全球要聞：利益與風(fēng)險(xiǎn)并存｜全球煉鋼工藝脫碳戰(zhàn)略探討

惠譽(yù)評(píng)級(jí)近日發(fā)布的報(bào)告《煉鋼脫碳戰(zhàn)略》指出，全球煉鋼工藝的脫碳戰(zhàn)略將為鋼鐵行業(yè)帶來(lái)長(zhǎng)期利益，但風(fēng)險(xiǎn)也與之相隨。目前全球大多數(shù)鋼鐵生產(chǎn)商的目標(biāo)是生產(chǎn)低碳鋼材，此舉將有利于這些公司的長(zhǎng)期競(jìng)爭(zhēng)力。不過(guò)，由于技術(shù)、監(jiān)管框架和資金的不確定性，脫碳戰(zhàn)略可能會(huì)出現(xiàn)執(zhí)行風(fēng)險(xiǎn)。

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煉鋼工藝碳排放對(duì)比

鋼鐵行業(yè)二氧化碳排放量約占全球排放總量的7%。鋼鐵生產(chǎn)屬高度碳密集型，因?yàn)椴捎靡苯鹈哼€原鐵礦石，并且大部分生產(chǎn)設(shè)施所用電力來(lái)自燃煤發(fā)電。

鋼材是完全可回收材料，但由于廢鋼供應(yīng)有限，難以充分滿足鋼鐵生產(chǎn)的需求，加之廢鋼的雜質(zhì)含量高，會(huì)對(duì)初級(jí)煉鋼工序產(chǎn)生不良影響。

目前鋼材采用兩條主要工藝路線生產(chǎn)，最常用的是高爐-轉(zhuǎn)爐（BF-BOF）長(zhǎng)流程工藝，利用鐵水煉鋼，并使用冶金煤作為還原劑。高爐-轉(zhuǎn)爐工藝噸鋼二氧化碳排放量平均為1.8-2.8噸。另外一條路線是電爐短流程工藝，利用廢鋼或直接還原鐵（DRI）煉鋼，噸鋼二氧化碳排放量為0.2-1.5噸，電爐工藝更容易實(shí)現(xiàn)脫碳。在全球范圍內(nèi)，上述兩大工藝流程的噸鋼二氧化碳排放量平均為1.85噸。

煉鋼工藝的區(qū)域性差別

目前，高爐-轉(zhuǎn)爐長(zhǎng)流程占全球粗鋼總產(chǎn)量的70%左右，其余30%主要通過(guò)電爐生產(chǎn)。

在歐洲（不包括土耳其），電爐與轉(zhuǎn)爐鋼的產(chǎn)量比例相對(duì)均衡。不過(guò)，土耳其轉(zhuǎn)爐鋼產(chǎn)量只占到三分之一。當(dāng)前歐盟鋼鐵企業(yè)正計(jì)劃向DRI-電爐工藝路線轉(zhuǎn)型，取代現(xiàn)有的高爐-轉(zhuǎn)爐工藝。

在北美，由于廢鋼和能源資源儲(chǔ)備豐富，電爐短流程工藝一直占據(jù)主導(dǎo)地位。從長(zhǎng)遠(yuǎn)來(lái)看，鋼鐵企業(yè)的投資計(jì)劃將進(jìn)一步提高DRI-電爐工藝的比重。

長(zhǎng)期以來(lái)，中國(guó)嚴(yán)重依賴高爐-轉(zhuǎn)爐長(zhǎng)流程工藝，在過(guò)去15年里，已經(jīng)新增了5億噸以上的產(chǎn)能。預(yù)計(jì)中國(guó)鋼鐵生產(chǎn)商的排放量將在2025年達(dá)到峰值，隨即下降。在印度，長(zhǎng)流程工藝占粗鋼總產(chǎn)量的一半左右，設(shè)備平均使用期不足20年。目前，中印兩國(guó)已經(jīng)相繼提出了碳中和目標(biāo)，其中，中國(guó)承諾到2060年前實(shí)現(xiàn)碳中和，印度承諾到2070年實(shí)現(xiàn)碳中和。由此可見(jiàn)，亞洲地區(qū)向碳中和煉鋼轉(zhuǎn)型可能需要更長(zhǎng)時(shí)間，這主要?dú)w因于新增電爐產(chǎn)能有限、對(duì)煤炭的高度依賴以及廢鋼利用率的限制。

