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中国钢铁行业净零碳排放路线图 作者： Ali Hasanbeigi1， Hongyou Lu2， Nan Zhou2 1 Global Efficiency Intelligence 2 劳伦斯伯克利国家实验室 2023 年 3 月 i 致谢 作者感谢北京大学 杨富强 博士、 陈炯 博士和 朱泓 博士， 冶金工业经济发展研究中 心陈瑜 博士，中国金属学会 张春霞 博士，冶金工业规划研究院 李冰 博士，东北大学 张 琦 博士，中国钢铁研究总院 郦秀萍 博士，欧洲气候基金会 杨婵 ，劳伦斯伯克利国家实 验室 Lynn Price，哥伦比亚大 学 Chris Bataille，以及 Global Efficiency Intelligence 的 Navdeep Bhadbhade，他们 为 本研究提出 了 宝贵意见 ， 和 /或对本文件早期版本作出 了 有见地评论。 免责声明 劳伦斯伯克利国家实验室（以下简称 “ LBNL” ）和 Global Efficiency Intelligence, LLC（以下简称 “ GEI” ）在本出版物中提供的信息仅供参考。 GEI和 LBNL非常谨慎 地维持本出版物项下收集和 提供之 信息的准确性，但是，任何一方均未就此类信息做 出任何明示或暗示的保证，也无需就任何人使用该 等 材料可能产生的后果承担任何责 任。本出版物所载的任何估算都反映了我们基于可用数据和信息作出的当前分析和预 测 。如果通过商号、商标、制造商或者以其他方式提及特定商业产品、工艺或服务， 并未表明或暗示 GEI/LBNL对其予以背书、推荐或支持。 根据与美国能源部签订的合同（合同编号： DE-AC02-05CH11231），劳伦斯伯克 利国家实验室作为合著者之一撰写本研究报告。美国政府保留出版或复制本研究报告 （ 或者允许他人为美国政府 进行 出版和复制） 的非独占、付费、不可撤销的全球 性许 可，如果 出版商出版 本研究报告，即表明其 承认美国政府保留该等许可。 参考 文献： Hasanbeigi、 A.、 Lu, H.和 Zhou, N.， 2023 年。 《中国钢铁行业净零碳 排放路线图》 ， 劳伦斯伯克利国家实验室和 Global Efficiency Intelligence。 LBNL- 2001506 https://eta.lbl.gov https://www.globalefficiencyintel.com ii 执行摘要 钢铁制造业属于全球范围内能源密集程度最高的行业之一，其排 放 量约占全球温 室气体（ GHG）排放量的 7%，全球二氧化碳（ CO2）排放量的 11%。 2021年，中国钢 铁产量占全球钢铁产量的 53%。 2021 年，中国钢铁行业粗钢产量为 10.33 亿吨，其中 89.4%的产量由使用高炉 -转 炉（ BF-BOF） 工艺 的 一次 炼钢厂生产， 10.6%的产量采用 电弧炉（ EAF）生产 工艺 生产。 中国承诺在 2030年之前实现二氧化碳排放量达峰，并在 2060年之前实现碳中和。 中国钢铁行业的二氧化碳排放量预计将在 2030 年之前达到峰值。钢铁行业的二氧化碳 排放量达峰主要是由中国国内钢铁需求达峰所推动的。中国的钢铁生产是世界上碳强 度最高的生产 国 之一，原因在于大部分钢铁都是通过能源和碳密集型的高炉 -转 炉 （ BF-BOF）炼钢工艺生产的。 本研究的目标旨在制定中国钢铁行业深度脱碳的路线图。我们分析了中国钢铁行 业的现状，并制定了 2050 年的情景设想，从而评估能够大幅减少中国 钢铁行业二氧化 碳排放量的各种脱碳路径。 我们在分析中谈到了五大脱碳支柱，即： 1）需求减少， 2）能源效率， 3）燃料转 换、电气化和电网脱碳， 4）技术转向低碳炼钢， 5）碳捕获、利用与封存 （ CCUS）。 我们对 2050 年设想的分析表明，在 “一切照旧如常 ”（ BAU）的 情景下，由于钢铁 需求减少、能源效率适度提升、技术转移更替 （ 主要转向 电炉 钢 生产路线 ） 以及电网 脱碳，在 2020 年至 2050 年期间，年二氧化碳排放量将减少 54%。在 “一切照旧如常 ” （ BAU）的情景下，中国钢铁产量同期下降 23%（ 图 ES1） 。 “ 净零排放”情景实现在钢铁行业的年二氧化碳排放量减少幅度最大，因为其包 括减少需求、采取能源效率措施、进行燃料转换、向低碳钢铁生产的技术转移，以及 碳捕获、利用与封存 （ CCUS）等更具雄心的贡献。在 “ 净零碳排放”情景下，到 2050 年，中国钢铁行业的二氧化碳排放总量将下降至每年约排放 7800 万 吨二氧化碳， 与 2020 年相比，排放水平下降 96%。 - 5 0 0 1 , 0 0 0 1 , 5 0 0 2 , 0 0 0 2 , 5 0 0 2 0 2 0 2 0 3 0 2 0 4 0 2 0 5 0 C O 2 E m is s io n s ( M tC O 2 / y r) B A U S c e n a r i o M o d e r a t e S c e n a r i o A d v a n c e d S c e n a r i o N e t - Z e r o s c e n a r i o 二氧化碳排放量（百万吨二氧化碳 /年） “一切照旧如常” （ BA）情景 适度适中情景 先进情景 “净零碳排放”情景 iii 图 ES1： 2020-2050 年各种不同减碳情景下中国钢铁行业的二氧化碳年排放总量（资料 来源：本研究） 在 2050 年中国钢铁行业“净零碳排放”情景下，各项 减 碳 路径 对二氧化碳减排的 贡献情况如图 ES2 所示。在这种情景下，技术转移更替 （ 主要是转向基于废钢的电弧 炉钢铁生产 ） 对二氧化碳减排所作出的贡献最大，其次是需求减少和燃料转换、 工艺 热 电气化和电网脱碳。 图 ES2： “ 净零碳排放 ” 情景下各 种 二氧化碳减排方案对中国钢铁行业的影响 （资料来源：本研究） “接近净零碳排放” 情景在技术上是可以通过 大多数已经商业化的 技术来实现的， 如废钢铁电弧炉 （ scrap-EAF） 和直接还原铁 -电弧炉（ DRI-EAF）技术，以及接近商业 化的技术，如氢 基 直接还原铁炼钢技术。 要 实现 “净零排放” 情景所示的成果，需要史无前例地采用低碳技术，其中包括 积极提升能源效率，大规模采用商业化脱碳和低碳炼铁技术，转向二次炼钢，以及大 幅增加中国钢铁行业低碳燃料的使用。 在短期内，本文建议中国政府不鼓励在中国新安装任何高炉设备。即使在短期内 （到 2030 年），中国国内可用的废钢也将大幅增加，这可能会取代建设新高炉的需求。 相反，建造新的电弧炉炼钢厂将成为需要。中国政府还应尽可能地劝阻重新砌 筑 高炉 2 , 1 0 3 ( 4 5 0 ) ( 3 1 9 ) ( 3 9 8 ) ( 7 3 6 ) ( 1 1 0 ) ( 1 2 ) 7 8 2 0 2 0 D e m a n d R e d u c t i o n E n e r g y E f f i c i e n c y F u e l S w i t c h i n g & E l e c t r i f i c a t i o n & G r i d d e c a r b o n i z a t i o n T e c h n o l o g y S h i f t t o l o w - c a r b o n i r o n & s t e e l m a k i n g C C U S C a r b o n S i n k ( B i o m a s s w i t h C C S ) 2 0 5 0 - N e t - Z e r o S c e n a r i o A n n u a l C O 2 E m i s s i o n s ( M t C O 2 / y r ) - 5 0 0 1 , 0 0 0 1 , 5 0 0 2 , 0 0 0 2 , 5 0 0 二氧化碳年排放量（百万吨二氧 化碳 /年） iv （修整高炉炉壁耐火材料） ，并鼓励建设氢 基 直接还原铁（ H2-DRI）或者氢就绪直接 还原铁工厂。重新砌 筑 高炉实质上是一项资本密集型 投资，将使高炉的使用年限再延 长 15 年以上，同时将其碳排放量保持在几乎相同的水平。重新砌 筑 高炉将导致资产搁 浅，这与中国的碳达峰和碳中和目标不符。重新砌 筑 高炉的资本成本可能比建造一座 新的“直接还原铁”工厂的资本成本还要高。