中國(guó)冶金報(bào) 中國(guó)鋼鐵新聞網(wǎng)
蘇亞紅
全球碳達(dá)峰碳中和現(xiàn)狀
據(jù)英國(guó)石油公司(BP)發(fā)布的《世界能源統(tǒng)計(jì)年鑒》顯示，2012年以來(lái)全球碳排放量持續(xù)增長(zhǎng)，2019年全球碳排放量達(dá)到了343.6億噸，創(chuàng)歷史新高。2020年全球受新冠肺炎影響，碳排放量下降至322.8億噸，同比下降6.3%（詳見(jiàn)圖1）。
圖1 全球碳排放量變化情況（億噸）
隨著全球平均溫度的升高以及極端氣候事件頻發(fā)，國(guó)際社會(huì)向主要經(jīng)濟(jì)體施加的碳減排壓力越來(lái)越大。2019年7月聯(lián)合國(guó)秘書(shū)長(zhǎng)倡議“到2030年將溫室氣體排放量較2010年水平削減45%，到2050年基本實(shí)現(xiàn)碳中和”。同年9月底聯(lián)合國(guó)氣候行動(dòng)峰會(huì)上，65個(gè)國(guó)家承諾在2050年前實(shí)現(xiàn)溫室氣體凈零排放。
據(jù)經(jīng)濟(jì)合作與發(fā)展組織(OECD)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示，1990年、2000年、2010年和2020年碳排放達(dá)峰國(guó)家的數(shù)量分別為18、31、50和54個(gè)，已經(jīng)碳達(dá)峰的這些國(guó)家占當(dāng)時(shí)全球碳排放量的比例分別為21%、18%、36%和40%。2030年全球?qū)⒂?8個(gè)國(guó)家實(shí)現(xiàn)碳排放達(dá)峰，占全球碳排放量的60%。
我國(guó)在2020年9月第七十五屆聯(lián)合國(guó)大會(huì)上，宣布2030年實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰、2060年實(shí)現(xiàn)碳中和。碳中和已成為各國(guó)追求的共同目標(biāo)，不丹、蘇里南共和國(guó)目前已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了碳中和，另外有120多個(gè)國(guó)家（經(jīng)濟(jì)體）宣布了碳中和實(shí)現(xiàn)時(shí)間（詳見(jiàn)表1）。
表1 全球部分國(guó)家碳中和宣布時(shí)間
我國(guó)鋼鐵行業(yè)面臨的“雙碳”壓力
我國(guó)鋼鐵行業(yè)作為能源消耗密集型行業(yè)，是制造業(yè)31個(gè)門類中碳排放量最大的行業(yè)之一，占全國(guó)碳排放總量15%左右。近十年來(lái)，我國(guó)鋼鐵行業(yè)一直向低碳綠色改造方向努力，2013年到2020年，我國(guó)粗鋼產(chǎn)量從8.13億噸增長(zhǎng)到10.65億噸，增幅達(dá)到了31%，但是同期鋼鐵行業(yè)碳排放總量從17.48億噸增長(zhǎng)到21.1億噸，增幅僅為20.71%，噸鋼排放量從2.15噸下降到1.98噸（詳見(jiàn)圖2）。
圖2我國(guó)粗鋼產(chǎn)量及碳排放情況
我國(guó)提出2030年前碳達(dá)峰、2060年前碳中和的目標(biāo)后，在氣候峰會(huì)上進(jìn)一步宣布：“到2030年，中國(guó)單位國(guó)內(nèi)生產(chǎn)總值二氧化碳排放將比2005年下降65%以上，非化石能源占一次能源消費(fèi)比重將達(dá)到25%左右”。目前距離2030年碳達(dá)峰只有不到10年時(shí)間，碳達(dá)峰到碳中和間隔時(shí)間只有30年，這對(duì)于我國(guó)以碳排放強(qiáng)度高的長(zhǎng)流程為主（長(zhǎng)流程粗鋼產(chǎn)能約占90%）的鋼鐵行業(yè)來(lái)說(shuō)是一個(gè)巨大挑戰(zhàn)?；阡撹F生產(chǎn)原理，焦炭和鐵礦石的還原反應(yīng)勢(shì)必會(huì)產(chǎn)生碳排放，通過(guò)先進(jìn)的技術(shù)進(jìn)一步挖掘傳統(tǒng)生產(chǎn)流程的節(jié)能減排潛力已非常有限。鋼鐵企業(yè)和行業(yè)專家充分認(rèn)識(shí)到，只有進(jìn)行突破性技術(shù)研發(fā)，通過(guò)對(duì)工藝流程的變革，才能取得突破性進(jìn)展。