煉鋼脫碳路徑

要想真正實(shí)現(xiàn)碳中和煉鋼，需要在技術(shù)上進(jìn)行重大變革。目前有兩大主要脫碳路徑：一是更多地使用DRI-電爐工藝，二是采用碳捕集和封存（CCS）技術(shù)，見(jiàn)圖1。

電爐煉鋼的二氧化碳排放量在很大程度上取決于為爐體供電的電源和煉鋼過(guò)程使用的還原劑。無(wú)化石的電爐將取決于可再生能源，如果可行，將大力采用氫氣進(jìn)行還原。

采用聯(lián)合國(guó)負(fù)責(zé)任投資原則（UNPRI）的預(yù)測(cè)政策情景作為氣候的基線情景，對(duì)不同工藝路線進(jìn)行評(píng)分。假定傳統(tǒng)高爐-轉(zhuǎn)爐工藝將被氫氣還原DRI-電爐工藝所取代，這一全新的工藝路線將會(huì)在2030年后緩慢擴(kuò)張，同時(shí)帶有CCS的高爐-轉(zhuǎn)爐工藝也將受到一定程度的限制。

目前，業(yè)界正在為高爐-轉(zhuǎn)爐工藝開(kāi)發(fā)各種替代性的減排途徑，主要包括熔融氧化物電解、鐵礦石精礦的閃速冶煉和生物質(zhì)的使用。此外，在向氫基DRI轉(zhuǎn)型期間，一些歐洲生產(chǎn)商計(jì)劃在高爐-轉(zhuǎn)爐工藝中使用氫氣作為輔助還原劑。通過(guò)使用優(yōu)質(zhì)原料（鐵礦石球團(tuán)）、粉煤噴吹或天然氣噴吹、更高的廢鋼比以及提高能源效率等途徑，也可以減少高達(dá)30%的二氧化碳排放。

鋼企的脫碳策略

大多數(shù)鋼鐵生產(chǎn)商的目標(biāo)是到2050年實(shí)現(xiàn)碳中和，詳見(jiàn)表1。不過(guò)，企業(yè)中期目標(biāo)和戰(zhàn)略的推進(jìn)取決于其設(shè)備的組成、當(dāng)前排放水平、運(yùn)營(yíng)地區(qū)、監(jiān)管框架和脫碳激勵(lì)措施等。

瑞典鋼鐵公司（SSAB）計(jì)劃在2030年左右達(dá)到碳中和。該公司計(jì)劃利用瑞典國(guó)內(nèi)廣泛使用的無(wú)化石電力取代煤炭，并在電爐中使用氫氣還原，從而真正取代現(xiàn)有的高爐-轉(zhuǎn)爐工藝，進(jìn)而消除鋼鐵價(jià)值鏈中的排放。2021年，SSAB從其中試項(xiàng)目中交付了第一批無(wú)化石鋼材，其商業(yè)化的示范工廠預(yù)計(jì)在2025年前準(zhǔn)備就緒。

安米和塔塔鋼鐵歐洲公司的目標(biāo)與歐盟委員會(huì)排放政策“Fitfor55”基本一致：2030年前歐洲地區(qū)減排30%，到2050年實(shí)現(xiàn)碳中和。蒂森克虜伯預(yù)計(jì)未來(lái)五年內(nèi)實(shí)現(xiàn)碳中和。從長(zhǎng)遠(yuǎn)來(lái)看，這些企業(yè)將主要利用氫基DRI-電爐工藝生產(chǎn)碳中和鋼材。

