崔志峰，徐安軍?，上官方欽

1) 北京科技大學(xué)冶金與生態(tài)工程學(xué)院，北京 100083 2) 中國鋼研科技集團(tuán)有限公司鋼鐵綠色化智能化技術(shù)中心，北京 100081

隨著社會經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展，由溫室氣體排放引起的全球氣候變化問題愈發(fā)嚴(yán)重.據(jù)國際能源署（IEA）統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示：2019年全球由化石燃料燃燒引起的碳排放總量已達(dá)到336億噸，相較于1990年的205億噸，增幅高達(dá)約63.9%[1].同時根據(jù)聯(lián)合國政府間氣候變化專門委員會（IPCC）估算，若CO2排放量繼續(xù)以此高速率增長，則全球平均氣溫將升高6 ℃，甚至更高[2]，這也將對人類的生存環(huán)境造成不可逆轉(zhuǎn)的嚴(yán)重影響.

在眾多碳排放行業(yè)中，鋼鐵生產(chǎn)作為典型的鐵-煤化工過程，不僅是資源能源密集型產(chǎn)業(yè)，也是CO2排放大戶.據(jù)世界鋼鐵協(xié)會數(shù)據(jù)統(tǒng)計，2020年全球鋼鐵行業(yè)平均每生產(chǎn)1 t鋼排放1.85 t[3]二氧化碳.2020年，全球共生產(chǎn)約18.78億噸[4]鋼，鋼鐵行業(yè)的直接碳排放總量約為26億噸[5]，占全球人類活動碳排放總量的7%～9%，是全球主要碳排放源之一.因此，在推進(jìn)全球低碳發(fā)展的工作中，鋼鐵行業(yè)義不容辭地應(yīng)承擔(dān)更大的減排責(zé)任.

1 國際鋼鐵工業(yè)低碳發(fā)展概況

1.1 國外鋼鐵企業(yè)碳排放現(xiàn)狀

2021年11 月，世界鋼鐵協(xié)會發(fā)布了《2021年可持續(xù)發(fā)展指標(biāo)報告》[6]，報告統(tǒng)計了2007—2020年間，國際鋼鐵協(xié)會會員企業(yè)（如：ArcelorMittal、POSCO、ThyssenKrupp等）噸鋼CO2排放量及能源消耗量.結(jié)果顯示：國際鋼協(xié)會員企業(yè)的噸鋼碳排放量多在1.75～1.85 t范圍內(nèi)波動；噸鋼能耗多維持在20 GJ水平上下.具體數(shù)據(jù)情況如圖1所示，圖中噸鋼碳排放量和噸鋼能耗為世界鋼協(xié)根據(jù)轉(zhuǎn)爐及電弧爐兩種工藝路線的產(chǎn)量份額進(jìn)行加權(quán)計算確定.

圖1 全球鋼鐵企業(yè)粗鋼產(chǎn)量、噸鋼碳排放及噸鋼能耗情況Fig.1 Crude steel output, carbon emission, and energy consumption per ton of steel of global steel enterprises

世界鋼協(xié)的統(tǒng)計數(shù)據(jù)只能反映全球鋼鐵行業(yè)碳排放的平均水平，為全面客觀描述不同國家、不同規(guī)模、不同工藝流程鋼鐵企業(yè)碳排放情況，選取以下典型鋼鐵企業(yè)，對其碳排放總量及噸鋼碳排放量兩個指標(biāo)進(jìn)行統(tǒng)計分析.

安賽樂米塔爾（ArcelorMittal）作為全球粗鋼產(chǎn)量最大的鋼鐵企業(yè)之一，其年均粗鋼產(chǎn)量高達(dá)9000萬噸；其中，高爐-轉(zhuǎn)爐長流程（BF-BOF）、直接還原-電爐流程（DRI-EAF）及全廢鋼電爐短流程（Scrap-EAF）的產(chǎn)量占比分別為：83%、7%、10%.根據(jù)國際鋼協(xié)制訂的CO2排放計算方法，三種流程的CO2排放量如圖2所示.值得注意的是：根據(jù)安賽樂米塔爾年度氣候報告[7]中的統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示，BF-BOF流程噸鋼碳排放量約為Scrap-EAF流程的4倍之多.這一數(shù)據(jù)也客觀反映出了全廢鋼電爐短流程巨大的降碳潛力，對中國鋼鐵行業(yè)未來的發(fā)展具有一定的借鑒意義.