另外鋼鐵工業(yè)是我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的支柱產(chǎn)業(yè)，對(duì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展至關(guān)重要。我國(guó)鋼鐵行業(yè)是化石能源消耗大戶（約占全國(guó)煤炭消費(fèi)總量的18%），其中煤炭和焦炭消耗占比高達(dá)92.0%，電力消耗僅占6.3%，油氣能源占1.7%。為了完成“雙碳”目標(biāo)，國(guó)家未來(lái)勢(shì)必對(duì)煤炭消耗量進(jìn)行限制，對(duì)于我國(guó)采用高爐—轉(zhuǎn)爐長(zhǎng)流程工藝為主的鋼鐵行業(yè)來(lái)說(shuō)，其規(guī)模發(fā)展將被進(jìn)一步制約。
鋼鐵行業(yè)完成“雙碳”目標(biāo)技術(shù)路徑
為了應(yīng)對(duì)“雙碳”壓力，鋼鐵行業(yè)必須通過(guò)能源結(jié)構(gòu)、新工藝研發(fā)和長(zhǎng)生命周期新材料技術(shù)的不斷創(chuàng)新，從源頭和根本上解決鋼鐵行業(yè)低碳發(fā)展問(wèn)題。主要技術(shù)路徑包括碳捕獲和封存技術(shù)、氫冶金技術(shù)、利用綠色能源等。
1）碳捕獲和封存技術(shù)
碳捕獲和封存技術(shù)就是把生產(chǎn)過(guò)程產(chǎn)生的CO2經(jīng)過(guò)分離、回收、高壓輸送壓入深部鹽水層和枯竭油氣層進(jìn)行封存，這是應(yīng)對(duì)氣候變化的現(xiàn)實(shí)性對(duì)策之一，可以幫助鋼鐵行業(yè)減少碳排放一半以上（技術(shù)使用過(guò)程需要消耗能源以及封存過(guò)程會(huì)釋放二氧化碳）。對(duì)于碳捕獲和封存技術(shù)的研究，日本、英國(guó)走在前列，首先試用的為大型電廠，但基于成熟度低、成本太高因素，發(fā)展緩慢。
表2 碳捕獲和封存技術(shù)主要過(guò)程
2）氫冶金技術(shù)
氫能被視為21世紀(jì)最具發(fā)展?jié)摿Φ那鍧嵞茉?，氫能?yīng)用是實(shí)現(xiàn)低碳、甚至“零碳”排放的最佳途徑。氫冶金技術(shù)就是用氫氣作為鐵礦石還原劑，從未來(lái)30年來(lái)看，氫冶金作為革命性新工藝將使鋼鐵生產(chǎn)擺脫對(duì)化石能源的絕對(duì)依賴，從源頭上解決碳排放問(wèn)題，真正滿足鋼鐵企業(yè)排放目標(biāo)，目前國(guó)內(nèi)外許多鋼鐵企業(yè)對(duì)氫冶金都有涉足，正在不斷完善和發(fā)展。
3）發(fā)展全廢鋼短流程
向全廢鋼短流程（噸鋼CO2排放0.4噸-0.6噸）鋼廠方向發(fā)展，富氫/綠氫直接還原鐵可作為補(bǔ)充廢鋼來(lái)源不足問(wèn)題。
4）應(yīng)用綠色能源
實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰、碳中和對(duì)我國(guó)能源結(jié)構(gòu)提出了新的要求，“十四五”規(guī)劃我國(guó)非化石能源占能源消費(fèi)總量比重提高到20%左右。其中風(fēng)電、太陽(yáng)能、核電等清潔能源引起進(jìn)一步重視。未來(lái)可研究直接電解鐵礦石技術(shù)（電能把氧化鐵轉(zhuǎn)化為金屬鐵和氣態(tài)氧，歐洲ULCOS項(xiàng)目到了小規(guī)模的驗(yàn)證），其中電能取自綠色能源。