土耳其埃雷利鋼鐵公司（Erdemir）正在考慮選擇不同的方案，但尚未對(duì)外公布其脫碳計(jì)劃。由于土耳其國(guó)內(nèi)排放監(jiān)管尚不嚴(yán)格，該公司更專注于國(guó)內(nèi)市場(chǎng)動(dòng)向。

在美國(guó)，鋼鐵生產(chǎn)商在能源轉(zhuǎn)型上的優(yōu)勢(shì)更為明顯，這是因?yàn)樵搰?guó)企業(yè)主要采用廢鋼或DRI-電爐工藝生產(chǎn)，因而已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了低排放。美國(guó)鋼鐵公司和克利夫蘭-克利夫斯公司主要采用高爐工藝，而紐柯則更專注于采用電爐生產(chǎn)。美國(guó)鋼鐵企業(yè)的臨時(shí)減排目標(biāo)是通過(guò)CCS進(jìn)一步提高效率，以及更多使用DRI和無(wú)碳能源。

蓋爾道鋼鐵公司在巴西和美國(guó)的鋼鐵業(yè)務(wù)都是以電爐工藝路線為主，與全球同行相比，其排放量低于平均水平。巴西國(guó)家黑色冶金公司（CSN）擁有包括采礦和水泥生產(chǎn)在內(nèi)的綜合業(yè)務(wù)，計(jì)劃通過(guò)其價(jià)值鏈中的協(xié)同效應(yīng)減少排放。DRI-電爐工藝需要高品質(zhì)的鐵礦石，因此，還需要對(duì)原料端進(jìn)行優(yōu)化控制。CSN計(jì)劃通過(guò)利用氫氣還原冶煉，在2044年前實(shí)現(xiàn)碳中和。

中國(guó)寶武宣布，相比2020年，2035年減排30%，到2050年力爭(zhēng)實(shí)現(xiàn)碳中和。該公司專注于富氫碳循環(huán)高爐，擴(kuò)大廢鋼、CCS和其他路線的有效應(yīng)用。河鋼集團(tuán)計(jì)劃在2050年實(shí)現(xiàn)碳中和。

印度鋼鐵生產(chǎn)商也致力于向可再生能源轉(zhuǎn)型，將氫氣作為脫碳的手段。在韓國(guó)，浦項(xiàng)控股計(jì)劃到2030年減排10%，到2040年減排50%，2050年實(shí)現(xiàn)碳中和。為此，該公司計(jì)劃將氫還原的碳中和技術(shù)應(yīng)用于電爐和流化床還原爐。

高額且不確定的轉(zhuǎn)型成本

考慮到技術(shù)路徑、巨大的潛在成本，以及無(wú)碳煉鋼工藝路線所需投資，煉鋼工藝領(lǐng)域仍存在諸多不確定性。盡管已經(jīng)有相當(dāng)一部分項(xiàng)目正處于中試階段，但氫氣和CCS技術(shù)的使用還涉及風(fēng)險(xiǎn)和不確定性。

可以預(yù)計(jì)，為了實(shí)現(xiàn)綠色轉(zhuǎn)型，鋼鐵生產(chǎn)商將需要政府層面的直接投資和監(jiān)管框架的調(diào)整。這是因?yàn)殇撹F行業(yè)是周期性的，企業(yè)的現(xiàn)金流在經(jīng)濟(jì)周期中會(huì)有很大波動(dòng)。

歐洲鋼鐵協(xié)會(huì)（Eurofer）估計(jì)，如果歐盟境內(nèi)的55個(gè)低碳項(xiàng)目全部開(kāi)工，2030年前將消除高達(dá)三分之一的直接和間接排放，同時(shí)也需要310億歐元資本支出。

