中国钢铁行业净零排放路线图-BERKELEY LAB (1).pdf

中国钢铁行业净零排放路线图 执行摘要 Authors: Ali Hasanbeigi 1, Hongyou Lu 2, Nan Zhou 2 1 Global Efficiency Intelligence 2 Lawrence Berkeley National Laboratory March 2023 1 请在此链接处下载 英文报告全文 。 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%。 2 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（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 各项 二氧化碳减排方案对中国钢铁行业的影响 （ 来源 ： 本 研究 ） - 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 t C 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 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 “一切照旧如常 ” （ BAU）情景 适度适中情景 先进 情景 “净零排放”情景 二氧化碳 排放量 （公吨，二氧化碳 /年） 二氧化碳年排放量（公吨，二氧化碳 /年） 需求减少 能源效率 燃料转 换、电气 化和电网 脱碳 技术转向 低碳炼钢 炼铁 碳捕获、 利用与封 存 （ CCUS） 碳汇（碳 捕获与封 存 （ CCS） 的生物 质） 2050年 - “净零排 放”情景 3 “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 （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。