钢铁工业实现碳达峰探讨及减碳建议

张龙强

编者按：2023年3月26日，冶金工业信息标准研究院迎来60周年院庆。六十载砥砺奋进、六十载勇毅前行、六十载勇立潮头、六十载奋楫争先，作为国内唯一集冶金信息研究、标准化服务、综合咨询、媒体宣传于一体的专业化科研机构，冶金工业信息标准研究院始终牢记责任担当、坚守初心使命，持续为政府、行业和企业持续提供着有价值服务，赋能钢铁行业高质量发展。值此冶金工业信息标准研究院成立60周年之际，本刊择编相关有文章，向60周年院庆献礼。

气候变化是当今人类面临的全球性挑战之一，为应对气候变化、推动构建人类命运共同体，需要世界各国协同一致减少温室气体排放。中国政府高度重视气候变化问题，积极主动地做出减排承诺，习近平总书记宣告“二氧化碳排放力争于2030年前达到峰值，努力争取2060年前实现碳中和”，已将应对气候变化上升为国家战略，中央经济工作会议也将做好碳达峰、碳中和工作作为八项重点任务之一。钢铁工业是我国国民经济的重要基础原材料产业，是建设现代化强国的重要支撑，同时在生产制造过程中消耗了大量化石能源，成为我国制造业的碳排放大户。近年来，随着我国钢铁工业生产结构调整、节能技术普及和管理水平的提高，能源消耗得到进一步下降，部分钢铁企业的能源利用效率已达到世界先进水平。但在我国钢铁生产能源结构以煤炭为主、流程结构以高炉-转炉长流程为主的模式下，粗钢产量的快速增长导致我国钢铁工业碳排放总量仍处于高位。无论是应对全球气候变化，还是支撑中国制造高质量发展，中国钢铁工业都责无旁贷地需要加快低碳转型，特别是在“碳达峰”和“碳中和”的目标约束下，尽早实现碳达峰，为最终实现碳中和奠定良好基础，并为持续深度降碳贡献钢铁力量。

一、中国钢铁工业二氧化碳排放现状

钢铁工业未在《国民经济行业分类》中单独分类，工业分类中黑色金属冶炼及压延加工业包括炼铁、炼钢、钢压延加工和铁合金冶炼四个分类行业，其中前三类均属于钢铁工业。根据国家统计局编制的《中国统计年鉴》中黑色金属冶炼及压延加工业的能源消费数据统计值，2000年～ 2018年，我国黑色金属冶炼及压延加工业能源消耗和粗钢产量的变化趋势见图1。近20年来，我国粗钢产量快速增加，2014年粗钢产量达到高点并出现短暂的负增长，2015年之后连续5年正增长至2020年粗钢产量突破十亿吨大关，达到10.65亿吨；在此期间，黑色金属冶炼及压延加工业的能源消耗总量逐年增加，在2014年达到峰值，之后逐年下降；根据中国钢铁工业协会重点钢铁企业的统计值，吨钢综合能耗随着粗钢产量的增加呈现持续降低的趋势，表明行业节能工作取得较大进展。

