不同冶煉流程對(duì)中、日、韓和OECD歐洲國(guó)家2050年碳強(qiáng)度的影響預(yù)測(cè)

 

在本文分析中，探討了鋼鐵行業(yè)潛在深度脫碳情況下的能耗和二氧化碳排放水平。盡管從鐵礦石生產(chǎn)出成品鋼材有許多步驟，但本文分析側(cè)重于兩個(gè)主要生產(chǎn)工藝：煤基高碳強(qiáng)度的高爐-轉(zhuǎn)爐生產(chǎn)工藝和低碳強(qiáng)度的電爐生產(chǎn)工藝。后者通常利用廢鋼煉鋼。

 

此外，在鋼鐵生產(chǎn)中使用氫氣并不一定會(huì)直接導(dǎo)致鋼鐵行業(yè)的脫碳。2018年，基于化石燃料裂解生產(chǎn)的氫氣產(chǎn)量約占全球總產(chǎn)量的99%，其中76%來(lái)自天然氣，23%來(lái)自煤炭。剩下的1%是通過(guò)電解過(guò)程產(chǎn)生的。與用可再生能源進(jìn)行水電解生產(chǎn)氫氣相比，通過(guò)天然氣的重整生產(chǎn)的氫氣具有較大的碳足跡。目前，通過(guò)天然氣的重整是生產(chǎn)氫氣的主要方法，幾乎所有電解生產(chǎn)的氫氣都是氯工業(yè)中氯堿生產(chǎn)的副產(chǎn)品。在未來(lái)幾年，由可再生能源驅(qū)動(dòng)的電解氫氣將是鋼鐵行業(yè)脫碳的關(guān)鍵。

 

四個(gè)國(guó)家（地區(qū)）特征

 

本文研究了《2021年國(guó)際能源展望》中的四個(gè)國(guó)家（地區(qū)）：中國(guó)，日本，韓國(guó)和經(jīng)合組織歐洲國(guó)家。選擇這些地區(qū)，要么是因?yàn)樗鼈兊匿撹F工業(yè)的規(guī)模、鋼鐵工業(yè)的構(gòu)成，要么是因?yàn)樗鼈冃剂虽撹F生產(chǎn)的脫碳計(jì)劃。

 

中國(guó)：生產(chǎn)了全球一半的粗鋼，并將在任何改變?nèi)蜾撹F生產(chǎn)方式的努力中扮演關(guān)鍵角色。截至2019年，中國(guó)的鋼鐵生產(chǎn)嚴(yán)重依賴(lài)煤炭，主要通過(guò)帶有高爐和轉(zhuǎn)爐的綜合鋼廠生產(chǎn)了近90%的粗鋼。中國(guó)的高爐-轉(zhuǎn)爐產(chǎn)能也相對(duì)較新，平均在15年；其鋼鐵生產(chǎn)裝備的使用壽命一般超過(guò)40年。然而，只有在大約使用25年后鋼廠才會(huì)做出額外投資的決定，更換高爐爐襯，才能達(dá)到40年的使用壽命。這一大修的成本大約是新建高爐成本的一半，并且需要高爐停產(chǎn)很長(zhǎng)一段時(shí)間。如果中國(guó)的鋼鐵企業(yè)決定停止使用高爐，而不是更換耐火爐襯，向替代技術(shù)的轉(zhuǎn)型可能會(huì)更快。

 

中國(guó)鋼鐵工業(yè)的快速發(fā)展始于2000年左右。中國(guó)鋼鐵工業(yè)發(fā)展勢(shì)頭迅猛，幫助城市地區(qū)建設(shè)了新的基礎(chǔ)設(shè)施和摩天大樓，所有這些都需要大量的鋼材。鋼鐵產(chǎn)品的使用壽命很長(zhǎng)，這意味著中國(guó)自工業(yè)化時(shí)期開(kāi)始生產(chǎn)的大部分鋼鐵產(chǎn)品仍被用于重型設(shè)備、橋梁和建筑，只有很少的報(bào)廢鋼鐵可以回收利用。然而，在未來(lái)幾年，我們預(yù)計(jì)中國(guó)將有越來(lái)越多的廢鋼可供回收，這將有助于減少其用煤的粗鋼份額。此外，中國(guó)重工業(yè)產(chǎn)業(yè)（包括鋼鐵工業(yè)）的脫碳將有助于中國(guó)實(shí)現(xiàn)其宣布的凈零碳目標(biāo)。

 

在本文分析研究的情景中，中國(guó)電爐生產(chǎn)的粗鋼產(chǎn)量份額將從2020年的約13%增加到2050年的50%。在中國(guó)，如此大規(guī)模的鋼鐵生產(chǎn)方式轉(zhuǎn)型將極具挑戰(zhàn)性，需要大量氧氣轉(zhuǎn)爐在正常的報(bào)廢之前退役。另一個(gè)挑戰(zhàn)是擴(kuò)大電爐數(shù)量以及增加生產(chǎn)電解氫和為電爐供電所需的大量太陽(yáng)能和風(fēng)能的投資。盡管如此，鑒于中國(guó)在全球鋼鐵行業(yè)中極大的重要性，中國(guó)鋼鐵產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型的情景會(huì)對(duì)能源格局產(chǎn)生更廣泛的影響。