圖2 2007—2018年ArcelorMittal碳排放量變化圖Fig.2 ArcelorMittal carbon emissions bar graph from 2007 to 2018

新日本制鐵株式會社（Nippon Steel Corporation）是目前日本產(chǎn)鋼量最大的鋼鐵企業(yè)，也是日本主要的碳排放企業(yè)之一.據(jù)新日鐵2020年度環(huán)境報告[8]顯示，2019年度企業(yè)粗鋼總產(chǎn)量高達(dá)3954萬噸，CO2總排放量約為9400萬噸，噸鋼CO2排放量為2.06 t，具體碳排放數(shù)據(jù)及變化情況如圖3所示.

圖3 2015—2019年Nippon Steel Corporation碳排放量變化圖Fig.3 Nippon Steel Corporation carbon emissions bar graph from 2015 to 2019

浦項鋼鐵公司（Pohang Iron and Steel Company）是韓國最大的鋼鐵公司，也是全球最大的鋼鐵制造廠商之一，其每年為全球超60多個國家及地區(qū)提供鋼鐵產(chǎn)品2600多萬噸.據(jù)2020年浦項制鐵企業(yè)公民報告[9]中相關(guān)數(shù)據(jù)顯示，較2019年8020萬噸的企業(yè)碳排放量而言，2020年碳排放總量略有下降，為7560萬噸；但噸鋼碳排放強(qiáng)度未見明顯降低，詳細(xì)的數(shù)據(jù)情況如圖4所示.

圖4 2017—2020年P(guān)OSCO碳排放量變化圖Fig.4 POSCO carbon emissions bar graph from 2017 to 2020

中國鋼鐵股份有限公司（China Steel，簡稱中鋼）是中國臺灣省最大的鋼鐵企業(yè)，雖然年產(chǎn)量遠(yuǎn)不及寶鋼、河鋼等內(nèi)地鋼鐵企業(yè)，但其依舊擁有較高國際地位及影響力.參考2020年企業(yè)社會責(zé)任報告書[10]中的相關(guān)數(shù)據(jù)，自2015年以來，中鋼年CO2排放總量多保持在2000萬噸，噸鋼碳排放量多在2.3～2.4 t水平區(qū)間范圍內(nèi).具體碳排放數(shù)據(jù)如圖5所示.

圖5 2015—2019年中鋼碳排放量變化圖Fig.5 China Steel (Taiwan) carbon emissions bar graph from 2015 to 2019

美國大河鋼鐵廠（Big River Steel）是一座以電弧爐冶煉、精煉、薄板坯連鑄連軋為生產(chǎn)工藝的高效短流程鋼鐵企業(yè).參考其《2019年度企業(yè)社會責(zé)任報告》[11]中統(tǒng)計的數(shù)據(jù)，2020年企業(yè)共回收利用廢鋼182.39萬噸，生產(chǎn)直接還原鐵水163.44萬噸，電爐噸鋼電耗 681.5 kW·h·t-1，與國內(nèi)電爐噸鋼電耗水平接近，但其EAF-RH工藝流程CO2排放總量僅為21.03萬噸，合噸鋼CO2排放量為0.129 t，遠(yuǎn)小于國內(nèi)電爐流程噸鋼CO2排放量的0.46 t.究其原因主要是因為美國能源結(jié)構(gòu)與我國存在明顯差異，其電力碳排放因子遠(yuǎn)小于我國；以2019年電力碳排放因子為例，美國約為0.42 t·(MW·h)-1[12]，中國約為0.58 t·(MW·h)-1[13].詳細(xì)碳排放情況如圖6所示.

圖6 2017年～2020年美國大河鋼鐵廠碳排放量變化圖Fig.6 Big River Steel carbon emissions bar graph from 2017 to 2020

通過上述結(jié)果分析，目前國際鋼鐵行業(yè)碳排放主要存在以下特征：

（1） 同一鋼鐵企業(yè)噸鋼碳排放量不一定是逐年降低的.雖然各類節(jié)能降碳技術(shù)不斷普及應(yīng)用，但噸鋼CO2排放量還與當(dāng)年企業(yè)的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)、用能結(jié)構(gòu)、原燃料質(zhì)量以及管理水平等密切相關(guān).

