国内外钢铁行业绿色低碳发展现状及趋势浅析

边立国　刘佳玲　郭忆

摘要：在全球碳中和背景下，绿色低碳发展已成为钢铁行业发展的必由之路，通过分析近年来国内、国外钢铁行业绿色低碳发展现状及趋势，为我国钢铁行业绿色低碳发展提供借鉴。

关键词：钢铁行业；绿色低碳；碳排放；CO2

0 引言

从20世纪90年代中期开始，世界钢铁行业逐步进入集成度更高的绿色生产时代，节能环保工作的目的不再是单纯的通过环保措施降低污染物排放、通过新技术降低能耗，而是把企业效益和竞争力、保护环境、节约资源能源、降低温室气体排放作为一个整体来考虑。当前，应对气候变化已成为全球共识，绿色低碳发展成为全球高质量发展的核心理念，尤其对于钢铁行业来说，从源头降低消耗、节能低碳减排，全产业链进行循环经济和工业生态建设是解决一切问题的关键。本文通过分析近年来国内外钢铁行业发展态势，为我国钢铁行业绿色低碳发展提供借鉴。

1 国外钢铁行业绿色低碳发展现状及趋势

1.1 全球钢铁行业碳排放趋势

根据世界钢铁协会统计，2003-2020年全球钢铁行业CO2排放量具体情况如图1所示。2020年，全球粗钢产量达18.78亿吨，CO2排放量达35.49亿吨；相比2003年（CO2排放量为15.535亿吨），CO2排放量增长128.38%。2020年吨钢CO2排放量为1.89吨，再创新高，比2003年增长0.29吨。2003-2020年，全球钢铁行业粗钢产量、CO2排放总量和吨钢CO2排放量整体均呈缓慢上涨趋势，吨钢CO2排放量增长主要是由于全球粗钢产量中转炉钢占比不断提高，其中，2015年、2016年转炉钢占比达近年来最高水平，分别为74.34%和73.81%，这两年吨钢CO2排放量也达到近年来较高水平，分别为1.87吨和1.88吨。2016年之后，随着对工业节能减排及全球应对气候变化的高度重视，钢铁产量和CO2排放总量仍然在持续上升，但吨钢CO2排放有下降趋势，2020年经济发展、新冠疫情等原因又达到新高。

1.2 国外主要钢铁企业碳排放现状

国外长流程钢铁生产企业吨钢碳排放强度在1.9-2.3吨CO2，短流程钢铁生产企业吨钢碳排放强度在0.8-0.9吨CO2，产品以高端板材及深加工产品为主的企业碳排放强度相对较高，电炉短流程占比较高的企业碳排放强度相对较低，国外主要钢铁企业碳排放情况见表1。

1.3 国外钢铁行业碳排放目标及策略

钢铁生产是典型的铁-煤化工过程，钢铁产业作为工业部门的重要领域，是能源消费大户，同时也是CO2排放大户。据世界钢铁协会数据统计，2020年全球钢铁产业吨钢CO2排放平均值为1.89吨，直接碳排放总量约为35亿吨左右，约占全球化石能源燃烧CO2排放总量的7%-9%。可见，要将全球气温升幅限制在工业化前水平以上1.5℃之内，钢铁产业面临着巨大的减排压力，主要产钢国/地区都在积极制订减排目标和减排策略（见表2）。同时，为避免自身气候政策的有效性因碳泄漏而受到破坏，欧盟提出了碳边界调整机制/碳边境税（简称CBAM）。

欧钢联提出，到2030年欧洲钢铁产业CO2排放量将比2018年减少30%（比1990年减少约55%），到2050年将减少80%-95%（相较于1990年）。为实现这一目标，欧盟启动了钢铁超低碳排放项目ULCOS，提出到2050年吨钢减排CO2 50%，结合CCS技术后，CO2最高可减少80%；德国启动了Carbon2Chem项目，旨在利用钢厂废气中的化工原料生产含有碳、氢的合成气体，再用于生产氨气、甲醇、聚合物和高级醇等各种初级化工产品。目前，蒂森克虏伯Carbon2Chem项目已成功地将钢厂废气转化为合成燃料，生产出甲醇和氨；SSAB钢铁公司和Vattenfall瑞典国家电力公司合作开发HYBRIT氢能炼钢项目，使零碳钢铁生产成为可能。

