排放交易权交易市场启动重点工作的通知》指出，2017年12月中国碳排放权交易体系正式开启，全国统一运行，钢铁工业应该做好参与碳资产管理的相关工作，核心企业应发挥示范引领作用。碳资产包括政府分配的碳排放指标、通过CDM认证获得的减排量和通过交易获得的碳资产，这些资产本身就能给钢铁企业带来直接收益，还包括钢铁企业的碳管理技术和理念等。钢铁企业应对自身进行全面碳核查，加强碳预算管理和构建碳预算框架，并构建碳资产管理绩效评价体系，指导企业碳资产管理运行。上海宝钢作为第一批试点企业，配合上海市制定了钢铁企业碳排放量核算方法。通过实行碳资产管理，可以清晰地发现减排指标、技术指标、财务绩效等因素之间的关系，从而更加科学地管理钢铁企业的碳资产，提高产品的竞争力。

4 结论

（1）对两种不同钢产量达峰情景下的中国钢铁工业碳达峰进行分析，结果表明，结合当前的钢铁工业碳达峰目标，钢产量早日达到峰值对实现2030年国家总体碳达峰有积极的作用。

（2）从对2020年钢产量达峰情景的CO2排放LMDI分解结果可知，粗钢产量是钢铁工业碳达峰的决定性因素；而2020年钢产量达到峰值后，结构调整和技术普及将成为CO2减排的重要因素。

（3）区域碳达峰是国家碳达峰的重要单元和载体。本研究对京津冀及周边地区、长三角地区、汾渭平原和两广地区4个重点区域的碳排放进行了预测，各区域应制定碳排放达峰行动方案，为实现国家碳达峰任务贡献力量。

（4）加快调整产业结构、推广低碳技术、改变能源结构、推进产业间耦合、加强碳资产管理等方面制定钢铁工业的低碳转型路径，对实现中国钢铁工业碳达峰、碳中和有重要意义。