 

日本和韓國(guó)：兩國(guó)都有成熟的鋼鐵工業(yè)，主要依靠高爐-轉(zhuǎn)爐進(jìn)行鋼鐵生產(chǎn)。在本文分析中，兩國(guó)鋼鐵工業(yè)的能源消耗方式可以通過(guò)電爐生產(chǎn)更多的鋼實(shí)施積極的轉(zhuǎn)型。此外，這兩個(gè)國(guó)家都正式承諾要在鋼鐵行業(yè)實(shí)現(xiàn)脫碳目標(biāo)。日本已承諾將其能源經(jīng)濟(jì)轉(zhuǎn)變?yōu)橐蕾?lài)帶有碳捕獲與封存（CCS）的通過(guò)化石燃料生產(chǎn)的氫氣和以及基于可再生能源的氫氣，這使得基于電解氫氣的直接還原鐵成為其整體氫氣目標(biāo)中可能的組成部分。日本的公司已經(jīng)承諾投資一個(gè)強(qiáng)大的氫經(jīng)濟(jì)，這也將涉及工業(yè)產(chǎn)業(yè)。同樣，韓國(guó)也勾勒出了氫經(jīng)濟(jì)路線圖，以努力遏制溫室氣體排放。對(duì)目前的分析很重要的是，以浦項(xiàng)為首的韓國(guó)鋼鐵工業(yè)已經(jīng)宣布了建設(shè)氫氣生產(chǎn)能力的計(jì)劃，作為這一努力的一部分。

 

2019年，日本主要使用高效高爐生產(chǎn)其鋼鐵產(chǎn)品——日本76%的粗鋼是通過(guò)高爐-轉(zhuǎn)爐工藝生產(chǎn)的。然而，日本是一個(gè)成熟的經(jīng)濟(jì)體，其很多基礎(chǔ)設(shè)施將需要在預(yù)測(cè)期內(nèi)退役，這意味著廢鋼的供應(yīng)將保持在較高水平，這可能會(huì)支持低碳足跡鋼的生產(chǎn)。韓國(guó)與日本在鋼鐵技術(shù)和資源獲得方面有相似之處。與日本一樣，韓國(guó)主要利用高效高爐生產(chǎn)高水平的鋼鐵產(chǎn)品，2019年韓國(guó)生產(chǎn)的粗鋼中有68%來(lái)自高爐-轉(zhuǎn)爐工藝。

 

日本在達(dá)到這些情景中假定的電解生產(chǎn)氫方面面臨挑戰(zhàn)。在本次分析的四個(gè)國(guó)家（地區(qū)）中，日本的工業(yè)電價(jià)最高，其次是韓國(guó)。作為一個(gè)地理上的島國(guó)，日本可能會(huì)遇到土地資源的限制，無(wú)法建設(shè)大規(guī)模的風(fēng)力和太陽(yáng)能發(fā)電場(chǎng)，以滿(mǎn)足假設(shè)情況下所需的可再生能源。相反，它可能需要大型海上風(fēng)電項(xiàng)目或進(jìn)口中間產(chǎn)品，如熱壓塊鐵或氫氣。像日本一樣，韓國(guó)可能也沒(méi)有足夠的土地來(lái)建立大規(guī)模的可再生能源發(fā)電場(chǎng)。

 

經(jīng)合組織歐洲國(guó)家：在本項(xiàng)分析中的經(jīng)合組織歐洲國(guó)家，其成員國(guó)如德國(guó)鋼鐵企業(yè)已經(jīng)將政府資金投入到綠色鋼鐵-低碳足跡的鋼鐵產(chǎn)品中試項(xiàng)目中。安塞樂(lè)米塔爾集團(tuán)致力于在德國(guó)漢堡鋼廠利用可再生能源生產(chǎn)的氫氣生產(chǎn)綠色鋼鐵產(chǎn)品；瑞典公司的HYBRIT項(xiàng)目已經(jīng)向客戶(hù)交付了低碳足跡鋼材。

 

經(jīng)合組織歐洲國(guó)家在向低碳鋼鐵生產(chǎn)轉(zhuǎn)型方面處于有利地位，其優(yōu)勢(shì)在于：

 

★風(fēng)能和太陽(yáng)能項(xiàng)目有足夠的土地資源；

 

★有充足的廢鋼供應(yīng)；

 

★現(xiàn)有的天然氣管道可以將氫氣輸送給工業(yè)用戶(hù)；

 

★更嚴(yán)的二氧化碳排放政策。

 

德國(guó)政府已經(jīng)承諾為其鋼鐵行業(yè)的脫碳提供資金，其中氫氣的使用是一個(gè)關(guān)鍵組成部分。截至2019年，經(jīng)合組織歐洲國(guó)家在本文分析的地區(qū)中，高爐-轉(zhuǎn)爐流程生產(chǎn)的粗鋼份額為52%。即使有了起步優(yōu)勢(shì)，該地區(qū)仍將需要在擴(kuò)大可再生能源產(chǎn)能方面進(jìn)行大量投資，以滿(mǎn)足在假設(shè)對(duì)更大份額可再生能源驅(qū)動(dòng)的電爐鋼和電解氫氣生產(chǎn)的需求。