日本铁钢联盟提出，到2050年将二氧化碳排放量减少30%；到2100年前实现“零碳钢”，其环境友好型炼铁技术开发项目COURSE50正是实现该目标的重要途径之一，包括改质后的富氢焦炉煤气还原铁矿石技术和從高炉煤气中捕集、分离和回收CO2技术等，有望实现炼铁CO2减少30%，2030年应用，2050年推广。此外，还通过调整能源结构（零排放发电技术，核电、可再生能源发电技术），全力支持钢铁产业实现零碳炼钢（氢还原，降低电力成本），在2100年实现全部应用，从而实现全社会低碳排放。

韩国钢铁工业提出，到2030年二氧化碳排放量从最初的1.357亿吨降至1.271亿吨。主要措施是通过逐步用液化天然气取代重油，并加快现有设备升级改造和以氢还原炼铁技术为代表的新工艺的研发推广，持续推进生产方式转变和产业结构调整；韩国钢铁业界正在积极开发采用氢还原冶炼的创新性环保技术，COOLSTAR是其核心项目（包括“以副产煤气制备氢气实现碳减排技术”和“替代型铁原料电炉炼钢技术”），目标是实现钢铁冶炼的高效和环保生产，确保产品质量和生产稳定性。

美国由于拥有丰富的社会废钢资源，使其电弧炉炼钢技术迅速发展，目前其电炉钢占比已达到70%左右，这使美国钢铁产业在能耗水平和CO2排放方面具有先天优势，为美国钢铁产业的低碳发展奠定了基础。此外，美国还积极探索碳减排新技术，由美国能源部和美国钢铁协会共同出资，旨在开发能显著降低钢铁生产中CO2排放新技术的低碳炼钢研究项目进展顺利。其中，有两项技术减排效果最好，一是通过电解还原铁矿的熔融氧化电解技术，二是用氢气作为还原剂炼铁的氢气闪熔技术。同时，美国钢铁企业在可再生能源利用方面也取得了一定突破，纽柯钢铁公司在密苏里州塞达利亚建成了全美首座100%风能供电的炼钢厂；耶弗拉兹北美公司与美国电力公司Xcel Energy和英国石油公司（BP）太阳能子公司Lightsource BP签署合作协议，将在美国科罗拉多州共同开发太阳能发电设施，为耶弗拉兹旗下落基山炼钢厂供电，这将使该厂成为全美首座100%太阳能供电的炼钢厂。

综上可知，国外钢铁企业减碳路径主要从废钢电弧炉冶炼、核能、太阳能等可再生能源、非高炉炼铁及氢冶金工艺、碳捕集利用与封存技术、钢化联产等方面加大研发力度，探索低碳发展路径，减少二氧化碳的排放，同时对减少其他污染物的排放也是重要的源头减排路径。

2 中国钢铁行业绿色低碳发展现状及趋势

近年来，我国钢铁行业面对超低排放改造、能耗双控和“双碳”目标约束的多重压力，迎难而上，不断加大环保节能投入力度，加快技术创新，实施最大规模、最严标准的超低排放改造，积极推进节能降碳，绿色低碳工作取得了重大成效。

2.1 国内钢铁行业碳排放趋势

根据国家统计局编制的《中国统计年鉴2020》中黑色金属冶炼和压延加工业的数据统计值，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，2000-2018年的化石能源消耗产生的CO2直接排放情况如图2所示。黑色金属冶炼和压延加工业的能源消耗可近似表示钢铁工业的能源消耗。截至2018年，中国粗钢产量达9.2826亿吨，消耗化石燃料产生的CO2直接排放量达18.2719亿吨，与2000年相比，我国粗钢增长622.38%，而同期钢铁行业CO2直接排放量增长仅227.97%；2018年我国吨钢CO2直接排放1.97吨，比2000年下降54.60%，吨钢CO2直接排放量呈明显下降趋势，说明中国钢铁行业节能减排工作取得了积极进展，CO2排放水平得到了很大提升。