（2）不同鋼鐵企業(yè)的噸鋼CO2排放數(shù)據(jù)不能簡單地進(jìn)行直接比較.因為各國家地區(qū)原料條件不同，各鋼鐵企業(yè)流程結(jié)構(gòu)不同、能源結(jié)構(gòu)不同，甚至其CO2排放的計算方法、統(tǒng)計口徑和范圍都存在差異，因此僅通過簡單比較CO2排放指標(biāo)來評價孰優(yōu)孰劣，是不可靠、不科學(xué)的.這也啟示中國鋼鐵行業(yè)有必要積極開展CO2排放計算方法的研究工作.

（3）相較于BF-BOF流程而言，EAF流程噸鋼碳排放要小得多.由此可見，調(diào)整流程結(jié)構(gòu)、發(fā)展全廢鋼電爐流程是鋼鐵行業(yè)碳減排的有力措施.

（4）整體而言，各鋼鐵企業(yè)CO2排放總量降幅較小，部分企業(yè)甚至有上浮趨勢.因此，鋼鐵行業(yè)依舊面臨著嚴(yán)峻的降碳壓力和減排任務(wù).

1.2 鋼鐵工業(yè)碳減排目標(biāo)及策略

面對嚴(yán)峻的生態(tài)環(huán)境形勢，主要產(chǎn)鋼國及鋼鐵企業(yè)紛紛制訂低碳發(fā)展戰(zhàn)略目標(biāo)，具體內(nèi)容如表1所示.

為如期達(dá)成上述減排目標(biāo)，各主要產(chǎn)鋼國及企業(yè)陸續(xù)啟動低碳發(fā)展項目，研發(fā)低碳生產(chǎn)技術(shù)，經(jīng)過相關(guān)文獻(xiàn)調(diào)研[14-19]，匯總?cè)绫?所示.

表 2 主要產(chǎn)鋼國低碳項目/技術(shù)一覽表Table 2 List of low-carbon projects/technologies in major steel-producing countries

參考表2，未來鋼鐵行業(yè)低碳發(fā)展的方向及策略主要有以下幾點(diǎn)：

（1）大力發(fā)展電爐短流程.相較于高爐—轉(zhuǎn)爐長流程，全廢鋼電爐流程無論是在能耗水平，還是在碳排放方面均具有一定的優(yōu)勢.美國由于具備豐富的社會廢鋼資源，其電弧爐煉鋼技術(shù)迅速發(fā)展，目前電爐鋼比已達(dá)到70%左右，這也為美國鋼鐵工業(yè)的低碳發(fā)展奠定了良好基礎(chǔ).

（2）開展氫冶金技術(shù)研發(fā).歐盟超低二氧化碳排放煉鋼工藝研究項目(Ultra-low CO2steelmaking，ULCOS) 是已知的氫基煉鋼最早的綜合研究項目；此外，日本COURESE50項目、瑞典HYBRIT項目、奧地利H2FUTURE項目、SALCOS項目等也均是氫冶金技術(shù)研發(fā)的典型代表項目.雖然氫冶金擁有巨大的節(jié)能降碳潛力，但目前仍處于研發(fā)起步階段，面臨眾多嚴(yán)峻挑戰(zhàn)[20]：

首先，如何保證制氫技術(shù)路線的經(jīng)濟(jì)性與低碳性？目前，工業(yè)制氫的方式多種多樣，消耗的能源種類也各不相同，導(dǎo)致其制氫成本也有所差距，具體如表3所示.

表 3 各制氫技術(shù)成本一覽表[21]Table 3 List of Costs of various hydrogen production technologies

從表3中不難發(fā)現(xiàn)，工業(yè)制氫技術(shù)可劃分為兩類：一是以COURESE50項目為代表的石化能源制氫，也是目前最廣泛應(yīng)用的制氫技術(shù)，但這種方式使用的仍是高碳能源，無法有效避免CO2排放問題.二是以HYBRIT項目、H2FUTURE項目等為代表的電解水制氫，其中若使用的電力資源來源于火力發(fā)電，則該技術(shù)實質(zhì)仍是使用高碳能源，僅轉(zhuǎn)移了碳排放源，并不能有效減少碳排放；只有使用風(fēng)能、光能等可再生清潔能源發(fā)電時，該技術(shù)相較于化石能源制氫法，才能夠有效減少CO2排放，但由于“綠電”技術(shù)尚未成熟，故大規(guī)模、低成本地制取“綠氫”依舊面臨著嚴(yán)峻的技術(shù)挑戰(zhàn).因此，參考表3內(nèi)相關(guān)數(shù)據(jù)，再結(jié)合目前各制氫技術(shù)特點(diǎn)，筆者認(rèn)為：工藝成本低、技術(shù)成熟度高的煤炭（氣）制氫技術(shù)是現(xiàn)階段主流的制氫形式，但未來，電解水制氫（尤其是綠電電解制氫）的發(fā)展及提升空間是廣闊的，必將成為最優(yōu)的制氫技術(shù)方案.