此外，随着中国和世界其他国家地区在 未来几年建设一些氢 基 直接还原铁（ H2-DRI）工厂，并在这种低碳炼铁技术上获得经 验和信心，再加之未来几年中国兴建大型项目，执行激励措施，绿氢能源的价格随之 下跌，转向使用氢直接还原铁（ H2-DRI）在未来几年可能会比重新砌衬高炉更具吸引 力，这肯定会是一项更有利于改善气候的投资。 政府应继续通过标杆管理、翻新改型和激励措施来推动提升能源效率；同时还要 改进钢铁产品的回收系统，以提高废料质量及其可用性。中国政府应该走在企业的前 面，在钢铁产品碳排放标准和冶金行业氢应用方面提供标准和政策指导。钢铁企业在 继续追求脱碳的同时，还需要考虑对其钢铁产品实施生命周期排放标准，并贴上排放 标签。 在中期阶段，政府应规划并指导行业调整，特别是在逐步淘汰高炉，搬迁 有潜力 的 钢厂以匹配当地可再生资源方面。中国政府还可以利用市场力 量，制定钢铁“政府 绿色采购”（ GPP）计划，以激励进行低碳钢铁生产。从中期阶段来看，钢铁企业在 采用低碳技术方面将面临更大的压力和竞争。本文建议钢铁企业加入行业组织集团， 或建立政府与社会资本合作模式，以在技术（氢 基 直接还原铁 ， 碳捕获、利用与封存 ， 智能制造等）和政策方面跟进了解最新发展。我们还建议钢铁企业开发试点和示范项 目，以使用、测试并进一步改进低碳炼钢炼铁技术。 本文建议中国政府为技术创新提供资金、监管和政策支持，涉及领域包括投资高 风险和高回报的突破性技术，制定“技术推向市场”计划，鼓励技术试点、测试和验 证 等。 v 目录 执行摘要 ii 1.介绍 . 1 2.中国钢铁行业的生产和贸易状况 . 2 3.全球钢铁行业的二氧化碳排放量 . 5 4.中国钢铁行业能源消耗与碳排放概况 . 6 4.1.中国钢铁行业能源消耗 6 4.2.有关中国钢铁行业能源强度和二氧化碳排放强度的基准分析 6 5.中国钢铁行业净零碳排放路线图 . 12 5.1.脱碳情景 12 5.2.中国钢铁行业的脱碳路径 12 6.各个脱碳支柱对中国钢铁行业的影响 . 15 6.1.需求减少 15 6.2.能源效率 19 6.3.燃料转换、电气化和电网脱碳 21 6.4.转向低碳炼钢技术 23 6.5.碳捕获、利用和封存 41 7.行动计划和建议 . 47 参考资料 54 附录 63 1 1.介绍 钢铁制造业是全球范围内能源密集程度最高的行业之一。世界各地的钢铁生产主 要使用煤炭作为燃料，这意味着在各个行业中，钢铁行业成为二氧化碳（ CO2）排放 量最高的行业之一。钢铁行业约占全球制造业温室气体（ GHG）排放量的四分之一 （国际能源署， 2019年）。 据 估计 ，世界钢铁需求将从 2021 年的 19.51 亿吨增长到 2050 年的 25 亿吨（国际 能源署， 2020年 a）。 2021年，中国钢铁产量占全球钢铁产量的 53%；印度预计将在产 量增长方面取得领先地位。到 2050 年，非洲和中东预计将成为钢铁产量增长率最高的 另外两个地区（国际能源署， 2019 年）。 在钢铁行业脱碳方面未能取得实质进展的情 况下，预计随着钢铁消费量和产量的增长，该行业的能源绝对消耗量和二氧化碳排放 量将大幅增加。 中国承诺在 2030年之前实现二氧化碳排放量达峰，并在 2060年之前实现碳中和。 中国钢铁行业的二氧化碳排放量预计将在 2030 年之前达到峰值（中国 工信部 ， 2022 年）。中国政府的目标是在 2020 年到 2025 年的期间内，将综合能源强度降低 2%，并 在钢铁行业实施能源效率 “ 领跑者 ” 计划（中国政府网站， 2022 年）。预计到 2025 年， 钢铁行业中电弧炉 （ EAF） 炼钢厂的占比将从目前的 10.6%增加到 15%，到 2030 年，该 比例将增加到 20%。 此外，政府将严格限制任何新增钢铁产能。政府鼓励二次炼钢的 “ 有序 ” 发展， 并通过优惠的产能置换政策，通过 以废钢铁为主要原料 的电弧炉炼钢来替代老式 初次 炼钢。政府还支持氢能炼钢技术的发展（中国 工信部 ， 2022 年）。 中国于 2021 年 7 月启动了全国碳排放交易体系。目前，该体系仅涵盖电力行业 （ Tan， 2022 年），但钢铁行业有望很快加入该体系，政府支持开发全生命周期的碳 排放数据管理系统（中国政府网站， 2022 年）。 图 1显示了使用高炉 -转炉（ BF-BOF）、直接还原铁 -电弧炉（ DRI-EAF）、 以废钢 铁为主要原料 的电弧炉生产路线的钢铁生产简化流程图。