黑色金属冶炼及压延加工业的能源消耗大部分发生在钢铁工业，吨钢能耗的持续下降趋势可近似表示钢铁工业的能源消耗情况。碳排放与能源消耗密切相关，基于黑色金属冶炼及压延加工业的数据，有研究人员对由能源消耗引起的CO2 排放进行估算，近似表示中国钢铁工业的碳排放情况。结果显示，2000年～2017年，中国钢铁工业CO2排放总量随着粗钢产量的不断增加呈明显上升趋势，2014年达到高点后开始下降，吨钢 CO2排放量持续降低，但计算数据有一定差异。荷兰格罗宁根大学单钰锂研究员计算我国2017年的吨钢CO2排放为1.93 t，钢铁研究总院上官方钦博士在剔除铁合金和重复计算部分后，我国2017年的吨钢CO2排放为1.89 t。2018年以后，我国钢铁工业碳排放总量数据未见报道，但随着中国钢铁工业实施一系列节能控煤减排措施，吨钢综合能耗持续降低，表明吨钢碳排放也在持续下降。笔者采用《温室气体排放核算方法与报告要求 钢铁生产企业》（GB/T 32151.5-2015）计算方法，对2000年～2018年黑色金属冶炼和压延加工业的化石能源消耗产生的CO2排放情况计算结果见图2。国家统计局《中国统计年鉴》2018年后分行业的能源消费数据未发布，根据中国钢铁工业协会重点统计钢铁企业吨钢综合能耗降低比例：2019年同比降低0.41%，2020年同比降低1.18%，在国家统计局黑色金属冶炼及压延加工业能源消耗数据计算的2018年吨钢CO2排放的基础上，估算了2019年和2020年我国黑色金属冶炼及压延加工业吨钢CO2排放和排放总量。估算结果显示，虽然吨钢CO2排放量在持续降低，但随着粗钢产量的快速增长，CO2排放总量仍在上升，2020年已超过2014年的排放总量水平。

调研国内部分企业的碳排放数据，2019年平均吨钢CO2排放在1.9～2.0 t之间，河北地质大学高春艳博士研究结果显示，从2008年～2018年行业和企业层面的钢材碳排放强度主要集中在1.50～2.50 t CO2?t-1之间，其平均值为1.97 t CO2?t-1。对比国际部分长流程企业，如日本制铁、JFE、POSCO、俄新钢、谢韦尔、安赛乐米塔尔集团、塔塔钢铁各企业年报公布的碳排放数据（见表1），如果去除这些企业的电炉流程比例影响，我国长流程钢铁企业吨钢碳排放水平或优于上述企业，尽管中国钢铁工业也有10%的短流程炼钢比例，但大都添加铁水，与上述企业全废钢短流程炼钢有很大区别。

综上，在目前我国钢铁工业的流程结构和粗钢规模下，吨钢碳排放已处于国际先进水平，但粗钢产量的快速增长，导致碳排放总量仍然处于高位，或已超过2014年碳排放总量的高点，我国钢铁工业碳排放峰值何时出现仍无定论。

二、钢铁工业/企业碳排放达峰的形势与挑战

当前綠色低碳发展已成为钢铁工业高质量发展的广泛共识，碳达峰目标、碳中和愿景的提出成为业内关注的焦点，全行业积极贯彻落实国家决策部署，推进行业低碳转型发展。中国钢铁工业协会发布《钢铁担当，开启低碳新征程——推进钢铁行业低碳行动倡议书》，指出钢铁行业将面临从碳排放强度的“相对约束”到碳排放总量的“绝对约束”，加快推进低碳转型并提前实现碳达峰是国家建设的需要，是行业转型升级、高质量发展的重要标志。截至目前，已有四家大型钢铁企业提出碳达峰时间表：中国宝武集团率先提出2023年力争实现碳达峰，随后，河钢集团提出2022年实现碳达峰，包钢集团同样提出力争于2023年实现碳达峰，鞍钢集团承诺2025年前实现碳排放总量达峰。中国钢铁工业是实现全国碳达峰、碳中和目标的重要产业之一，加快低碳转型、确保提前达峰是钢铁工业自身发展的内在需求，对于实现我国碳达峰、碳中和目标具有重要作用。

碳排放总量是否达峰首先要预判达峰时间点和峰值，钢铁工业碳达峰的峰值取决于粗钢产量和吨钢碳排放强度。据中国钢铁工业协会统计，随着节能降碳水平的不断提高，重点统计钢铁企业吨钢综合能耗一直在不断降低，意味着吨钢碳排放强度持续下降，因此我国钢铁工业碳达峰短期内取决于粗钢产量何时达峰。工信部提出，2021年将确保粗钢产量同比下降，如果粗鋼产量在2021年实现同比下降并在未来几年持续下降或保持不变，我国钢铁工业碳达峰就已经在