其次，如何安全穩(wěn)定地做好氫氣的儲運(yùn)？氫能源大規(guī)模高效利用的關(guān)鍵就是成熟的儲氫和運(yùn)輸技術(shù)，目前較常見的儲氫工藝主要有高壓氣態(tài)儲氫、低溫液態(tài)儲氫以及固態(tài)儲氫等.其中，高壓氣態(tài)儲氫由于其能耗低、成本低、技術(shù)成熟、充放氫速度快等優(yōu)點(diǎn)，已成為當(dāng)前車用儲氫普遍應(yīng)用的技術(shù)；低溫液態(tài)儲氫雖然其儲氫密度高、純度高，但儲氫過程能耗大、成本高，故僅在航空航天等特殊領(lǐng)域有所應(yīng)用；固態(tài)儲氫技術(shù)在氫燃料電池汽車應(yīng)用方面優(yōu)勢明顯，但目前仍存在諸多技術(shù)難題，是未來儲氫技術(shù)發(fā)展的重要方向.

（3）開展碳捕集、利用與封存（CCUS）技術(shù)研發(fā).由德國教育與科技部立項，蒂森克虜伯等15家企業(yè)合作承擔(dān)的Carbon2Chem項目就是碳捕集利用（CCU）技術(shù)工業(yè)應(yīng)用的典型代表.該項目的主要目的是探索利用煉鋼廠廢氣來生產(chǎn)含有C、H的合成氣體，進(jìn)而用于生產(chǎn)氨氣、甲醇等初級化工產(chǎn)品.預(yù)計該項目可經(jīng)濟(jì)地回收利用德國鋼鐵工業(yè)每年排放的2000萬噸CO2氣體，約占整個工業(yè)及制造業(yè)總CO2排放量的10%，具有極大的減碳潛力.

而目前，碳捕集封存（CCS）技術(shù)仍面臨著碳泄漏、地表變形、誘發(fā)地震等地質(zhì)封存問題[22]， CCU技術(shù)也因高昂的投資成本而限制了發(fā)展.因此，與氫冶金技術(shù)一樣，CCUS技術(shù)正處于試驗研發(fā)的起步階段，還未大規(guī)模地投入工程應(yīng)用.

（4）清潔能源利用.美國紐柯鋼鐵公司在密蘇里州塞達(dá)利亞建成了全美首座100%風(fēng)能供電的煉鋼廠，耶弗拉茲北美公司將旗下落基山煉鋼廠改造成全美首座100%太陽能供電的煉鋼廠，以上都是新能源在冶金行業(yè)成功應(yīng)用的典型案例，值得國內(nèi)重點(diǎn)鋼鐵企業(yè)學(xué)習(xí)借鑒.

1.3 其他低碳發(fā)展方針對策

鋼鐵行業(yè)要實現(xiàn)“碳達(dá)峰、碳中和”的雙碳目標(biāo)，僅僅依靠低碳技術(shù)是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，各國還需從市場、政策、法規(guī)的層面著手，采取相應(yīng)的減碳措施.其中，碳交易與碳稅作為碳減排的兩種主要政策工具，得到了各國政府的廣泛應(yīng)用.

（1）碳交易.

碳交易，即將二氧化碳排放配額視作一種商品，通過支付金額來獲得一定數(shù)量的二氧化碳排放配額，以完成國家或政府下發(fā)的碳減排目標(biāo)，原理如圖7所示.碳交易是一種基于市場調(diào)控的、低成本控制或減少溫室氣體排放的政策工具[23].2005年1月，歐盟碳排放交易體系正式建立并投入運(yùn)行，并逐步發(fā)展成為全球最大的多國家、多領(lǐng)域溫室氣體排放權(quán)交易體系.

