不同冶煉流程對中、日、韓和OECD歐洲國家2050年碳強度的影響預測

 

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

 

此外，在鋼鐵生產中使用氫氣并不一定會直接導致鋼鐵行業的脫碳。2018年，基于化石燃料裂解生產的氫氣產量約占全球總產量的99%，其中76%來自天然氣，23%來自煤炭。剩下的1%是通過電解過程產生的。與用可再生能源進行水電解生產氫氣相比，通過天然氣的重整生產的氫氣具有較大的碳足跡。目前，通過天然氣的重整是生產氫氣的主要方法，幾乎所有電解生產的氫氣都是氯工業中氯堿生產的副產品。在未來幾年，由可再生能源驅動的電解氫氣將是鋼鐵行業脫碳的關鍵。

 

四個國家（地區）特征

 

本文研究了《2021年國際能源展望》中的四個國家（地區）：中國，日本，韓國和經合組織歐洲國家。選擇這些地區，要么是因為它們的鋼鐵工業的規模、鋼鐵工業的構成，要么是因為它們宣布了鋼鐵生產的脫碳計劃。

 

中國：生產了全球一半的粗鋼，并將在任何改變全球鋼鐵生產方式的努力中扮演關鍵角色。截至2019年，中國的鋼鐵生產嚴重依賴煤炭，主要通過帶有高爐和轉爐的綜合鋼廠生產了近90%的粗鋼。中國的高爐-轉爐產能也相對較新，平均在15年；其鋼鐵生產裝備的使用壽命一般超過40年。然而，只有在大約使用25年后鋼廠才會做出額外投資的決定，更換高爐爐襯，才能達到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，并且需要高爐停產很長一段時間。如果中國的鋼鐵企業決定停止使用高爐，而不是更換耐火爐襯，向替代技術的轉型可能會更快。

 

中國鋼鐵工業的快速發展始于2000年左右。中國鋼鐵工業發展勢頭迅猛，幫助城市地區建設了新的基礎設施和摩天大樓，所有這些都需要大量的鋼材。鋼鐵產品的使用壽命很長，這意味著中國自工業化時期開始生產的大部分鋼鐵產品仍被用于重型設備、橋梁和建筑，只有很少的報廢鋼鐵可以回收利用。然而，在未來幾年，我們預計中國將有越來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，中國重工業產業（包括鋼鐵工業）的脫碳將有助于中國實現其宣布的凈零碳目標。

 

在本文分析研究的情景中，中國電爐生產的粗鋼產量份額將從2020年的約13%增加到2050年的50%。在中國，如此大規模的鋼鐵生產方式轉型將極具挑戰性，需要大量氧氣轉爐在正常的報廢之前退役。另一個挑戰是擴大電爐數量以及增加生產電解氫和為電爐供電所需的大量太陽能和風能的投資。盡管如此，鑒于中國在全球鋼鐵行業中極大的重要性，中國鋼鐵產業轉型的情景會對能源格局產生更廣泛的影響。

 

日本和韓國：兩國都有成熟的鋼鐵工業，主要依靠高爐-轉爐進行鋼鐵生產。在本文分析中，兩國鋼鐵工業的能源消耗方式可以通過電爐生產更多的鋼實施積極的轉型。此外，這兩個國家都正式承諾要在鋼鐵行業實現脫碳目標。日本已承諾將其能源經濟轉變為依賴帶有碳捕獲與封存（CCS）的通過化石燃料生產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中可能的組成部分。日本的公司已經承諾投資一個強大的氫經濟，這也將涉及工業產業。同樣，韓國也勾勒出了氫經濟路線圖，以努力遏制溫室氣體排放。對目前的分析很重要的是，以浦項為首的韓國鋼鐵工業已經宣布了建設氫氣生產能力的計劃，作為這一努力的一部分。

 

2019年，日本主要使用高效高爐生產其鋼鐵產品——日本76%的粗鋼是通過高爐-轉爐工藝生產的。然而，日本是一個成熟的經濟體，其很多基礎設施將需要在預測期內退役，這意味著廢鋼的供應將保持在較高水平，這可能會支持低碳足跡鋼的生產。韓國與日本在鋼鐵技術和資源獲得方面有相似之處。與日本一樣，韓國主要利用高效高爐生產高水平的鋼鐵產品，2019年韓國生產的粗鋼中有68%來自高爐-轉爐工藝。

 

日本在達到這些情景中假定的電解生產氫方面面臨挑戰。在本次分析的四個國家（地區）中，日本的工業電價最高，其次是韓國。作為一個地理上的島國，日本可能會遇到土地資源的限制，無法建設大規模的風力和太陽能發電場，以滿足假設情況下所需的可再生能源。相反，它可能需要大型海上風電項目或進口中間產品，如熱壓塊鐵或氫氣。像日本一樣，韓國可能也沒有足夠的土地來建立大規模的可再生能源發電場。

 

經合組織歐洲國家：在本項分析中的經合組織歐洲國家，其成員國如德國鋼鐵企業已經將政府資金投入到綠色鋼鐵-低碳足跡的鋼鐵產品中試項目中。安塞樂米塔爾集團致力于在德國漢堡鋼廠利用可再生能源生產的氫氣生產綠色鋼鐵產品；瑞典公司的HYBRIT項目已經向客戶交付了低碳足跡鋼材。

 

經合組織歐洲國家在向低碳鋼鐵生產轉型方面處于有利地位，其優勢在于：

 

★風能和太陽能項目有足夠的土地資源；

 

★有充足的廢鋼供應；

 

★現有的天然氣管道可以將氫氣輸送給工業用戶；

 

★更嚴的二氧化碳排放政策。

 

德國政府已經承諾為其鋼鐵行業的脫碳提供資金，其中氫氣的使用是一個關鍵組成部分。截至2019年，經合組織歐洲國家在本文分析的地區中，高爐-轉爐流程生產的粗鋼份額為52%。即使有了起步優勢，該地區仍將需要在擴大可再生能源產能方面進行大量投資，以滿足在假設對更大份額可再生能源驅動的電爐鋼和電解氫氣生產的需求。