在生产钢材的过程中，可通 过以下 任意 一个 工艺路线对铁矿石进行化学还原：高炉 -转炉（ BF-BOF）、熔融还原 法或直接还原法。此外，还可以通过在电弧炉中直接熔化废钢来生产钢铁。当今最常 见的钢铁生产路线包括使用高炉 -转炉（ BF-BOF）和电弧炉。 2021年，采用高炉 -转炉 生产路线生产的钢铁约占全球粗钢产量的 71%，采用电弧炉生产路线生产的钢铁约占 29% （国际钢铁协会， 2022年）。在中国，接近 90%的钢铁是通过高炉 -转炉 初次 炼钢路线 生产的。 2 图 1：炼钢生产路线（国际钢铁协会， 2020 年） 目前 已出现一些新兴技术，能够降低钢铁行业的能源消耗和碳排放，例如国际能 源署（ 2020年 a）和 Hasanbeigi等人（ 2013年）提及的技术。 举例来说，正在试行的一 项关键深度脱碳技术就是氢基直接还原铁电弧炉（ H2-DRI EAF）炼钢，在该技术中使 用可再生电力并以电解方式生产氢气（ H2），然后使用氢气生产钢铁（ SAAB， 2021 年），钢铁 公司和政策制定者正在认真考虑该技术。 本报告稍后将更详细地讨论这项 技术以及其他新兴技术。 本报告还介绍了中国钢铁行业的生产、能源消耗和碳排放现状；并为中国钢铁行 业制定了净零碳排放路线图，该路线图以数据为驱动，旨在本世纪中叶实现二氧化碳 净零排放。此外，本报告还涵盖钢铁行业在各种情景下并分别于 2030 年、 2040 年和 2050 年可能实现的里程碑。最后，本报告为中国政府、钢铁行业和其他主要利益相关 者提供了简 要的政策建议和行动计划。 2.中国钢铁行业的生产和贸易状况 2000 年至 2021 年间，世界钢铁产量翻了一番以上（参见图 2）。中国的钢铁产量 取得大幅增长， 2000 年，中国只占全球钢铁产量的 15%，而到 2021 年，中国在全球钢 铁产量占比高达 53%（国际钢铁协会， 2022 年）。 根据下图 显示 ， 2008 年世界钢铁产 量出现下降，原因是该年发生全球经济衰退； 2014 年世界钢铁产量再次出现下降，主 要原因是中国经济放缓和产能长期过剩，导致中国关闭非法感应炉和老旧钢铁厂。 2020 年，由于全球爆发新冠疫情，世界粗钢产量下降约 1%。 粗钢 块矿 粉矿 粉矿 块矿 球团矿 球团矿 再生钢 再生钢 烧结 煤炭 煤炭 准备原料 炼铁 炼钢 鼓风 空气 直接还原 天然气、石油或煤炭 天然气、石油 天然气 竖炉 回转窑炉 流化床 直 平炉 转炉 电弧炉 电弧炉 再生钢 再生钢 铁水 氧气 其他投料 高炉 氧气 焦炭 直接还原 3 图 2： 2000-2021 年中国和世界其他地区的粗钢产量（国际钢铁协会， 2021 年 和 2022 年） 图 3 显示了世界前十大钢铁生产国。 2021 年，前十大生产国钢铁产量占世界钢铁 产量的 83%，迄今为止，中国是最大的钢铁生产国（国际钢铁协会， 2022 年）。 前 20 大钢铁出口国占世界钢铁出口总量的 90%以上。根据国际钢铁协会（ 2022 年） 的数据， 2021 年， 中国、日本、俄罗斯、印度和乌克兰是前五大净出口国（即出口量 减进口量的净额），欧盟 27 国、美国、泰国、墨西哥和波兰是前五大净进口国（ 即 进 口量减出口量的净额）。 图 3： 2021 年 ， 前十大钢铁生产国（国际钢铁协会， 2022 年） 0 5 0 0 1 , 0 0 0 1 , 5 0 0 2 , 0 0 0 2 , 5 0 0 2 0 0 0 2 0 0 5 2 0 1 0 2 0 1 5 2 0 2 0 C r u d e s t e e l p r o d u c t io n ( M t ) C h i n a - B F / B O F C h i n a - E A F R e s t o f t h e W o r l d 0 2 0 0 4 0 0 6 0 0 8 0 0 1 0 0 0 1 2 0 0 C h i n a I n d i a J a p a n U . S . R u s s i a S . K o r e a T u r k e y G e r m a n y B r a z i l I r a n R e s t o f t h e W o r l d C r u d e S t e e l P r o d u c t i o n ( M t ) 中国高炉 -转炉 中国电弧炉 世界其他地区 粗钢产量（百万吨） 粗钢产量（百万吨） 世界其他地区 伊朗 巴西 德国 土耳其 韩国 俄罗斯 美国 日本 4 2021 年，中国钢铁行业粗钢产量为 10.33 亿吨，其中 89.4%的 钢铁 由使用高炉 -转炉 （ BF-BOF）工艺的 初次 炼钢厂生产， 10.6%的 钢铁由使用 电弧炉（ EAF）生产工艺 的 二次炼钢厂 生产。 