圖7 碳交易基本原理圖Fig.7 Basic principles of carbon trading

碳排放交易體系的核心是碳排放配額分配，政府需統(tǒng)籌國家排控目標(biāo)與各行業(yè)、各企業(yè)的減排潛力后，將碳排放配額精準(zhǔn)地分配下去.以歐盟碳交易市場為例，免費(fèi)分配給各企業(yè)/部門的碳配額是根據(jù)所屬行業(yè)碳排放基準(zhǔn)值計算得到的，具體的計算公式[25]如下所示：

其中，Allocation為企業(yè)/部門獲得的碳配額量，t；Benchmark為行業(yè)基準(zhǔn)值，指該行業(yè)每生產(chǎn)1 t產(chǎn)品排放的 CO2量，t·t-1；HAL 為歷史活動水平，指該企業(yè)與基準(zhǔn)值對應(yīng)的當(dāng)年歷史產(chǎn)量，t；CLEF為碳泄漏暴露因子，是恒定的100%或一個遞減函數(shù)，具體取決于碳泄漏狀態(tài)；CSCF為跨部門修正因子，一般情況下由歐盟委員會統(tǒng)一確定.

行業(yè)基準(zhǔn)值表示某一行業(yè)碳排放的平均水平，精確的基準(zhǔn)值是合理分配碳配額的前提與基礎(chǔ).對于如何確定基準(zhǔn)值，歐盟給出的方案[25]是：

（a）定期更新行業(yè)基準(zhǔn)值.目前使用的基準(zhǔn)值是根據(jù)2007—2008年的行業(yè)數(shù)據(jù)確定的，同時計劃在2021—2025年和2026—2030年間分別更新一次基準(zhǔn)值，以保證數(shù)據(jù)的時效性；

（b）默認(rèn)情況下，考慮到工藝進(jìn)步帶來的降碳效果，基準(zhǔn)值每年降低1%；

（c）對于減排潛力較低的行業(yè)，基準(zhǔn)值每年降低0.5%，而對于減排潛力較大的行業(yè)，基準(zhǔn)值每年降低1.5%.

（2）碳稅.

碳稅是指針對碳排放量征收一定的稅額.征收碳稅一方面可以減少化石燃料的需求量，進(jìn)而減少二氧化碳的排放量；另一方面，國家及政府增加了稅收，有利于低碳技術(shù)研發(fā)資金的投加.通過征收碳稅以達(dá)到減碳的目的，最初是在20世紀(jì)90年代由一些北歐國家提出的，隨后日本、新西蘭等其他一些國家也紛紛考慮開征碳稅.

（3）碳邊境稅.

碳邊境稅又稱“碳關(guān)稅”，是在碳稅基礎(chǔ)上形成的概念.在國家或地區(qū)采取相應(yīng)碳減排措施（如征收碳稅）后，該地區(qū)內(nèi)的部分高耗能產(chǎn)業(yè)就向其他未采取碳減排措施的國家轉(zhuǎn)移，從而引起被轉(zhuǎn)移國家碳排放量增長，這也被稱作“碳泄漏”現(xiàn)象.為解決該問題，歐洲議會于2021年3月通過了一項歐盟碳邊境調(diào)節(jié)機(jī)制（CBAM）的決議，提出歐盟將對部分進(jìn)口商品征收碳關(guān)稅.碳邊境稅的實施要求我國鋼鐵企業(yè)在出口鋼材產(chǎn)品時，必須提供歐盟認(rèn)可的產(chǎn)品全生命周期評價(LCA)報告，這也對我國鋼鐵行業(yè)的LCA研究工作提出了新的要求與挑戰(zhàn).

2 中國鋼鐵工業(yè)碳達(dá)峰、碳中和形勢分析與應(yīng)對策略

2.1 中國鋼鐵行業(yè)碳排放現(xiàn)狀

工業(yè)生產(chǎn)是CO2等溫室氣體的主要排放源之一，中國作為目前最大的工業(yè)國，其工業(yè)生產(chǎn)造成的能源消耗量約占全球工業(yè)能源消耗總量的35%，工業(yè)CO2排放量約占全球工業(yè)CO2排放量的50%[26-27].而鋼鐵行業(yè)作為工業(yè)生產(chǎn)的重要領(lǐng)域，是能源消費(fèi)大戶，也是CO2排放大戶，因此做好鋼鐵行業(yè)的減排降碳工作是達(dá)成“碳達(dá)峰、碳中和”目標(biāo)的關(guān)鍵保障.

