报告| 碳中和目标下的中国钢铁零碳之路

落基山研究所（RMI）与能源转型委员会 （ETC）联合发布的报告《碳中和目标下的中国钢铁零碳之路》显示， 中国钢铁产量和消费量均占全球总量的一半以上，碳排放量占全国总量的17%，钢铁行业是中国第二大碳排放部门（行业）。

《碳中和目标下的中国钢铁零碳之路》

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报告初步分析了在全经济领域脱碳下，中国钢铁行业相应实现脱碳的图景，本报告在这一基础上对钢铁行业如何实现上述图景进行了具体路线图的分析和搭建。我们的分析表明，在双碳目标之下，中国钢铁需求将加速达峰并快速下降，产品结构、能耗结构和生产工艺将发生巨大变化；再生钢将取代初级钢i成为中国钢铁产能的主力；化石燃料和原料基本退出钢铁生产过程，基于氢的钢铁生产工艺将在初级钢生产中扮演重要角色；碳捕集与封存技术（CCS）将为剩下的高转炉长流程钢相关碳排放进行脱碳的末端处理。

值得强调的是，作为最大排放部门之一，钢铁行业脱碳的时间表和路线图对于全经济领域实现碳中和目标至关重要。在时间表上，我们认为，钢铁行业作为国民经济发展的重要支撑决定了下游产业是否能够实现全生命周期脱碳，钢铁行业需要比全国提前实现完全脱碳。而相比深入地研究和确定脱碳时间表，本研究更聚焦于在假设时间框架下中国钢铁行业的零碳转型趋势、短中长期安排和技术经济路线图。

零碳情景下，中国钢铁生产将于2024年加速达峰，随后年产量持续下降，至2050年达到6.21亿吨。

中国经济的结构性调整和变革，将为钢铁行业带来巨大变革。国内下游行业对钢铁的需求将很快达峰。另外到2050年，随着废钢回收率提高，再生钢产量占比将从15%增长到60%，与此同时，初级钢产量将下降至2050年的40%。

钢铁行业零碳转型发展的第一步是降低粗钢产量，只有产量尽快达峰，钢铁行业碳排放才有望尽早达峰。粗钢产量与下游行业需求量显著相关，也受进出口量及上游原材料价格影响。由于中国粗钢产量目前主要受国内需求拉动，且未来30年内钢材进出口量受多重因素影响，较难预测，因此本报告认为未来中国粗钢产量依旧主要受国内需求影响。根据RMI模型测算，中国钢铁产量将于2024年达到11亿吨的峰值，在2050年零碳情景下，总产量降至6.21亿吨，为2020年的58%左右（如图表ES-1）。结果与国际能源署《世界能源展望》可持续发展情景（Sustainable DevelopmentScenario)及麦肯锡等机构的预测近似，主要也是由未来30年内中国钢铁需求量下降导致。在更为激进的情景下，中国钢铁产量将在2050年降至4.75亿吨，为2020年水平的45%，这一结果与国际能源署低于2度情景（Beyond 2-Degree Scenario）近似。

工业化和城镇化发展新阶段是中国钢铁需求下降的主要原因，加入碳减排这一新的约束条件后，钢铁需求达峰和下降的进程进一步加速。工业化高质量发展及新型城镇化发展，促进产业转型、产品升级，城市增长速度放缓，对钢铁需求降低。另外，随着生态文明建设、可持续发展、数字化和智能化转型以及碳减排等目标及理念的推广，钢铁需求将加速达峰并下降。

主要用钢行业需求达峰时间和路线不同，2030年以后所有行业用钢量都将下降。用钢行业需求下降的原因有三方面：高质量发展和零碳转型导致整体新增需求降低，使用年限增加和循环利用率提高进一步降低对新钢材产品的需求，技术发展、新材料使用减少单位产品用钢量。分行业看，占一半以上需求的建筑行业达峰带动整体用钢需求达峰，汽车和能源行业需求短期持续增长，晚于钢材需求总量达峰时间，但长期都呈下降趋势。

废钢资源保障和成本利好双重驱动下，中国再生钢生产将完成从配角到主力的角色转变，到2050年占总钢铁产量比例将高达60%。

随着技术加速成熟和成本急剧下降，基于颠覆性技术的零碳初级钢产能从无到有，规模达到近2.4亿吨。

中国的钢铁生产仍然需要一部分初级钢生产来满足需求，初级钢的最终零碳化有多种技术路线选择：氢气直接还原铁、碳捕集与封存、熔融还原等。在零碳情景下，2030年零碳初级钢将贡献5000万吨产量，2050年将贡献近2.4亿吨。在这样的生产结构下，钢铁行业每年碳排放将下降到190亿吨，较2019年水平下降90%。

氢能、碳捕集等零碳炼钢技术在2050年前将大幅实现成本下降，并有望实现成本平价。如图表ES-3显示，目前，与传统的化石燃料炼钢相比，零碳钢铁路线有40-100%的成本溢价。但是未来，随着技术投资成本、氢气成本、碳捕集成本的下降和碳价的上升，零碳炼钢技术的成本竞争力将不断提高。根据RMI测算，到2050年，当氢气终端成本低于10元/千克时，基于氢气直接还原铁的新建项目粗钢成本可以低于传统长流程的成本。碳价、煤炭价格上升将进一步提高氢气直接还原铁的竞争优势。而对于改造项目来说，碳捕集路线则能够节省投资成本，在氢气的终端成本高于15元/千克时，是更具成本优势的零碳路线。