2020年实现，之后碳排放总量逐渐降低或处于平台期。然而，粗钢产量是否达峰是由市场供需决定的，当前我国钢铁总量已经处于高位，今后有可能会保持低速增长，当吨钢碳排放强度下降速率高于粗钢产量增长速率时，钢铁工业的碳排放总量将达到峰值。就目前来看，我国拥有世界最完整、最大规模的钢铁工业体系，配备世界最先进的装备、工艺和技术，正在进行世界最高要求的超低排放、节能减排应用实践，并已取得显著成效，未来还将持续开展节能减碳工作。但在当前技术背景下，继续通过节能技术探索降碳空间已非常有限，如果在总量上不能够适当地满足控制发展要求而继续快速增长，我国钢铁工业就很难实现碳达峰。

“十四五”开局，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，国内粗钢产量将进入平台区。对于钢铁企业来说，如果不采取切实有效的低碳发展措施，将面临“缩减产量、优胜劣汰”的压力，在当前钢铁市场大好的形势下，压减产量将对企业造成巨大损失，甚至在市场竞争中逐渐被淘汰。因此，钢铁工业率先实现碳达峰需要在严禁新增产能并科学合理压缩粗钢产量的情况下，各企业采用成熟度高、实用性强的低碳冶金技术，如提高短流程炼钢比例、降低铁钢比、增加废钢比例、提高下游产品使用效率等多措并举，最终减少煤炭等化石燃料的消耗，协同推进钢铁行业低碳转型高质量发展。

三、钢铁企业推进碳达峰并深度减碳实施路径建议

作为行业发展的主体，钢铁企业推进碳达峰并深度减碳直至实现碳中和，将面临严峻挑战，同时也迎来绿色转型发展的重要机遇，将对钢铁工业产生深远的变革性影响。在碳达峰目标、碳中和愿景的牵引下，低碳转型是推动企业高质量发展的重要引擎，将推动钢铁工业碳达峰目标率先实现，同时研究和制定达峰后的深度减碳实施路径。

（一）开展碳排放管理工作

培养并建立碳排放管理专业团队，开展碳排放管理工作，提高钢铁企业对碳减排、碳达峰工作的认知；制定碳排放计算标准、建立数据库，全面梳理自身二氧化碳排放现状，积极配合碳核查相关工作，持续挖掘碳减排潜力；关注学习发电行业及试点碳排放权交易系统和流程，掌握不同配额分配下的碳交易情况，为参与全国统一碳市场做好准备工作。

（二）贯彻落实产业政策

推动钢铁企业结构转型，加快淘汰落后产能，严格执行新版《钢铁行业产能置换实施办法》和《关于钢铁冶炼项目备案管理的意见》的相关要求，从源头减少碳排放。积极开展资源整合和兼并重组工作，推进产业链、价值链向高质、高端、高附加值迈进。根据市场行情和下游行业需求，坚决执行错峰生产，以有效压减生产总量和碳排放量，助力钢铁行业率先实现碳达峰。

（三）加快流程结构调整

系统调研企业产品特点、区域分布及未来市场需求，加快优化产业布局，调整工艺流程结构，适时布局电弧炉短流程炼钢、非高炉炼铁、球团替代烧结等结构性降碳工艺。随着我国废钢资源产生量不断增加，《再生钢铁原料》标准正式实施推动再生钢铁原料进口，未来废钢资源短缺现象将逐步缓解，为电弧炉短流程发展和降低转炉铁钢比提供了资源条件。企业可以结合自身实际情况因地制宜采用球团替代烧结实现降碳，关注并试行非高炉炼铁的工艺研发，尽早占据竞争力优势。

（四）提高资源能源利用效率

清洁生产和节能降耗是企业降本增效的重要手段，在实施超低排放改造的同时重视源头减碳，深挖能效提升潜力，积极开发并推广能源梯级利用，大幅提高能效利用水平。促进能源结构调整，探索采用光伏发电、风力发电等可再生能源技术，研发使用替代能源、替代原料，加强全过程节能管理，提高燃料替代率，减少化石能源使用，从而降低碳排放。