2021 年，中国进口 2,780 万吨钢铁产品，出口 6,620 万吨钢铁产品。 这些 数据表明，中国生产的钢材总量中，只有 6%用于出口，其余 94%的钢材用于满足 国内需求。中国最大的五家钢铁公司分别是中国宝武集团、鞍钢集团、沙钢集团、河 钢集团和建龙集团（国际钢铁协会， 2022 年）。 河北省钢铁产量占粗钢总产量的 23%，其次分别是江苏省（ 11%）；山东省（ 8%）； 辽宁省（ 7%）和山西省（ 6%）（参见图 4）（中国钢铁工业年鉴编委会， 2021 年）。 建筑行业和基础设施建设行业是中国最大的钢铁消费行业（ 59%），其次分别是机械行 业（ 16%）、汽车行业（ 6%）、能源行业（ 4%）和其他钢铁产品（前瞻产业研究院， 2020 年； L. Guo 和 He， 2021 年）。 图 4： 2020 年中国各省份粗钢产量（ NBS， 2021 年） - 5 0 1 0 0 1 5 0 2 0 0 2 5 0 3 0 0 H e b e i J i a n g s u S h a n d o n g L i a o n i n g S h a n x i A n h u i H u b e i H e n a n G u a n g d o n g I n n e r M o n g o l i a S i c h u a n J i a n g x i H u n a n F u j i a n G u a n g x i Y u n n a n T i a n j i n S h a n g h a i J i l i n S h a a n x i Z h e j i a n g X i n j i a n g G a n s u H e i l o n g j i a n g C h o n g q i n g N i n g x i a G u i z h o u Q i n g h a i C r u d e s t e e l p r o d u c t i o n ( M t ) 粗钢产量（百万吨） 青海 贵州 宁夏 重庆 黑龙江 甘肃 新疆 浙江 陕西 吉林 上海 天津 云南 广西 福建 湖南 江西 四川 内蒙古 广东 河南 湖北 安徽 山西 辽宁 山东 江苏 河北 5 3.全球钢铁行业的二氧化碳排放量 2019 年，全球钢铁行业排放的二氧化碳约为 36 亿吨（参见图 5）。 2019 年，全球 高炉 -转炉钢炼钢排放的二氧化碳约为 31 亿吨，电弧炉炼钢排放的二氧化碳约为 5 亿 吨。 中国和印度大量使用生铁或者煤基直接还原铁（而非废钢铁）作为原料，因此， 两国电弧炉炼钢的二氧化碳强度更高，这也推高了全球电弧炉炼钢的二氧化碳排放量 （ Hasanbeigi， 2022 年）。 图 5： 2019 年全球钢铁行业二氧化碳排放量（按工艺类型）（ Hasanbeigi， 2022 年） 根据我们估计的每个国家 /地区的高炉 -转炉炼钢和电弧炉炼钢的二氧化碳强度以 及钢铁产量，我们在此前 的研究（ Hasanbeigi， 2022年）中估算了钢铁行业二氧化碳排 放总量。图 6 显示了该项分析的结果，其中中国占 2019 年全球钢铁行业二氧化碳排放 总 量的 54%。 图 6： 2019 年主要钢铁生产国因生产钢铁排放的二氧化碳总量（百万吨） （ Hasanbeigi， 2022 年） 根据上图所 示 钢铁行业排放总量以及联合国环境规划署（ 2020 年）报告的 2019 年 全球温室气体排放量（共计 520 亿吨二氧化碳当量，其中包括非二氧化碳温室气体排 放量），全球钢铁行业温室气体排放量约占全球排放总量的 7%。