中國冶金報 中國鋼鐵新聞網
蘇亞紅
全球碳達峰碳中和現狀
據英國石油公司(BP)發布的《世界能源統計年鑒》顯示，2012年以來全球碳排放量持續增長，2019年全球碳排放量達到了343.6億噸，創歷史新高。2020年全球受新冠肺炎影響，碳排放量下降至322.8億噸，同比下降6.3%（詳見圖1）。
圖1 全球碳排放量變化情況（億噸）
隨著全球平均溫度的升高以及極端氣候事件頻發，國際社會向主要經濟體施加的碳減排壓力越來越大。2019年7月聯合國秘書長倡議“到2030年將溫室氣體排放量較2010年水平削減45%，到2050年基本實現碳中和”。同年9月底聯合國氣候行動峰會上，65個國家承諾在2050年前實現溫室氣體凈零排放。
據經濟合作與發展組織(OECD)統計數據顯示，1990年、2000年、2010年和2020年碳排放達峰國家的數量分別為18、31、50和54個，已經碳達峰的這些國家占當時全球碳排放量的比例分別為21%、18%、36%和40%。2030年全球將有58個國家實現碳排放達峰，占全球碳排放量的60%。
我國在2020年9月第七十五屆聯合國大會上，宣布2030年實現碳達峰、2060年實現碳中和。碳中和已成為各國追求的共同目標，不丹、蘇里南共和國目前已經實現了碳中和，另外有120多個國家（經濟體）宣布了碳中和實現時間（詳見表1）。
表1 全球部分國家碳中和宣布時間
我國鋼鐵行業面臨的“雙碳”壓力
我國鋼鐵行業作為能源消耗密集型行業，是制造業31個門類中碳排放量最大的行業之一，占全國碳排放總量15%左右。近十年來，我國鋼鐵行業一直向低碳綠色改造方向努力，2013年到2020年，我國粗鋼產量從8.13億噸增長到10.65億噸，增幅達到了31%，但是同期鋼鐵行業碳排放總量從17.48億噸增長到21.1億噸，增幅僅為20.71%，噸鋼排放量從2.15噸下降到1.98噸（詳見圖2）。
圖2我國粗鋼產量及碳排放情況
我國提出2030年前碳達峰、2060年前碳中和的目標后，在氣候峰會上進一步宣布：“到2030年，中國單位國內生產總值二氧化碳排放將比2005年下降65%以上，非化石能源占一次能源消費比重將達到25%左右”。目前距離2030年碳達峰只有不到10年時間，碳達峰到碳中和間隔時間只有30年，這對于我國以碳排放強度高的長流程為主（長流程粗鋼產能約占90%）的鋼鐵行業來說是一個巨大挑戰。基于鋼鐵生產原理，焦炭和鐵礦石的還原反應勢必會產生碳排放，通過先進的技術進一步挖掘傳統生產流程的節能減排潛力已非常有限。鋼鐵企業和行業專家充分認識到，只有進行突破性技術研發，通過對工藝流程的變革，才能取得突破性進展。
另外鋼鐵工業是我國國民經濟的支柱產業，對經濟發展至關重要。我國鋼鐵行業是化石能源消耗大戶（約占全國煤炭消費總量的18%），其中煤炭和焦炭消耗占比高達92.0%，電力消耗僅占6.3%，油氣能源占1.7%。為了完成“雙碳”目標，國家未來勢必對煤炭消耗量進行限制，對于我國采用高爐—轉爐長流程工藝為主的鋼鐵行業來說，其規模發展將被進一步制約。
鋼鐵行業完成“雙碳”目標技術路徑
為了應對“雙碳”壓力，鋼鐵行業必須通過能源結構、新工藝研發和長生命周期新材料技術的不斷創新，從源頭和根本上解決鋼鐵行業低碳發展問題。主要技術路徑包括碳捕獲和封存技術、氫冶金技術、利用綠色能源等。
