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推动钢铁行业低碳转型,引领工业碳达峰与碳中和

    《国民经济和社会发展第十四个五年规划和2035年远景目标纲要》提出,要支持有条件的地方和重点行业、重点企业率先达到碳排放峰值。钢铁行业是除能源以外碳排放量最大的工业行业,绿色低碳发展已经成为钢铁行业转型发展的核心命题,也是钢铁行业实现高质量发展的必由之路。推动我国钢铁行业低碳转型示范,刻不容缓。

    钢铁行业碳排放现状及面临的挑战

    我国钢铁工业碳排放量约占全国碳排放总量的15%左右,是我国碳排放量最高的制造业行业,迫切需要通过加速低碳转型,降低全社会碳排放量,确保国家碳达峰与碳中和目标顺利实现。

    钢铁行业涵盖能源、化工、建材等多项工艺类型,是工艺流程最复杂的行业之一,包括燃煤与燃气发电、供热锅炉、炼焦与焦炉煤气深加工、炼铁与炼钢、石灰与超细粉等工艺,分别属于电力、热力、传统煤化工、金属冶炼、建筑材料等行业。上述行业碳排放总量占全国排放总量的一半以上。钢铁行业的碳达峰与碳中和路线包括控制产量、节能减排、清洁能源替代、氢能利用、碳捕集利用封存(以下简称CCUS)等,具有普适性。因此,钢铁行业的低碳转型将对所有工业行业具有示范意义。

    钢铁产品是“工业粮食”,对制造业碳达峰与碳中和具有重要带动作用。钢铁行业是工业化国家的基础工业之一,钢铁产品是基础设施建设、汽车制造、船舶制造、装备制造、国防建设等领域的主要原材料。因此,从产品全生命周期碳排放角度来看,钢铁行业低碳转型对制造业整体减碳具有重要带动作用。

    我国钢铁行业吨钢碳排放量约为1.7吨/吨粗钢-1.8吨/吨粗钢,按照2020年10.65亿吨钢产量计算,碳排放总量超过18亿吨。从工艺流程来看,高炉—转炉工艺碳排放量约为1.8吨/吨粗钢-2.2吨/吨粗钢,电炉工艺碳排放量约为0.4吨/吨粗钢-0.8吨/吨粗钢。从工序来看,铁前工序碳排放量占比超过70%,主要集中在炼铁和焦化工序。

    在实现低碳转型发展方面,我国钢铁行业面临不少挑战。一是钢铁体量大。我国钢铁行业产能产量稳居世界第一, 2020年粗钢产量约占世界总产量的57%。2021年粗钢产量仍在增长,其中一季度粗钢同比增长15.06%,5月上旬同比上升7.44%。产量提高意味着排放增长,若产量持续增长,将给碳达峰带来困难。

    二是工艺结构不合理。我国钢铁行业工艺流程以碳排放量高的高炉—转炉工艺为主,占比约90%,而排放量占比较低的电炉工艺仅占10%。受限于电炉原料废钢使用比例较低的限制条件,不考虑政策鼓励因素,电炉工艺占比提高困难,行业碳排放总量很难降低。

    钢铁行业碳达峰碳中和的路径建议

    为推动钢铁行业低碳转型发展,实现碳达峰碳中和目标,建议从以下方面着力。

    一是严格控制产能产量。继续压减粗钢产能。一方面,持续淘汰落后钢铁产能,修订产业政策加严淘汰底线,逐步将4.3米及以下焦炉、450立方米及以下高炉纳入淘汰范围。优化工作机制,严防已淘汰产能死灰复燃。另一方面,严控新增产能,加严产能减量替代要求,并严控重复替代情形。

    同时,提高钢材产品性能,延长使用寿命。通过提高钢材产品性能,采取“以细代粗、以薄代厚、以轻代重”的方式,在不降低用钢行业产品质量的前提下,减少钢材使用量。比如,输电铁塔用高强钢材替代普通钢材可减少10%以上的钢材用量,脚手架用高强型钢代替普通焊管可减少约30%的钢材用量。优化钢材产品制造工艺,延长使用寿命,减少钢材用量。比如,通过与国外同类产品对标,轴承钢平均使用寿命还有延长一倍的潜力,据此可减少此类钢材用量50%。

    优化钢铁产品进出口政策。通过调整产品出口政策,降低或取消除硅钢等高端产品以外的出口退税,以及部分生铁、铬铁、直接还原铁等初级产品进口关税。适当提高生铁、铬铁等初级产品出口关税,鼓励进口、减少出口,减轻粗钢产量增长的压力。

    二是优化配置钢铁工艺流程。鼓励短流程工艺。出台电炉短流程炼钢优惠政策,对电炉建设项目,在产能替代环节予以政策倾斜。对电炉企业采取优惠电价、减征税费等措施,并在碳排放权交易配额分配过程中充分考虑其与长流程的差异性。加快推动完善废钢市场,适时推广建筑钢结构,提高全社会废钢保有量。同时,规范废钢消费领域,可对废钢合规使用予以补贴和鼓励。

    优化长流程工艺。一方面,严格控制高炉—转炉流程占比,在建设项目产能减量替代的基础上,增加碳排放量减量或倍量替代前置条件。对于碳排放量居高不下的企业,通过提高电价等方式提高其排放成本。另一方面,鼓励发展碳排放量较低的直接还原、稳定可靠的熔融还原等非高炉炼铁工艺。

    三是深度挖掘节能降碳潜力。提高节能技术应用比例。结合钢铁行业超低排放推进进度,持续提高烧结烟气循环、燃气蒸汽循环发电、炉顶余压发电、烟气余热回收、高炉渣余热回收、钢渣余热回收、一包到底、高炉煤气热值提升等节能技术,进一步降低全行业能耗,减少行业碳排放总量,实现减污降碳协同。

    优化传统技术节能效果。提高余热发电机组的转化效率,将中低温余热回收工艺改进为高温高压工艺,进而提高余能利用率,降低能耗。优化烧结烟气循环工艺中的烟气来源,提高高温烟气循环比例,进一步降低烧结工序能耗,减少碳排放量。

    四是探索低碳氢能冶炼路径。近期,在现有高炉—转炉长流程工艺占比高的大背景下,充分借鉴日本和欧盟经验,推动宝钢等高炉富氢冶炼试验项目,研究炉顶煤气循环、高炉喷吹富氢气体等技术路线大规模铺开的可行性。今后还可密切关注欧盟钢铁行业低碳冶炼技术研发进展,推动河钢等氢能冶炼试验项目,系统开展氢能炼钢、氢气直接还原、熔融电解铁矿石等技术路线研究。

    五是储备开发CCUS技术。配合高炉炉顶煤气循环、二氧化碳富集等技术,探索通过钢铁、化工耦合的方式,深入开展二氧化碳捕集、利用、封存等技术集成示范研究。 

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