根据上图所 示 钢铁行 - 5 0 0 1 , 0 0 0 1 , 5 0 0 2 , 0 0 0 2 , 5 0 0 3 , 0 0 0 3 , 5 0 0 4 , 0 0 0 B F - B O F E A F T o t a l C O 2 e m is s io n s ( M t C O 2 ) - 5 0 0 1 , 0 0 0 1 , 5 0 0 2 , 0 0 0 2 , 5 0 0 3 , 0 0 0 3 , 5 0 0 4 , 0 0 0 C h i n a R e s t o f W o r l d I n d i a J a p a n S o u t h K o r e a R u s s i a U . S . G e r m a n y B r a z i l U k r a i n e 二氧化碳排放量（百万 ) 高炉 -转炉 电弧炉 合计 中 印 日 韩国 俄 美 德 巴 乌世界其 6 业排放总量以及国际能源署（ 2020 年 b）报告的 2019 年全球二氧化碳排放量（共计 330 亿吨），全球钢铁行业二氧化碳排放量约占全球排放总量的 11%。 4.中国钢铁行业能源消耗与碳排放概况 4.1.中国钢铁行业能源消耗 中国钢铁行业约占中国制造业所消耗燃料总量的 34%左右（国家统计局， 2022年）。 图 7显示了中国钢铁行业 投入 的 不同能源 占比（左图）以及 消耗 的 不同类型能源 占比 （右图）。左图显示了能源投入 占比 ，右图更为详细地显示了终端能源消耗 占比 （同 时考虑到废热回收情形）。根据图 7所示，焦炭所占份额最大，占中国钢铁行业最终能 源消耗的 67%。在钢铁厂中，出于不同目的 和 能源的终端用途各有不同。在中国钢铁行 业的终端能源消耗中，通过加热过程（特别是在高炉中）将铁矿石转化为生铁 /铁水所 需消耗的能源占比最高。 图 7： 2020 年中国钢铁行业各种能源投入（左图）和能源消耗（右图）所占比例 （国家统计局， 2022 年） 备注：耗电量以最终能源形式显示，并未转换为一次能源。 4.2.有关中国钢铁行业能源强度和二氧化碳排放强度的 对标 分析 通过对能源强度和二氧化碳排放强度进行国际 对标 分析，可以提供一个参照点， 将一个公司或行业的表现与其他国家的同类公司或行业的表现进行比较。针对采取的 改善能源效率措施或者二氧化碳减排措施，可通过 对标 分析来评估该等措施可实现的 降低能耗和排放的潜力。此外，在国家层面上，政策制定者可通过 对标 分析来确定节 能和脱碳方案的优先顺序，并制定降低能耗和温室气体排放的政策。 在此前的研究中，我们对 15个主要钢铁生产国和欧盟 27国钢铁行业的能源强度和 二氧化碳排放强度进行了 对标 分析（ Hasanbeigi， 2022年）。我们开展这项研究得出的 7 一些主要结论列示如下，其中突出强调了在国际背景下中国钢铁行业的能源强度和二 氧化碳排放强度。 4.2.1.有关钢铁行业总体的能源强度和二氧化碳排放强度的 对标 分析 就 2019年 15个主要钢铁生产国和欧盟 27国整 体 钢铁行业的最终能源总强度而言， 在 Hasanbeigi（ 2022 年）研究的各个国家中，意大利、土耳其、墨西哥和美国的能源 强度最低（参见图 8），其中的主要原因是这些国家使用电弧炉生产的钢铁量在钢铁 总产量中所占比例要高得多。电弧炉属于二次钢铁生产工艺，它主要使用废钢铁作为 原料，因此相比高炉 -转炉工艺，使用电弧炉生产每吨钢铁所消耗的能源更少。换句话 说，以废钢铁为主要原料的电弧炉炼钢所占份额越高，越有助于降低一个国家钢铁行 业的整体能源强度。 但是， 应该指出的是，电弧炉也可以使用直接还原铁（甚或生铁） 作为原料， 而 它们都属于可用于电弧炉炼钢的能源密集型原料。在印度等一些国家， 电弧炉炼钢使用大量煤基直接还原铁，在中国，电弧炉炼钢使用大量通过能源密集型 高炉生产 的生铁，两者都导致这些国家的能源强度以及电弧炉炼钢排放强度大幅升高。 此外，其他因素也会影响钢铁行业的能源强度和二氧化碳排放强度，具体如本章后文 所述。 在所研究的国家中，乌克兰、中国、印度和巴西的能源强度最高（参见图 8）。乌 克兰、中国和巴西使用电弧炉生产的钢铁产量在钢铁总产量中所占份额也最低。在印 度钢铁行业中，使用电弧炉生产的钢铁产量在钢铁总产量中所占份额很高（ 56%），但 是，这种生产的能源强度相对较高，主要原因是不同于其他许多国家，印度使用大量 直接还原铁作为电弧炉炼钢的原料（约占电弧炉炼钢原料总量的 50%） 。与再生废钢 铁不同，直接还原铁是使用铁矿石并通过直接还原工艺生产出来的，这是一种能源和 碳密集型工艺。此外，印度还是世界上为数不多的使用煤基直接还原铁技术（而非使 用天然气作为还原剂还原铁矿石）的国家之一。