初级钢生产中，炼铁过程可以按照成本由小到大的原则，优化并逐步替代煤基还原剂和燃料，逐渐实现完全零碳。

中国钢铁行业的脱碳面对着机组平均寿命较短、转型投资体量大等挑战，不是能够一蹴而就的。但是需要从短期内开始采取行动，按照成本由小到大、技术改进性到颠覆性的方向，逐步实现完全零碳。

帮助初级钢实现零碳的关键在于，改变炼铁的还原剂，减少焦炭使用以降低过程的碳强度，并改变过程的供能方式，更多地与电炉炼钢过程相匹配，各种改进性和颠覆性的零碳初级钢技术即是在不断帮助实现这个目标（图表ES-4）。高炉喷吹氢气、纯氧高炉等改进性低碳炼钢技术，仍然利用高炉-转炉流程，减小零碳转型的投资压力，但进一步减碳仍然需要与碳捕集技术相结合。直接还原铁、熔融还原等新型炼铁方式也可以在短期内进行试点，一方面减少煤炭燃料的使用，另一方面，从煤基向氢基过渡，实现炼铁的零碳化。所有这些路线都可以被高炉炼钢企业所采用，并不断完善技术、降低成本，逐步扩大零碳初级钢技术的应用规模。

以可再生能源和碳封存容量为主的零碳资源将形成强大引力场，推动零碳钢铁产能布局重构。

碳中和目标下，零碳炼钢流程的选择将受到既有产能路线、废钢供应、可再生能源资源、碳封存容量等因素影响，产生新的生产逻辑，在地理分布上形成分化，并可能带来全新的业态。

零碳情景下，在2030年前，针对不同区域，有选择性地采取五大关键行动，向零碳钢铁进行过渡（图表ES-5左）：1）废钢供应充足的沿海省份和电炉技术路线基础较好的华北、西南地区，不断扩大电炉短流程炼钢规模；2）应用高炉喷吹氢气炼钢技术以减少高炉煤炭用量；3）可再生能源成本低的中国西南和华北地区，开展以氢气为基础的直接还原铁试点；4）环渤海地区、华中地区和新疆等地，开展钢铁行业碳捕集和封存；5）在华北地区进行熔融还原试点。这些试点将有助于进一步推动技术发展，成本降低，和规模化生产。

零碳情景下，在2050年前，这些技术路线将在不同地区共同支持钢铁行业实现碳中和目标（图表ES-5右）。考虑到我国西南地区丰富的水力资源和短流程经验，氢气-直接还原铁技术路线将是其优先考虑的路线之一。沿海地区废钢供应充足但缺乏低成本的可再生能源，重点关注废钢回收利用和短流程炼钢。华中地区的钢铁行业的零碳化将主要采用碳捕集路线。而华北地区具有多种有利条件，钢铁企业将会根据具体项目从众多技术路线中进行综合选择。

零碳情景下的钢铁市场可能会形成新的业态。一方面，西部和北部丰富的零碳资源可能吸引钢铁企业将产能转移过去，这将有利于充分利用可再生能源资源和提高零碳钢铁的经济竞争力。另一方面，直接还原铁等技术可以帮助实现炼铁和炼钢过程的分离，在可再生能源低廉的地区炼铁，并选择在综合成本低的地区炼钢。在形成直接还原铁（或海绵铁）全球市场的情景下，从产业链安全、成本等多个维度考虑进口直接还原铁（或海绵铁）的必要性和规模。

政策建议

推动中国钢铁行业全面脱碳涉及钢铁生产和消费。在钢铁生产方面，政策的制定既要重点关注脱碳领域，也要兼顾协同产业其他政策目标，并从行业脱碳的视角重新定义中国钢铁对外贸易和投资策略；从钢铁消费的角度，应该有更多的政策支持形成一定规模的绿色零碳钢铁的需求市场，为拉动零碳钢铁生产创造可持续动力。具体政策建议如下：

• 以终为始，量化定义碳中和目标，倒逼高质量达峰，定期动态调整后达峰时期的碳中和实施路线。

• 在碳达峰前和达峰后的5-10年，可持续挖掘基于传统高碳炼钢工艺的能效提升潜力。

• 在碳达峰前和达峰后的5-10年，应推动再生钢产能快速替代，并在全行业实现完全脱碳前，合理分配政策资源，更多关注短流程钢与零碳长流程钢的协调发展。

• 按照燃料/原料和工艺设备替代成本由小到大的原则，循序渐进推动初级钢生产的脱碳。

• 注重碳达峰和中和目标与其他产业发展目标的协同，将碳减排全面纳入到产业政策制定过程。

• 积极应对全球碳关税形势带来的相关风险，把握好钢铁行业对外贸易和对外投资的节奏，助力全球钢铁脱碳。

• 建立绿色零碳钢铁产品标准认证体系，培育绿色零碳钢铁的消费市场。制定国家级钢铁产品碳排放核算认证体系，并基于此体系率先在重大公共设施工程建设项目的招投标过程中引入用钢的碳排放强制标准，逐步广大标准的应用范围，鼓励各级政府和央国企在更多的工程建设项目中采用标准，在适当时机将绿钢消费与地方和企业的碳减排考核指标挂钩，最大限度的培育绿钢消费市场。CWEA

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来源：落基山研究所（RMI）

https://www.rmi-china.com/index.php/news/download?filename=202109290934514586.pdf

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