2.2 国内主要钢铁企业碳排放现状

根据2021年国内部分上市钢铁公司上报粗钢产量及对应碳排放，计算吨钢碳排放强度数据如图3所示。上市钢铁企业均是长流程企业，但是各厂法人范围内包含的工序和轧制程度不同，比如是否含有焦化、是否含有冷轧、是否含有石灰窑和电厂等，以及部分企业采用的排放因子有差异，比如采用缺省值或者检测值，导致吨钢CO2排放差别较大，范围从1.61吨CO2/吨钢到

2.20吨CO2/吨钢不等，平均值为1.84吨CO2/吨钢。

就目前来看，中国拥有世界最完整、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。“十四五”期间，钢铁工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”，同时还可能面临更多来自“碳经济”的国际挑战，加快低碳转型势在必行。在碳达峰、碳中和的目标约束下，一方面将加速推动钢铁工业改善生产流程、更新生产设备和使用低碳能源，迅速实现钢铁产业和能源结构低碳转型；另一方面可促使钢铁企业主动创新，摒弃高碳排放产品和业务，研发深度脱碳、零碳技术。在低碳转型的大潮中，高能耗、低效益的中小企业将被淘汰，实力雄厚的大型企业通过低碳创新，市场竞争力将进一步增强，从而推动中国钢铁工业整体迈向高质量发展。

2.3 国内钢铁行业碳排放目标

2022年8月中旬，中国钢铁工业协会建立的钢铁行业低碳工作推进委员会召开年会发布了《钢铁行业碳中和愿景和低碳技术路线图》 《路线图》提出了“双碳”愿景，明确了中国钢铁工业“双碳”技术路径—“系统能效提升、资源循环利用、流程优化创新、冶炼工艺突破、产品迭代升级、捕集封存利用”，重点任务包括：深化供给侧结构性改革，持续工艺流程结构优化，创新发展低碳技术，打造绿色低碳产业链，加强全球低碳产业创新合作等。《路线图》提出了实施“双碳”工程的四个阶段：第一阶段（2030年前），积极推进稳步实现碳达峰，二氧化碳排放总量较

2020年降低30%；第二阶段（2030-2040年），创新驱动实现深度脱碳，二氧化碳排放总量较2020年降低40%；第三阶段（2040-2050年），重大突破冲刺极限降碳，二氧化碳排放总量较2020年降低85%，其中，為社会贡献降碳约2.8亿吨，占峰值的15%左右；第四阶段（2050-2060年），融合发展助力碳中和，二氧化碳排放总量较2020年降低95%，借助碳汇等社会力量，实现碳中和（见图4）。

综上，目前我国绿色低碳发展已进入以降碳为重点战略方向、推动减污降碳协同增效、促进经济社会全面绿色转型，实现生态环境质量改善由量变到质变的关键时期，钢铁行业作为我国国民经济的重要支柱产业，同时也是是高耗能和高排放的行业，将更加重视结构性、源头性的减排措施，未来碳市场、碳关税也将对钢铁行业发展产生深远影响。国内外为实现碳中和的愿景，全球钢铁行业要加强技术创新、革新生产工艺、发展循环经济，走深度脱碳的高质量发展路径，尤其是中国钢铁行业，必定在碳达峰、碳中和的过程中起到引领作用，中国也将迈向钢铁强国。

3 结论

（1）国外钢铁企业减碳路径主要从废钢电弧炉冶炼、核能、太阳能等可再生能源、非高炉炼铁及氢冶金工艺、碳捕集利用与封存技术、钢化联产等方面加大研发力度，探索低碳发展路径，减少二氧化碳的排放，同时对减少其他污染物的排放也是重要的源头减排路径。

（2）目前我国钢铁行业绿色低碳发展已进入以降碳为重点战略方向，处于实现生态环境质量改善由量变到质变的关键时期，面临着重大的机遇和挑战，国内钢铁企业应注重科技创新，自主研发或借鉴国外先进的低碳技术，掌握低碳、脱碳、固碳核心工艺，从而实现我国钢铁行业绿色低碳高质量发展。

作者简介：边立国（1985-），男，汉，山东聊城人，工程师，2008年毕业于东北大学热能与动力工程专业，现在酒钢集团宏兴钢铁股份有限公司钢铁研究院从事热工技术及固废、矿产资源综合利用研究工作。