5）長(zhǎng)生命周期產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)與生產(chǎn)
鋼鐵產(chǎn)品是基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)、汽車制造、船舶制造、裝備制造、國(guó)防建設(shè)等領(lǐng)域的主要原材料?！半p碳”目標(biāo)壓力下，研究開(kāi)發(fā)長(zhǎng)生命周期的鋼材產(chǎn)品，減少生產(chǎn)排放的二氧化碳，例如輕量化汽車板、管線鋼、橋梁鋼、鐵路用鋼、工具鋼、耐候鋼、高強(qiáng)集裝箱用鋼等鋼材產(chǎn)品的生產(chǎn)方面將加大研發(fā)力度。
我國(guó)鋼鐵行業(yè)實(shí)現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)政策建議
1）國(guó)家層面宏觀調(diào)控
低碳新技術(shù)研發(fā)需要大量資金和人才，從長(zhǎng)遠(yuǎn)來(lái)看，在技術(shù)研發(fā)方面不能落后其他國(guó)家，這方面國(guó)家層面應(yīng)給予支持和傾斜。另外，在碳減排新技術(shù)初期成本處于較高水平時(shí)，一定程度上的經(jīng)濟(jì)補(bǔ)貼與政府支持將提高企業(yè)進(jìn)行低碳技術(shù)改造和試用的接受程度，例如通過(guò)設(shè)立專項(xiàng)基金，持續(xù)推進(jìn)創(chuàng)新技術(shù)，捕獲和封存技術(shù)、綠色能源技術(shù)等前沿技術(shù)，基礎(chǔ)理論攻關(guān)與成套裝備研發(fā)等碳減排示范項(xiàng)目。此外，對(duì)于突破性新技術(shù)，建議確定為公共資金支持的關(guān)鍵優(yōu)先領(lǐng)域并為其提供可持續(xù)融資支持。
2）獲得充足且負(fù)擔(dān)得起的清潔能源
新技術(shù)的研發(fā)需要相關(guān)配套的能源支持，例如氫冶金研究涉及的領(lǐng)域比較廣泛，需要在太陽(yáng)能和風(fēng)能發(fā)電領(lǐng)域進(jìn)行大量投資，讓鋼鐵行業(yè)獲得充足且負(fù)擔(dān)得起的可再生電力的政策支持。
3）加強(qiáng)能源基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)
低碳新技術(shù)研發(fā)和推廣應(yīng)用除了豐富的可再生能源，還需要對(duì)氫基礎(chǔ)設(shè)施投資的政策支持，以推進(jìn)大規(guī)模的氫工藝。對(duì)于采用碳捕集和封存技術(shù)，加快碳運(yùn)輸、儲(chǔ)存基礎(chǔ)設(shè)施和服務(wù)發(fā)展也很重要。
4）加強(qiáng)鋼鐵行業(yè)頂層設(shè)計(jì)，明確發(fā)展實(shí)施路徑與行動(dòng)方案
我國(guó)鋼鐵行業(yè)屬于基礎(chǔ)工業(yè)，對(duì)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展起到了強(qiáng)有力的支撐作用，需要立足長(zhǎng)遠(yuǎn)，科學(xué)規(guī)劃生產(chǎn)。同時(shí)，要從技術(shù)突破的動(dòng)態(tài)發(fā)展、能源供給的安全與穩(wěn)定、全生命周期的經(jīng)濟(jì)性和外部性收益等多方面，設(shè)計(jì)不同節(jié)點(diǎn)的具體減排目標(biāo)、實(shí)施路徑與行動(dòng)方案，合理有序地應(yīng)對(duì)“雙碳”壓力。