采用上官方欽等[28]提出的CO2排放計算方法，并選取《中國能源統(tǒng)計年鑒》[29]中黑色金屬冶煉及壓延加工業(yè)的終端能源消費(fèi)量數(shù)據(jù)，上官方欽等[30]對我國1991—2020年鋼鐵行業(yè)的粗鋼產(chǎn)量及碳排放情況進(jìn)行了粗略估算，并得出以下結(jié)論：

（1）中國鋼鐵行業(yè)粗鋼產(chǎn)量日益增長，由1991年的7075萬噸逐步增長到2020的10.65億噸，產(chǎn)量增長約14.05倍；

（2）中國鋼鐵行業(yè)噸鋼CO2排放量逐年降低，由1991年的3.91 t降低到2020年的1.63 t，降幅達(dá)58%，由此也客觀反映出我國在過去30年間的節(jié)能減排工作上取得了一定的成果；

（3）中國鋼鐵行業(yè)由能源消耗引起的CO2排放總量在2014年前增速迅猛，在2014年達(dá)到17.35億噸后，呈現(xiàn)逐年下降趨勢.但由于近兩年粗鋼產(chǎn)量的增加，自2019年開始全國鋼鐵行業(yè)碳排放總量又呈現(xiàn)上升趨勢；據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)顯示，2020年鋼鐵行業(yè)CO2排放總量高達(dá)15.98億噸，占全國CO2排放總量的15%.

2.2 國內(nèi)鋼鐵企業(yè)碳減排目標(biāo)

雖然近30年的節(jié)能減排工作取得顯著成果，但由于粗鋼產(chǎn)量基數(shù)巨大，我國鋼鐵行業(yè)依舊面臨著嚴(yán)峻的碳減排壓力.為應(yīng)對全球氣候變化問題，中國積極主動地做出減排承諾.2020年9月22日，在第75屆聯(lián)合國大會上，習(xí)近平總書記代表中國明確表示：中國力爭于2030年前實現(xiàn)碳達(dá)峰，努力爭取2060年前實現(xiàn)碳中和.

為積極相應(yīng)國家碳減排號召，國內(nèi)各大鋼鐵企業(yè)陸續(xù)發(fā)布了碳達(dá)峰、碳中和的目標(biāo)規(guī)劃，具體如表4.

表 4 國內(nèi)部分鋼鐵企業(yè)碳達(dá)峰、碳中和行動規(guī)劃Table 4 Action plan for carbon peak and carbon neutrality of some domestic steel companies

從上述企業(yè)發(fā)布的碳減排規(guī)劃看，其擬定的碳達(dá)峰、碳中和時間均早于“雙碳”目標(biāo)規(guī)劃時間；同時相較于部分國際鋼鐵企業(yè)（表1），國內(nèi)鋼鐵企業(yè)擬定的減排目標(biāo)更高，減排力度更大，未來極有可能將引領(lǐng)世界鋼鐵行業(yè)的低碳發(fā)展.

2.3 中國鋼鐵行業(yè)碳達(dá)峰、碳中和應(yīng)對策略

參閱上官方欽等[30]繪制的中國鋼鐵行業(yè)碳中和技術(shù)路線圖以及相關(guān)文獻(xiàn)[31-32]，我國鋼鐵工業(yè)實現(xiàn)碳達(dá)峰、碳中和的應(yīng)對策略主要可概括為以下幾點(diǎn)：

（1）落實粗鋼產(chǎn)量控制，實現(xiàn)減量化、高質(zhì)量發(fā)展.噸鋼碳排放強(qiáng)度和粗鋼總產(chǎn)量是影響碳排放總量的兩個因素，其中，粗鋼產(chǎn)量與碳排放總量之間更是具有很強(qiáng)的相關(guān)性.因此，若想減少碳排放總量，必須嚴(yán)格控制全國粗鋼產(chǎn)量，實行總量削減、淘汰落后產(chǎn)能政策.

（2）調(diào)整生產(chǎn)流程結(jié)構(gòu).減少了焦化、燒結(jié)、高爐等煉鐵全系統(tǒng)的全廢鋼電爐冶煉短流程，相較于高爐—轉(zhuǎn)爐長流程而言，具有能耗低、污染少等優(yōu)點(diǎn).相關(guān)研究數(shù)據(jù)表明，同樣生產(chǎn)1 t鋼材，短流程的CO2排放總量不及長流程的1/3.由此可見，發(fā)展全廢鋼電爐短流程是未來鋼鐵工業(yè)低碳化發(fā)展的主要方向.

