鋼鐵工業(yè)是能源密集型行業(yè)，占全球工業(yè)部門(mén)直接溫室氣體排放量的約25%。中國(guó)作為世界上最大的鋼鐵生產(chǎn)國(guó)和消費(fèi)國(guó)，在實(shí)施
節(jié)能減排措施方面的工作非常重要。這篇綜述討論了旨在開(kāi)發(fā)與鋼鐵行業(yè)相關(guān)的技術(shù)改進(jìn)和零
碳排放技術(shù)的研究成果和
試點(diǎn)項(xiàng)目，強(qiáng)調(diào)了它們的實(shí)用性和減排的成本效益，并結(jié)合鋼鐵行業(yè)的生命周期
碳排放分析、成本分析，判斷了這些技術(shù)的發(fā)展前景。
結(jié)果表明，鋼鐵行業(yè)充分應(yīng)用主流的技術(shù)改進(jìn)可以實(shí)現(xiàn)約43%的二氧化
碳減排。此外，將它們與零碳排放技術(shù)相結(jié)合，可以實(shí)現(xiàn)80%-95%的減排。這些技術(shù)改進(jìn)的邊際減排成本約為-5-0.5美元/kgCO2。在實(shí)現(xiàn)
碳中和的大背景下，中國(guó)鋼鐵行業(yè)需要應(yīng)用基于氫的煉鋼技術(shù)或
碳捕集、利用和儲(chǔ)存技術(shù)，而這意味著預(yù)計(jì)到2050年將導(dǎo)致120億至350億美元的減排成本。中國(guó)鋼鐵行業(yè)在短期內(nèi)需要技術(shù)改進(jìn)，在長(zhǎng)期內(nèi)應(yīng)優(yōu)先考慮零碳技術(shù)的發(fā)展，策略轉(zhuǎn)變的時(shí)機(jī)取決于電價(jià)和
碳價(jià)。
規(guī)模大：中國(guó)的鋼鐵工業(yè)貢獻(xiàn)了全球鋼鐵總產(chǎn)量的50％以上，以及工業(yè)部門(mén)直接溫室氣體排放量的25％。
產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)不合理：中國(guó)鋼鐵短流程煉鋼占比較低。此外，中國(guó)鋼鐵行業(yè)低質(zhì)產(chǎn)能依舊很高，從擁有先進(jìn)技術(shù)的大型領(lǐng)先制造工廠到小型基礎(chǔ)工廠，低效率的設(shè)施是多個(gè)行業(yè)層級(jí)的主要關(guān)注點(diǎn)。
面臨多重風(fēng)險(xiǎn)：鋼鐵行業(yè)一是長(zhǎng)期面臨產(chǎn)能過(guò)剩的問(wèn)題，二是由于國(guó)際貿(mào)易的不穩(wěn)定狀態(tài)，COVID19的出現(xiàn)和保守主義的興起使它進(jìn)一步面臨產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)移的風(fēng)險(xiǎn)。
增加短流程煉鋼的比例：就減少溫室氣體排放而言，短流程煉鋼，也就是廢鋼-電弧爐煉鋼技術(shù)將是最重要的技術(shù)選項(xiàng)。但是，廢鋼和電的高昂成本阻礙了中國(guó)短流程煉鋼的發(fā)展。
優(yōu)化產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)：整合和簡(jiǎn)化鋼鐵企業(yè)并優(yōu)化產(chǎn)能布局具有重要意義，它需要市場(chǎng)激勵(lì)和適當(dāng)?shù)恼摺?/div>
技術(shù)改進(jìn)：與鋼鐵生產(chǎn)的每個(gè)階段都有多種技術(shù)選擇，隨著主流可用技術(shù)的充分推廣，預(yù)計(jì)總減排量約為40-45％。
某些技術(shù)具有出色的成本效益：煉鐵過(guò)程中廢熱和廢氣的回收和再利用，軋制/鑄造的技術(shù)升級(jí)可以減少排放，同時(shí)提高生產(chǎn)效率并顯示出理想的成本效益。
(3).具有不同程度的潛在競(jìng)爭(zhēng)力的超低排放煉鋼技術(shù)受到了廣泛關(guān)注。
最優(yōu)選擇：氫基煉鋼（綠氫-直接還原鐵-電弧爐煉鋼）以及
CCUS可以提供實(shí)現(xiàn)碳中和的最優(yōu)方案。但是，超低排放技術(shù)的實(shí)際發(fā)展將取決于地緣政治（貿(mào)易保護(hù)主義，氣候變化條約），政府政策（
碳稅等）以及成本等多方面因素。
氫基煉鋼的資源消耗更少：氫基煉鋼的材料消耗主要來(lái)自設(shè)備制造，并且比CCUS儲(chǔ)存和土地使用的資源消耗少。
可再生能源是鋼鐵行業(yè)實(shí)現(xiàn)超低碳排放的必要條件：可再生能源的比例是影響氫基煉鋼和短流程減少溫室氣體排放潛力的最關(guān)鍵因素。結(jié)合鋼鐵行業(yè)
碳市場(chǎng)的建立，可再生能源的發(fā)展也將決定各種技術(shù)路線的發(fā)展重點(diǎn)。
