“双碳”背景下钢铁工业发展思路探索
为应对全球温室气体排放持续上升形势，2020年9月，习近平总书记提出了“30、60目标”，即2030年前实现碳达峰，力争2060年前实现碳中和。为此，我国将构建目标明确、分工合理、措施有力、衔接有序的碳达峰、碳中和“1+N”政策体系。中国是全球最大的钢铁生产国，2021年粗钢产量达到10.35亿吨，占全球总产量的53%。作为国民经济的支柱产业之一，钢铁行业在实现碳中和目标中扮演着关键角色。当前，推动炼钢行业的低碳转型，对实现碳达峰和碳中和目标至关重要。
一、钢铁工业碳排放概况
钢铁工业作为流程制造业，相较于机械制造等离散型制造业，更加强调对自然资源的依赖，并贯穿“一流两链”的全过程，即供应链、生产制造流程和服务链。目前，全球钢铁制造技术已步入成熟期，主要采用了四种钢铁冶金工艺流程：高炉（BF）-转炉（BOF）、废钢-EAF、熔融还原和直接还原。其中，“BF-BOF”和“废钢-EAF”是最常见的两种工艺，代表了钢铁制造的先进技术，分别在中国、日本和美国得到广泛应用。
然而，不同钢铁生产工艺在经济效益和环保性能上存在显著差异，给中国的钢铁行业碳减排带来了诸多挑战。比如，长流程（BF-BOF）因其生产成本低、效率高、产品质量优良及产品种类多样等特点，占据了中国约89%的粗钢生产能力。而短流程炼钢（废钢-EAF），通过电能熔炼废钢，具有显著的低碳优势，通常能够比长流程炼钢节省大约50%的能源消耗，并减少55%的SO2排放和89%的颗粒物排放。但受限于废钢回收周期长、价格高昂以及电力成本等因素，短流程炼钢的应用并不广泛。目前，中国约90%的钢铁企业仍然采用长流程工艺，主要使用铁矿石和煤炭作为生产原料。
据行业数据显示，每生产1吨钢大约会产生1.8吨CO2。近年来，随着中国城市化进程的加速和钢材出口量的持续增加（年出口量高达7000万吨），国内钢材消费量和出口量均呈现上升趋势。2021年上半年，中国的钢产量达到4.73亿吨，出口量为3000万吨，同比分别增长了13.9%和19.8%。2020年，中国钢材总产量为10.65亿吨，相应的CO2排放量达到了18亿吨，占全国各行业CO2总排放量的15%，在全球炼钢行业 CO2 总排放量的占比为60％。就目前情况来看，我国炼钢行业的 CO2 排放量排名仍排在全球前列。
在实现我国“碳中和”战略目标的过程中，能源结构的调整至关重要。预计到2030年，我国的能源消费总量将达到峰值，范围在52亿至60亿吨标准煤之间，然后逐渐减少，到2060年降至45亿至55亿吨标准煤。其中，煤炭消费将在2025年达到顶峰，石油和天然气则分别在2030年和2040年达到高峰。在2030年前，新增能源消费中有68%将来自非化石能源。从2025年到2030年，化石能源消费总量将在一个平台上保持相对稳定约五年时间，随后迅速下降。到2040年，非化石能源将填补煤炭和石油减量的84%，并在2060年使非化石能源占总能源消费的比例超过65%。
能否实现我国的“双碳”目标，炼钢行业的碳排放量是一个关键因素。作为我国基础建设和经济发展的重要支撑，钢铁需求在未来几年将继续增长。然而，如何在满足经济发展对钢铁需求的同时，有效控制CO2的高排放量，是我国炼钢行业在“双碳”目标下面临的重大挑战。平衡这两者的关系显得尤为重要。
二、我国钢铁工业面临的挑战