（3）研發(fā)低碳節(jié)能技術(shù).國內(nèi)鋼鐵企業(yè)及科研院所應(yīng)從單體裝置節(jié)能減排技術(shù)、工序間銜接匹配界面技術(shù)、全流程動態(tài)有序協(xié)同連續(xù)優(yōu)化技術(shù)等三個方面[33]進(jìn)行研發(fā)及應(yīng)用.在大力推行流程界面優(yōu)化、高品質(zhì)鋼材冶煉、化石能源替代等較成熟常規(guī)技術(shù)應(yīng)用的同時，也要積極開展氫冶金、CCUS等創(chuàng)新型顛覆技術(shù)的研發(fā)，為實現(xiàn)雙碳目標(biāo)提供技術(shù)保障.

（4）建設(shè)碳交易體系等其他策略.相關(guān)職能部門應(yīng)加強(qiáng)碳排放管理、碳交易體系建設(shè)等工作的開展，要時刻關(guān)注國際碳市場、碳關(guān)稅的變動，及時做出相應(yīng)調(diào)整，維護(hù)國內(nèi)碳市場平穩(wěn)的同時，實現(xiàn)市場機(jī)制碳減排的目的.

2.4 國內(nèi)某鋼鐵企業(yè)低碳發(fā)展案例解析

針對上節(jié)所提出的各類減碳路徑，現(xiàn)選取國內(nèi)某一典型鋼鐵企業(yè)，以其技術(shù)特點(diǎn)、地理位置、資源稟賦、發(fā)展規(guī)劃為依據(jù)，針對性地分析并提出7條適合該企業(yè)的低碳發(fā)展路徑，總結(jié)歸納如下，以供參考.

（1）鐵素資源優(yōu)化.

（a）提高長流程球團(tuán)比

據(jù)統(tǒng)計，2020年該企業(yè)長流程球團(tuán)礦用量占比約為25%，采用其自主研發(fā)的高比例球團(tuán)技術(shù)后，預(yù)計2030年長流程球團(tuán)比可提升至38%.

（b）提高長流程廢鋼比

隨著社會廢鋼資源的累計增多，該企業(yè)長流程廢鋼比預(yù)計可從當(dāng)前的16%增大至2030年的20%.

（2）流程優(yōu)化重構(gòu).

（a）優(yōu)化長短流程比例

2020年，該企業(yè)長流程產(chǎn)量占比為97%，短流程產(chǎn)量占比為3%；2030年，企業(yè)規(guī)劃降低長流程占比至78%，提升短流程占比至13%，同時發(fā)展氫冶金流程，約占9%.

（b）采用工序界面技術(shù)

目前，該企業(yè)由于出鐵時間與轉(zhuǎn)爐冶煉時間不匹配、鐵水包/鋼包在線個數(shù)多、周轉(zhuǎn)慢等問題造成鐵鋼界面、鋼鑄界面、鑄軋界面溫降較大，通過應(yīng)用各類“界面技術(shù)”，預(yù)計2030年三個界面的溫降可分別降低60、50和130 ℃，同時帶來一定的節(jié)能降碳效果.

（3）系統(tǒng)能效提升.

（a）降低工序能源單耗

2020年，該企業(yè)各工序能耗雖然均低于行業(yè)單位產(chǎn)品能耗限額值，但與先進(jìn)值之間還存在一定差距；在采取煤調(diào)濕、燒結(jié)礦顯熱回收等低碳節(jié)能技術(shù)后，預(yù)計2030年各工序能耗均有一定幅度的下降.

（b）提高企業(yè)自發(fā)電量

2020年，該企業(yè)自發(fā)電比例僅為45%，2030年，企業(yè)規(guī)劃將自發(fā)電比例提升至70%.

（c）加快企業(yè)智能化改造

目前整個企業(yè)生產(chǎn)設(shè)備及管理設(shè)備的智能化水平不高，在該方向上預(yù)計存有百萬噸的減碳潛力.

（4）用能結(jié)構(gòu)優(yōu)化.

（a）增大社會綠電用量

隨著社會電力結(jié)構(gòu)的改善，鋼鐵企業(yè)可用社會綠電量逐步增多，這一部分也將給企業(yè)帶來一定的減碳空間.