1）碳捕獲和封存技術
碳捕獲和封存技術就是把生產過程產生的CO2經過分離、回收、高壓輸送壓入深部鹽水層和枯竭油氣層進行封存，這是應對氣候變化的現實性對策之一，可以幫助鋼鐵行業減少碳排放一半以上（技術使用過程需要消耗能源以及封存過程會釋放二氧化碳）。對于碳捕獲和封存技術的研究，日本、英國走在前列，首先試用的為大型電廠，但基于成熟度低、成本太高因素，發展緩慢。
表2 碳捕獲和封存技術主要過程
2）氫冶金技術
氫能被視為21世紀最具發展潛力的清潔能源，氫能應用是實現低碳、甚至“零碳”排放的最佳途徑。氫冶金技術就是用氫氣作為鐵礦石還原劑，從未來30年來看，氫冶金作為革命性新工藝將使鋼鐵生產擺脫對化石能源的絕對依賴，從源頭上解決碳排放問題，真正滿足鋼鐵企業排放目標，目前國內外許多鋼鐵企業對氫冶金都有涉足，正在不斷完善和發展。
3）發展全廢鋼短流程
向全廢鋼短流程（噸鋼CO2排放0.4噸-0.6噸）鋼廠方向發展，富氫/綠氫直接還原鐵可作為補充廢鋼來源不足問題。
4）應用綠色能源
實現碳達峰、碳中和對我國能源結構提出了新的要求，“十四五”規劃我國非化石能源占能源消費總量比重提高到20%左右。其中風電、太陽能、核電等清潔能源引起進一步重視。未來可研究直接電解鐵礦石技術（電能把氧化鐵轉化為金屬鐵和氣態氧，歐洲ULCOS項目到了小規模的驗證），其中電能取自綠色能源。
5）長生命周期產品的開發與生產
鋼鐵產品是基礎設施建設、汽車制造、船舶制造、裝備制造、國防建設等領域的主要原材料。“雙碳”目標壓力下，研究開發長生命周期的鋼材產品，減少生產排放的二氧化碳，例如輕量化汽車板、管線鋼、橋梁鋼、鐵路用鋼、工具鋼、耐候鋼、高強集裝箱用鋼等鋼材產品的生產方面將加大研發力度。
我國鋼鐵行業實現“雙碳”目標政策建議
1）國家層面宏觀調控
低碳新技術研發需要大量資金和人才，從長遠來看，在技術研發方面不能落后其他國家，這方面國家層面應給予支持和傾斜。另外，在碳減排新技術初期成本處于較高水平時，一定程度上的經濟補貼與政府支持將提高企業進行低碳技術改造和試用的接受程度，例如通過設立專項基金，持續推進創新技術，捕獲和封存技術、綠色能源技術等前沿技術，基礎理論攻關與成套裝備研發等碳減排示范項目。此外，對于突破性新技術，建議確定為公共資金支持的關鍵優先領域并為其提供可持續融資支持。
2）獲得充足且負擔得起的清潔能源
新技術的研發需要相關配套的能源支持，例如氫冶金研究涉及的領域比較廣泛，需要在太陽能和風能發電領域進行大量投資，讓鋼鐵行業獲得充足且負擔得起的可再生電力的政策支持。
3）加強能源基礎設施建設
低碳新技術研發和推廣應用除了豐富的可再生能源，還需要對氫基礎設施投資的政策支持，以推進大規模的氫工藝。對于采用碳捕集和封存技術，加快碳運輸、儲存基礎設施和服務發展也很重要。
4）加強鋼鐵行業頂層設計，明確發展實施路徑與行動方案
我國鋼鐵行業屬于基礎工業，對國民經濟的發展起到了強有力的支撐作用，需要立足長遠，科學規劃生產。同時，要從技術突破的動態發展、能源供給的安全與穩定、全生命周期的經濟性和外部性收益等多方面，設計不同節點的具體減排目標、實施路徑與行動方案，合理有序地應對“雙碳”壓力。