（五）制定碳达峰行动方案

积极响应钢铁行业碳达峰、碳中和行动倡议，立足产品市场区域特点、产线装备现状、产业链延伸模式等企业自身实际，提前谋划与布局碳减排工作，切实制定企业碳达峰行动方案和路线图，推进钢铁企业节能降耗和绿色低碳转型升级。同时，总结分析国内外先进企业的经验做法，加强企业间交流与合作，持续修正和拓展企业低碳发展路径，为推进企业碳达峰后深度减碳释放空间。

（六）研发推广低碳工艺技术

加快实施钢铁企业绿色低碳改造升级，以“减污降碳协同增效”为抓手，进一步研发推广适用的节能减排技术、先进的钢铁低碳工艺、有效的多行业耦合模式。优化生产工艺，实行低碳技术试点示范及推广应用，采用碳捕集、利用与封存（CCUS）等碳汇技术，在二氧化碳排放到大气中之前将其捕集，作为工业生产的原料并循环利用。高效利用企业二次能源及资源，与其他行业协同推动循环经济发展，为实现全社会碳中和提供新的发展模式。

（七）开展低碳产业链试点示范

开展低碳产品的研发生产，加快推动低碳钢铁产品的认证和推广应用，从全生命周期角度评价产品碳足迹，充分彰显钢铁产品的低碳循环特征，积极开展绿色低碳发展示范。开展低碳园区创建活动，推动低碳产品、低碳工厂、低碳园区和低碳供应链全面发展。同时积极申请各级政府及有关方面的支持，选择典型城市和工程项目，在钢结构应用领域开展低碳产业链的试点示范工作。

（八）加强标准引领和智能化升级

制定单位产品碳排放限额标准，树立低碳产品领跑者标杆，推进企业碳排放对标达标，开展低碳诊断，加强配额计量，挖掘降碳空间；研究制定碳排放管理、低碳冶金、智能低碳等相关标准，引领和规范企业持续向绿色低碳方向发展。

建立钢铁企业碳排放及碳资产管理体系，加快推进智能制造，对现有生产线进行全面的智能化改造升级，以数字化和低碳化相结合，充分利用物联网、大数据、云计算、人工智能等先进技术手段，加强碳排放监管，进一步提高低碳水平。

四、结语

（1）根据中国钢铁工业发展现状，遵循优化调整产能结构、科学压缩粗钢产量及钢铁行业高质量发展相关政策，预计钢铁工业将在“3060双碳”目标内率先实现碳达峰，之后进入平台期并缓慢下降。

（2）当前钢铁工业碳减排的核心任务是控产量调结构，短期内粗钢产量达峰则碳达峰，调结构的核心是流程结构和能源结构的调整，并突破革命性低碳冶金技术，从而实现深度降碳，为尽早实现碳中和做好储备。

（3）钢铁企业作为行业发展的主体，企业应结合自身实际及周边市场环境，明确产品定位及发展方向，从源头开展节能低碳减排工作协同推进，加强过程控制管理和末端治理技术的突破，让低碳转型真正成为企业实现高质量发展、提高竞争力的重要引擎。

（4）碳达峰和碳中和要统筹考量，碳达峰峰值高低，取决于粗钢产量峰值和当时的碳排放系数，碳达峰峰值越低，则未来碳中和目标更容易实现，所以在碳达峰过程中，钢铁行业整体对碳排放总量的控制力度决定了未来实现碳中和难度的高低。

（5）实现碳达峰、碳中和并非一蹴而就，而是全社会的一场持久战，需要总体谋划，科学推进。单个企业、单个行业很难以个体形式实现碳中和，需要国家从宏观政策方面控制投资方向和投资强度，各行业协同推进碳减排，形成循环经济绿色产业链，最终实现全社会碳达峰目标和碳中和愿景。

本文摘自《中国冶金》2021年第9期