这导致印度使用直接还原铁 -电弧炉生 产钢铁时的能源强度和排放量更高。 8 图 8： 2019 年所研究国家 /地区钢铁行业的最终能源总强度（ Hasanbeigi， 2022 年）。 Hasanbeigi所研究国家 /地区钢铁行业的二氧化碳排放强度排名（参见图 9）与能源 强度排名略有不同。意大利、美国和土耳其的二氧化碳排放强度最低，乌克兰、印度 和中国的二氧化碳排放强度最高。美国的二氧化碳排放强度很低，主要原因是该国以 废钢铁为主要原料的电弧炉炼钢所占比例较高，还有部分原因是美国钢铁行业使用天 然气的比例很高（占所用燃料总量的 54%）。与煤炭和焦炭相比，天然气的单位能源 排放因子要低得多，而在中国和许多其他国家钢铁行业使用的主要能源类型是煤炭和 焦炭。美国的二氧化碳电网排放因子也低于土耳其和墨西哥的水平。本章末尾讨论了 影响钢铁行业二氧化碳排放强度的其他因素。 图 9： 2019年所研究国家 /地区钢铁行业的二氧化碳排放总强度（ Hasanbeigi， 2022 年）。 0 5 1 0 1 5 2 0 2 5 3 0 I t a l y T u r k e y M e x i c o U . S . E U - 2 7 C a n a d a G e r m a n y S o u t h K o r e a V i e t n a m F r a n c e R u s s i a J a p a n B r a z i l I n d i a C h i n a U k r a i n e T o t a l F in a l E n r e r g y I n t e n s it y ( G J / t c r u d e s t e e l) 0 . 0 0 . 5 1 . 0 1 . 5 2 . 0 2 . 5 I t a l y U . S . T u r k e y M e x i c o C a n a d a B r a z i l - C h a r c o a l C N E U - 2 7 F r a n c e G e r m a n y R u s s i a S o u t h K o r e a B r a z i l - C h a r c o a l C + J a p a n V i e t n a m C h i n a I n d i a U k r a i n e T o t a l C O 2 In t e n s it y ( t C O 2 / t c r u d e s t e e l) 最终能源总强度（吉焦 /吨粗钢） 二氧化碳排放总强度（吨二氧化碳 /吨粗钢） 9 备注： Brazil-木炭 CN 是指木炭被视为碳中性原料。巴西 -木炭 C+是指由于人们对巴西钢铁工 业所用生物质材料的可持续性存在疑问和担忧，未将木炭视为碳中和原料。 4.2.2.有关高炉 -转炉初次钢铁生产的二氧化碳排放强度的 对标 分析 高炉 -转炉和电弧炉这两种炼钢路线之间存在很大 区别 ，因此，它们的二氧化碳排 放强度也存在很大差异，为此，至关重要的是要深入研究，并基于每个生产路线对各 个国家的钢铁生产进行基准分析，以提供有关各国钢铁生产的能源强度和碳排放强度 的更加公允且准确的观点。 图 10 显示了 2019 年所研究国家 /地区高炉 -转炉初次钢铁生产的二氧化碳排放强度 （ Hasanbeigi， 2022年）。值得强调的是，尽管在整个钢铁行业的二氧化碳排放强度中， 中国排名第三（参见图 9），但如果仅以高炉 -转炉钢铁生产路线的二氧化碳排放强度 为基准，中国排名有所改善。中国电弧炉炼钢的份额很低，导致整个钢铁行业 的二氧 化碳排放总强度很高，但是，中国 80%以上的高炉 -转炉钢铁产能是在 2000 年之后建成 的，平均厂龄约为 15年（国际能源署， 2020 年 ）。这些新工厂中有许多正在采用更高 效的生产技术。此外，过去十年间，中国一直在积极关停老旧和低效钢铁厂。印度的 高炉 -转炉炼钢的二氧化碳排放强度最高，主要原因是印度有许多老旧且低效的高炉 - 转炉炼钢厂仍在运营。但是，应该指出的是，印度一些新建钢铁厂的能效 可 达到世界 最高水平。 图 10： 2019 年所研究的国家 /地区高炉 -转炉炼钢的二氧化碳排放强度（ Hasanbeigi， 2022 年）。 