需要付出巨大的努力：由于相關(guān)的成本和所需的技術(shù)成熟度，在完全采用氫基煉鋼和CCUS技術(shù)之前，需要一個(gè)過(guò)渡時(shí)期，其中包括對(duì)現(xiàn)有的高爐-轉(zhuǎn)爐的產(chǎn)能進(jìn)行適度的改進(jìn)。
(4).中國(guó)鋼鐵行業(yè)的超低溫室氣體排放是可以實(shí)現(xiàn)的。
從理論上講，多種技術(shù)改進(jìn)和零碳技術(shù)的全面應(yīng)用有機(jī)會(huì)實(shí)現(xiàn)80-95％的減排。
政策建議
基于這些結(jié)論，我們提出了針對(duì)中國(guó)和其他地區(qū)的政策建議。
（1）對(duì)于中國(guó)：
短期：對(duì)于高爐-轉(zhuǎn)爐流程，減少鋼鐵消耗，消除落后產(chǎn)能，并推廣具有成本效益的最佳可行技術(shù)。對(duì)于電弧爐工藝，促進(jìn)廢料回收行業(yè)的發(fā)展并提高電弧爐產(chǎn)能。
中期：在綜合鋼鐵企業(yè)中推廣基于NG / COG的直接還原鐵和CCUS示范，以評(píng)估其溫室氣體減排效益并同時(shí)解決與這些技術(shù)有關(guān)的工程問(wèn)題。促進(jìn)可再生能源在鋼鐵行業(yè)中的應(yīng)用并構(gòu)建氫供應(yīng)鏈。
長(zhǎng)期：根據(jù)中期的示范項(xiàng)目的研究結(jié)果，確定中國(guó)氫基煉鋼和CCUS技術(shù)的最佳應(yīng)用規(guī)模，并調(diào)整生產(chǎn)結(jié)構(gòu)以實(shí)現(xiàn)鋼鐵行業(yè)的超低溫室氣體排放。
（2）對(duì)于其他國(guó)家：
由于其規(guī)模大，廢鋼率低等特點(diǎn)，中國(guó)的鋼鐵行業(yè)必須做出更加謹(jǐn)慎的決定，并考慮采取多種減排措施以實(shí)現(xiàn)超低溫室氣體排放。但是，其他國(guó)家不一定需要這樣做，可以會(huì)更早地確定關(guān)鍵技術(shù)路線，或者采用更積極的發(fā)展戰(zhàn)略。因此，政策建議如下：
超低碳技術(shù)是必要的：可再生能源和技術(shù)改進(jìn)是減少全球鋼鐵行業(yè)溫室氣體排放的重要手段，但僅依靠這些方面可能不會(huì)導(dǎo)致實(shí)現(xiàn)減排目標(biāo)，生產(chǎn)方式的轉(zhuǎn)變與超低排放技術(shù)的引入是必要的。
以成本最小化為目的設(shè)計(jì)發(fā)展戰(zhàn)略：應(yīng)根據(jù)成本最小化原則并根據(jù)發(fā)展?jié)摿︻A(yù)測(cè)（考慮需求，鋼鐵行業(yè)結(jié)構(gòu)，礦石和廢料資源以及可再生能源比例等因素）制定發(fā)展戰(zhàn)略。能源）和邊際減排成本（考慮全球廢料市場(chǎng)，最佳可行技術(shù)成本，超低碳技術(shù)成本，可再生能源成本和碳價(jià)等因素）與各個(gè)地區(qū)的減排措施有關(guān)。例如，在鋼鐵需求少，碳儲(chǔ)存空間有限且電弧爐比例較高的地區(qū)，CCUS和一般的技術(shù)改進(jìn)在傳統(tǒng)煉鋼流程中的應(yīng)用并不像氫能煉鋼那樣有效率。
評(píng)價(jià)
生產(chǎn)全球超過(guò)50% 的粗鋼的中國(guó)鋼鐵行業(yè)是重點(diǎn)的“難減排行業(yè)”，它的低碳化對(duì)于中國(guó)實(shí)現(xiàn)碳中和戰(zhàn)略來(lái)說(shuō)非常重要。鋼鐵行業(yè)具有減排難度大、設(shè)備成本高、建設(shè)/使用周期長(zhǎng)等特征，可謂是“船大難掉頭”，需要從成本、效率等多個(gè)方面考量減排技術(shù)，并設(shè)計(jì)綜合減排方案，以求避免資源浪費(fèi)。
實(shí)現(xiàn)鋼鐵行業(yè)的溫室氣體減排，一方面需要從現(xiàn)有生產(chǎn)方式的技術(shù)改進(jìn)入手，具體包括余氣/余熱回收、提高生產(chǎn)效率、減少能源/資源損失等手段，技術(shù)改進(jìn)的選擇眾多，但它們的減排效益的核算并沒(méi)有統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，有必要綜合分析。另一方面需要改變現(xiàn)有的生產(chǎn)方式以追求超低排放，比如對(duì)焦炭進(jìn)行替代（比如采用氫氣冶金）或者使用CCUS技術(shù)。文章認(rèn)為，在實(shí)現(xiàn)碳中和的大背景下，現(xiàn)有生產(chǎn)方式的技術(shù)改進(jìn)難以達(dá)到減排要求，氫冶金、CCUS技術(shù)等超低排放技術(shù)成為了必要選項(xiàng)。
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