钢铁行业碳减排路径：脱碳化是研究重点

钢铁超低排放改造正如火如荼开展，近300家钢铁企业和6.2亿吨粗钢产能正在实施最为严苛的污染物排放标准的环保改造。接下来，还将迎接一个新目标：2030年“碳达峰”和2060年“碳中和”。

“钢铁行业是制造业31个门类中碳排放量最大行业，约占总排放量的15%，压力巨大。大家必须积极谋划、尽早行动。”3月20日，在北京举办的2021（第十二届）中国钢铁发展论坛上，中国工程院工程管理学部主任、中国工程院院士胡文瑞呼吁。

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《钢铁行业碳达峰及降碳行动方案》正在编制

作为国内产量排位第一的钢铁企业，中国宝武集团已经率先发布了自己的碳达峰计划：2023年力争实现碳达峰，2035年力争减碳30%，2050年力争实现碳中和。随后，河钢也发布了碳达峰计划。

据记者了解，《钢铁行业碳达峰及降碳行动方案》目前还在编制中，行业碳达峰目标初步定为：2025年前，钢铁行业实现碳排放达峰；到2030年，钢铁行业碳排放量较峰值降低30%，预计将实现碳减排量4.2亿吨。

冶金工业规划研究院党委书记、总工程师，俄罗斯自然科学院外籍院士李新创表示，钢铁行业实现碳达峰、碳减排对应国家层面4个节点（2025年：深化重点领域低碳行动；2030年前：碳排放达峰；2035年：稳中有降；2060年前：碳中和）也可分为四个阶段，分别是阶段1：碳排放达峰；阶段2:稳步下降；阶段3:较大幅度下降；阶段4:深度脱碳。

他认为，应从六个方面支撑钢铁行业碳达峰、碳减排，一是推动绿色布局，二是节能及能效提升，三是优化用能及流程结构，四是构建循环经济产业链，五是应用突破性低碳技术，六是制度建设和政策体系保障。

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走高质量、减量化道路首先不应该提高产量

2020年，我国铁矿石进口量创历史新高，与此同时，全年粗钢产量及钢材消费也双双创出历史新高。据冶金工业规划研究院预测，2021年，我国钢材需求总量还将会有1%的小幅增长。

在原冶金工业部副部长、中国工程院院士殷瑞钰看来，中国钢铁工业应该走高质量、减量化的发展道路，首先不应该提高产量，不能大量出口低附加值钢材。

“产量减少就意味着碳达峰的实现。”殷瑞钰表示，2005年起，我国成为钢铁产品净出口国，随后几年一跃成为世界最大钢材出口国。低附加值钢材的出口一方面抬高了铁矿石价格，另一方面把国际钢价压了下去，得不偿失。

他提供了一组数据，以2016年中国净出口9496万吨钢材（折合粗钢9868万吨）带来的资源、能源、环境负荷来看，需要进口1.58亿吨铁矿石，运输需要263万个车皮；消耗3.21亿吨新水，排放二氧化碳1.72亿吨，二氧化硫7.35万吨，烟粉尘约7.02万吨。

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什么是脱碳化？脱碳化意味着什么？

“钢铁企业要走节能、减排、脱碳等绿色发展道路，当前要高度重视脱碳化。”殷瑞钰表示，脱碳化意味着要从如下几个方面着力：一是资源脱碳化，特别是合理使用废钢；二是能源脱碳化，少用或不用化石能源，转而用电，特别是充分利用电网弃电；三是生产制造流程脱碳化，首先从建筑用长材的生产流程变革做起，合理布局城市周边钢厂；四是进出口贸易脱碳化，以税收、配额等措施限制高碳负荷产品的出口总量。五是政策法规脱碳：分阶段开征碳税、分行业实施碳交易，出台脱碳化负面清单，酝酿脱碳化立法；六是通过供给侧结构性改革，推动产业结构化优化，降低高耗能制造业、能源行业、交通运输业的碳排放。同时，加强提高碳汇能力。

“中国钢铁工业的流程结构应该在减量化的发展进程中作出调整，以全废钢电炉流程生产建筑用长材来替代以中、小高炉、转炉生产螺纹钢、线材等大宗产品，亦即以适当的布局发展城市钢厂、利用城市矿山。”殷瑞钰认为，中国未来钢厂将分成两类布局，一类是以高炉、转炉厂流程和生产板材为主的大型联合企业，主要布置在沿海深水港地区；一类是以生产建筑用长材为主的全废钢电炉短流程钢厂，主要是布置在城市周边，以消纳废钢、弃电城市中水等社会废弃物，与城市和谐相处。

此外，他还表示，政策法规是实现碳达峰、碳中和的强大杠杆。从钢铁工业超低排放的成功经验可以看出，一系列配套的政策是实现目标的强大杠杆。因此，碳税，碳交易、碳负面清单、碳规划、脱碳化立法是必须高度关注的。

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脱碳化技术瓶颈待突破

据全球碳捕集与封存研究院发布的《全球碳捕集与封存现状2020》显示，钢铁行业大约产生了全球7%的二氧化碳排放量。通过钢铁循环利用、能效项目以及一些用氢替代化石燃料的初步措施，已经做了大量的工作来减少排放。仍有一大部分温室气体排放可以通过使用CCS来实现减排。

在位于阿布扎比阿联酋钢厂，自2016年以来企业一直在用溶剂捕集法进行碳捕集和封存。二氧化碳的产生源自直接还原铁装置（DRI，即将铁矿石转化为用于炼钢的铁元素）中用作还原剂的煤炭或天然气。这家钢厂每年大约捕集80万吨二氧化碳。

殷瑞钰建议，对于一些生产扁平材的大型钢铁联合企业，要进一步开发节能，脱碳化技术，进一步降低碳排放总量。

中国钢铁工业协会此前也表示，要突破低碳工艺技术瓶颈，推动非化石能源尤其是氢能在钢铁行业的应用。

在应用突破性低碳技术方面，李新创表示，实现深度脱碳的途径目前有：氢能冶炼、电解还原、氧气高炉及非高炉冶炼、生物质能利用、CCS/CCUS等。

“现阶段，生物质能不具备大规模利用的条件，电解技术仍处于实验基础研究阶段。因此，氢能冶炼、氧气高炉及非高炉冶炼、CCS/CCUS是重点。”李新创表示，其中，氢能冶炼（以氢作为还原剂替代碳冶金）是钢铁生产实现无化石冶炼，达到零碳排放的重要技术，也是目前国际国内钢铁行业的关注热点。

据了解，氢能冶炼的原理是：将氢气代替煤炭作为高炉的还原剂，以减少乃至完全避免钢铁生产中的二氧化碳排放。在传统的工艺流程中，需要在高炉中消耗300千克的焦炭和200千克的煤粉作为还原剂，才能生产出1吨生铁。而在钢铁生产中，氢气可作为铁矿石的无排放还原剂，对气候保护十分有益。氢气燃烧的副产物只有水，并不产生有害气体。它能以高能量密度的液体或气体形式储存和运输，且用途广泛。由于其多功能性，氢气在向清洁、低碳能源系统的过渡过程中起着关键作用。

“目前，瑞典、德国、日本等国家钢铁行业均在开展相关实践及应用，国内宝武、河钢、酒钢等也正开展相关研究。”李新创表示，实现绿氢制取、成本降低是这项技术应用突破的关键。应重点围绕以高炉富氢（或纯氢）冶炼和气基竖炉富氢（或纯氢）冶炼为主的技术路线，推动关键核心技术、工艺和装备取得重大突破。

来源：中国环境App