备注： Brazil-木炭 CN 是指木炭被视为碳中性原料。巴西 -木炭 C+是指由于人们对巴西钢铁工 业所用生物质材料的可持续性存在疑问和担忧，未将木炭视为碳中和原料。 0 . 0 0 . 5 1 . 0 1 . 5 2 . 0 2 . 5 3 . 0 3 . 5 B r a z i l - C h a r c o a l C N C a n a d a G e r m a n y E U - 2 7 M e x i c o U . S . F r a n c e T u r k e y R u s s i a I t a l y C h i n a B r a z i l - C h a r c o a l C + S o u t h K o r e a J a p a n V i e t n a m U k r a i n e I n d i a B F - B O F C O 2 In t e n s it y ( t C O 2 / t c r u d e s t e e l) 高炉 -转炉二氧化碳排放强度 （吨二氧化碳 /吨粗钢） 10 各国能源强度和二氧化碳排放强度存在差异，这无法通过任何单一因素作出解释。 除了高炉 -转炉钢铁厂的能源强度外，影响各个国家此类钢铁厂二氧化碳排放强度的另 一个关键因素是所使用的燃料组合。基于各国钢铁行业所用燃料的加权平均二氧化碳 排放因子，美国、墨西哥和加拿大 的排放强度 最低，而印度、越南和中国 的排放强度 最高。如果将木炭视为碳中性燃料，那么巴西拥有世界上最清洁的燃料组合，但如果 未 将木炭 视为碳中性燃料，那么巴西钢铁行业燃料组合的碳密集程度最高。 4.2.3.有关电弧炉炼钢的二氧化碳排放强度的 对标 分析 电弧炉炼钢的能源强度和碳强度低于高炉 -转炉炼钢的强度水平，尤其是电弧炉的 全部或大部分原料 都 来自再生废钢铁 1。 图 11 显示了所研究的 15 个国家和欧盟 27 个地区电弧炉炼钢的二氧化碳排放强度 （ Hasanbeigi， 2022年）。就电弧炉炼钢的二氧化碳排放强度而言，巴西和法国的强度 最低，印度和中国的强度最高。印度、中国和墨西哥电弧炉炼钢的二氧化碳排放强度 显著高于其他国家的水平，其中的关键原因是这三个国家电弧炉炼钢所使用的原料类 型。在大多数国家，电弧炉炼钢使用的主要原料是废钢铁。然而，印度和墨西哥钢铁 厂的电弧炉使用的大量原料是直接还原铁（印度约占 50%，墨西哥约占 40%）（世界钢 铁协会， 2021 年）。在中 国， 作为直接还原铁的替代品， 电弧炉炼钢 中 使用的大量原 料来自通过高炉生产的生铁（约占电弧炉炼钢原料的 50%） 。直接还原铁和生铁生产 都属于高度能源密集型工艺，如果将其用作电弧炉炼钢的原料，会导致电弧炉炼钢的 能源强度和二氧化碳排放强度升高。越南电弧炉炼钢的二氧化碳排放强度很高，主要 原因是该国的电网二氧化碳排放因子非常高。 1备注：在计算电弧炉能源强度和碳排放强度时，通常不包含再生废钢铁中的隐含能源和碳强度。 11 图 11： 2019 年所研究的国家 /地区电弧炉炼钢的二氧化碳排放强度（ Hasanbeigi， 2022 年）。 影响电弧炉炼钢二氧化碳排放强度的另一个重要因素是电网二氧化碳排放因子。 电弧炉炼钢（包括轧制和精加工）所用能源的一半以上来自电力。随着电弧炉炼钢中 使用的直接还原铁的份额增加，电力在能源消耗总量中所占份额下降。因此，如果钢 铁行业所用电力的排放因子下降，将显著降低电弧炉炼钢的二氧化碳排放强度。由于 通过大型核电站（法国）和水电站（巴西和加拿大）发电，法国、巴西和加拿大的电 网二氧化碳排放因子最低。在所研究的国家中，印度、越南和中国在发电时使用了大 量煤炭，因此这三个国家的电网二氧化碳排放因子最高。 中国钢铁行业的能源强 度和二氧化碳排放强度值不同于其他国家，造成这种状况 所涉及的一些关键因素包括： 1) 电弧炉炼钢产量在该国钢铁总产量中所占比例很低 2) 钢铁行业使用的燃料组合包括高排放强度的煤炭和焦炭 3) 电网二氧化碳排放因子更高 4) 高炉 -转炉和电弧炉炼钢中所用原料的类型 5) 节能技术的普及程度 6) 各国钢铁产品组合 7) 各国钢铁制造设备的机龄 8) 产能利用率 9) 环保法规 0 . 0 0 . 2 0 . 4 0 . 6 0 . 8 1 . 0 1 . 2 1 . 4 1 . 6 B r a z i l F r