（b）加強(qiáng)可再生能源利用

該企業(yè)位處華北平原，常年光照充足，風(fēng)力資源豐富，若對這部分可再生清潔能源加以利用，定會取得可觀的減碳效果.

（5）低碳技術(shù)變革.

（a）應(yīng)用氫冶金技術(shù)

目前，對于國內(nèi)鋼鐵行業(yè)而言，氫冶金技術(shù)正處于實驗研究階段，并沒有大規(guī)模地應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)過程.而該企業(yè)戰(zhàn)略定位較高、技術(shù)理念先進(jìn)，故其規(guī)劃在2023年后，逐步建成共約500萬噸的氫冶金流程，這一技術(shù)也是未來行業(yè)實現(xiàn)碳中和的重要支撐.

（b）應(yīng)用碳捕集、利用與封存技術(shù)

與氫冶金技術(shù)類似，碳捕集、利用與封存技術(shù)也屬于一種顛覆性變革技術(shù)；由于其成本較高，目前在鋼鐵企業(yè)內(nèi)的應(yīng)用實例較少.但該技術(shù)作為行業(yè)實現(xiàn)碳中和的重要保障，其帶來的減碳潛力是不容忽視的.

（6）產(chǎn)業(yè)協(xié)同降碳.

該企業(yè)廠區(qū)周邊存有豐富的森林資源，故該企業(yè)在利用森林碳匯固碳方面具有得天獨(dú)厚的優(yōu)勢；除此之外，該企業(yè)在爐渣資源化回收利用方面也有一定的技術(shù)儲備；以上這些與林業(yè)、建筑業(yè)等其他行業(yè)協(xié)同降碳技術(shù)，也將給企業(yè)帶來顯著的降碳成果.

（7）降碳管理強(qiáng)化.

除上述降碳路徑外，企業(yè)還應(yīng)該重視低碳發(fā)展管控平臺及保障機(jī)制的建立.例如，企業(yè)應(yīng)積極搭建“企業(yè)碳核算管控平臺”、“產(chǎn)品碳足跡分析平臺”、“企業(yè)碳資產(chǎn)管理平臺”，應(yīng)建立健全“企業(yè)碳排放管理標(biāo)準(zhǔn)體系”、“企業(yè)碳金融交易制度”，同時還要加強(qiáng)人才隊伍建設(shè)，增加全體員工碳減排意識.上述措施均會在無形中促進(jìn)及保障企業(yè)低碳化、綠色化發(fā)展！

3 結(jié)論

(1) 當(dāng)前國際鋼鐵行業(yè)面臨嚴(yán)峻的降碳壓力和減排任務(wù)，對此，美國、歐盟、韓國、日本等主要產(chǎn)鋼國陸續(xù)制訂低碳發(fā)展戰(zhàn)略，并啟動低碳發(fā)展項目，主要聚焦在發(fā)展電爐流程、氫冶金、CCUS和清潔能源利用四個方向上.

(2) 減量化發(fā)展和流程結(jié)構(gòu)調(diào)整是我國鋼鐵行業(yè)低碳發(fā)展的主攻方向，但同時也不能忽視節(jié)能技術(shù)帶來的降碳潛力，而對于氫冶金、CCUS等顛覆性低碳技術(shù)，雖然其作為未來低碳發(fā)展的一個重要方向，但也需清晰認(rèn)識到在實踐過程中，仍存在眾多技術(shù)性難題，普及應(yīng)用的時間期限存在極大不確定性，尚不能作為鋼鐵行業(yè)碳中和的決策依據(jù).

(3) 在鋼鐵行業(yè)的低碳發(fā)展上，國內(nèi)外基本處于同一起跑線上，相較于部分國外鋼鐵企業(yè)，國內(nèi)鋼鐵企業(yè)擬定的碳減排目標(biāo)更高，減排力度更大；通過這一輪的變革，未來極有可能引領(lǐng)世界鋼鐵行業(yè)的低碳發(fā)展.

(4) 未來鋼鐵行業(yè)必將是碳排放權(quán)交易及征收碳稅、碳邊境稅的主要對象，故國內(nèi)鋼鐵企業(yè)應(yīng)時刻關(guān)注國外碳交易及碳稅的進(jìn)展，及時開展企業(yè)碳核算、產(chǎn)品碳足跡等相關(guān)研究工作，提前布局，把握機(jī)會.