安賽樂(lè)米塔爾宣布，為了實(shí)現(xiàn)其2030年的全球排放削減25%的目標(biāo)，需要投資100億美元，其中35%的資本支出將在2025年完成部署，而剩余部分將在十年內(nèi)完成。該公司預(yù)計(jì)，政府將承擔(dān)其中一半的資本成本，其中涵蓋了法國(guó)的17億歐元脫碳項(xiàng)目，以及加拿大18億加元的項(xiàng)目計(jì)劃。在歐盟，低碳項(xiàng)目的部分資金將來(lái)自于歐盟創(chuàng)新基金，該基金則是來(lái)自歐盟碳排放權(quán)交易體系（EU-ETS）框架下的資金支持。到2030年，該基金預(yù)計(jì)將投入高達(dá)100億歐元。

據(jù)國(guó)際能源署估計(jì)，綠色鋼材的額外生產(chǎn)成本在10%-50%之間，這一成本增加可能會(huì)嚴(yán)重削減生產(chǎn)商的利潤(rùn)率。不過(guò)，受益于持續(xù)的運(yùn)營(yíng)改進(jìn)，預(yù)計(jì)成本將持續(xù)下降。此外，向新設(shè)備轉(zhuǎn)型將會(huì)降低維護(hù)成本。由此推測(cè)，綠色鋼材的定價(jià)也將高于普通碳鋼產(chǎn)品，從而緩解成本壓力。

高能源價(jià)格有利于轉(zhuǎn)型

能源價(jià)格的飆升將支持脫碳方案的可行性，并在可行的情況下加速向低碳生產(chǎn)轉(zhuǎn)型。研究機(jī)構(gòu)估計(jì)，目前較高的能源價(jià)格意味著全球碳價(jià)格約為70美元/噸二氧化碳。碳價(jià)水平是推動(dòng)向低碳生產(chǎn)轉(zhuǎn)型的因素之一。

相關(guān)數(shù)據(jù)顯示，與化石燃料相比，低碳技術(shù)成本具有競(jìng)爭(zhēng)力的碳價(jià)將分別為：基于CCS技術(shù)的為152歐元/噸二氧化碳；從高爐-轉(zhuǎn)爐工藝向氫還原工藝轉(zhuǎn)型的為213歐元/噸二氧化碳。

不過(guò)，在目前能源價(jià)格偏高的環(huán)境下，使用氫基DRI生產(chǎn)可以降本150歐元/噸二氧化碳。

企業(yè)財(cái)務(wù)狀況將承壓

向碳中和煉鋼的轉(zhuǎn)型可能會(huì)對(duì)企業(yè)財(cái)務(wù)狀況帶來(lái)挑戰(zhàn)。業(yè)務(wù)全面轉(zhuǎn)型所需的大量投資（特別是在高爐-轉(zhuǎn)爐工藝路線的情況下）可能會(huì)對(duì)財(cái)務(wù)杠桿產(chǎn)生長(zhǎng)期壓力，這取決于資金結(jié)構(gòu)。不過(guò)，擁有更高靈活性的、杠桿保守的鋼鐵生產(chǎn)商更有能力承擔(dān)這些額外成本。鑒于美國(guó)鋼鐵企業(yè)的生產(chǎn)高度依賴于廢鋼或基于DRI的電爐工藝，其優(yōu)勢(shì)更為明顯。

今后，碳成本上升或全球碳成本的引入，以及高能耗成本將增加脫碳的需求。因此，為了鞏固企業(yè)長(zhǎng)期競(jìng)爭(zhēng)力，在長(zhǎng)期成本曲線上實(shí)現(xiàn)更可持續(xù)發(fā)展，向可再生能源和低碳轉(zhuǎn)型也將是必要條件。

隨著2026年歐盟開(kāi)始引入碳邊境調(diào)節(jié)機(jī)制（CBAM），歐洲鋼鐵生產(chǎn)商可能會(huì)面臨來(lái)自逐步取消免費(fèi)配額的巨大壓力。與此同時(shí)，歐洲地區(qū)的能源成本預(yù)計(jì)將持續(xù)處于較高水平。

關(guān)鍵詞： 二氧化碳 煉鋼工藝 工藝路線