首先，废钢的利用效率不高。尽管使用废钢进行炼钢的成本较低，但目前我国的废钢回收利用率仅为20%。根据科学研究，为了实现“双碳”目标，我们需要将废钢的利用率提升至50%。截至目前，我国钢铁行业每年产生的废旧钢材已接近百亿吨，并且以每年5%的速度持续增长。为了减少二氧化碳排放量，各大钢铁企业应高度重视废钢的循环利用，改进炼钢技术和工艺，提高短流程废钢的利用率。
其次，企业兼并重组日趋频繁。我国推行的减排政策是推动钢铁企业合并重组的主要因素。许多中小型钢铁企业由于高污染和高能耗而被国家关闭或由大型钢铁企业收购。从全国粗钢总产量的角度看，我国十大钢铁企业的占比为36.7%，比2015年下降了5.7%。在钢铁企业数量方面，2015年我国有350多家大型钢铁企业和5000多家中小型钢铁企业。而到2020年，大型钢铁企业增加到了500多家，中小型钢铁企业则减少到了4500多家，这些中小型企业的年产量都在150万吨以下。仅仅五年时间，中小型钢铁企业的数量减少了10%，而大型钢铁企业却增加了42.86%，这表明我国钢铁行业的合并与重组活动十分频繁。
最后，装备与技术创新。经过多年的发展，目前我国能够制造绝大多数钢铁行业所需的设备。然而，在信息化和智能化领域的一些核心设备、关键元件和关键软件方面，我们仍然依赖进口。这种情况制约了我国钢铁行业的自主创新能力。为了应对市场和环境的变化，钢铁行业需要加速技术创新，提升产品的质量和附加值，以此来应对越来越激烈的市场竞争。
三、发展思路探索
根据“双碳”政策背景的要求以及我国钢铁行业面临的现状，钢铁从业者和相关行业专家，针对未来我国钢铁行业发展提供了很多建设性意见。
1.提高钢铁固废利用率
钢铁生产过程中产生的固体废物主要包括高炉渣、钢渣和含铁尘泥等，这些废物具有显著的资源特性和回收利用价值。在进行固体废物资源化的过程中，需要消耗各种一次性和二次能源，但同时这些废物及其产品也能减少或替代原生资源的消耗，固化二氧化碳，并回收二次能源。因此，钢铁固体废物的综合利用率对钢铁行业的绿色发展、低碳循环发展以及实现碳达峰和碳中和目标具有重要作用。从整个生命周期的角度来看，以高炉渣、钢渣、脱硫石膏等为原料生产的新型建材产品，可以减少对原生资源的开发和利用，降低碳排放，应大力推广和开发。
2.加大钢铁企业结构优化调整力度
钢铁行业需优化炼钢流程。通过采用短流程炼钢技术，可以有效回收利用废弃钢材，减少二氧化碳排放，响应国家“双碳”目标。这需要相关部门的积极支持，加强废弃钢材的回收力度，提升废钢利用率。
钢铁行业应向集中化和规模化发展。这与国家对钢铁行业的管理政策紧密相关，应提高钢铁厂的设立标准，禁止不符合降碳要求的新建项目，淘汰严重污染空气的小型高炉，对技术和设备落后、二氧化碳排放超标的小型钢铁企业进行整合重组，以提高生产效率，减少行业碳排放。
此外，制定相关的绿色低碳标准至关重要。钢铁企业应强化内部管理，将太阳能、风能和水电等清洁能源融入炼钢过程，从而降低二氧化碳排放。推进智能化管理，确保炼钢各环节产生准确的数据信息，用于环保监控，实现钢铁行业的数字化转型。
3.持续推动行业技术创新
实现钢铁行业零碳目标的技术升级仍然是一个关键关注点。氢能和CCS技术将是该行业未来重要的零排放解决方案，但目前面临技术和成本障碍。因此，有必要加大对绿色氢能和CCS技术的研发投入，以降低成本并推动其商业应用。此外，现有的节能减排先进技术主要适用于长流程工艺，而对短流程工艺的应用较少。未来，我们需要加强对短流程节能技术研发的投入，以适应钢铁行业在新形势下的发展需求。
