解读：2030年我国钢铁行业碳减排目标能实现吗？

【前言】：

钢铁行业是我国碳排放的主要来源之一。为控制钢铁行业碳排放量，助力碳中和目标实现，中钢协2022年发布《钢铁低碳技术路线图》（下称《路线图》），提出目标：2030年，钢铁行业具备较2020年二氧化碳排放总量降低15%的资源条件和技术能力。

考虑到2030年是我国承诺碳达峰重要时间点，钢铁行业能够完成的碳减排量对能否实现碳达峰将有较大影响，本文通过测算2025年和2030年钢铁行业不同减碳手段的预计减排量，评估“2030年较2020年二氧化碳排放总量降低15%”的目标是否能够达成。

图表1：中钢协钢铁行业“双碳”愿景

图片来源：中钢协，Mysteel

钢铁产业减排路径可大致分为7种：钢铁产量减少能够使碳排放量自然降低。此外，如图表2所示，《路线图》提出以下六种减碳路径：

图表2：中国钢铁工业低碳技术路径贡献图

图片来源：中钢协

（1）资源循环利用：将钢铁生产流程产生的固、液、气等二次资源以及社会产生的废钢等二次资源进行循环高效再利用，实现价值最大化。

（2）流程优化创新：立足现有工艺及装备，通过调整和优化原料结构、工艺结构和用能结构，提升流程效能。

（3）系统能效提升：通过深度节能技术应用与装备升级改造，实现能源精细化管控，余热余能应收尽收，做到全系统极致能效。

（4）冶炼工艺突破：脱离传统工艺流程装备，开发寻求关键技术变革性创新。具体技术如高炉富氨和煤气脱循环、富氢直接还原（DRI）、生物质冶炼等炼铁技术，等离子冶炼、闪速熔炼等熔融还原技术。

（5）捕集封存利用：研究二氧化碳从钢铁制造各类排放源中富集、分离、提取的技术和工艺，开发其在钢铁生产流程中资源性循环再利用的技术。

（6）产品迭代升级：基于钢铁产品全生命周期评价，通过开发具有更高强度、更高寿命的绿色钢铁产品，减少钢铁材料需求量。

 

【结论】：

2020年粗钢生产直接碳排放量为21.67亿吨。根据测算，2025年和2030年碳减排强度预计能够降低2.00亿吨和4.84亿吨，相比2020年降低9.3%和22.3%，因此“2030年较2020年二氧化碳排放总量降低15%”的目标预计能够实现。

七种减碳手段的减排量、减排贡献比例见图表3。根据测算结果：

（1）粗钢产量减少是减碳贡献第一位的路径，在2030年的贡献比例73.9%。

（2）资源循环利用（废钢使用）是减碳贡献第二位的路径，2030年贡献比例达到16.6%。随着废钢回收利用体系日臻完善和废钢供应量上升，资源循环利用的减碳潜力将逐渐释放。

（3）流程优化创新（炉料结构等）和系统能效提升（余热回收等）是减碳贡献第三、四位的路径，2030年合计贡献6.3%的减排量。这两种路径实现碳减排的成本相对低、灵活度高，2030年之前将贡献较为可观的减排量，但其减排潜力有限。

此外，冶炼工艺突破（DRI、富氢高炉等）、捕集封存利用（CCUS）和产品迭代升级的减排贡献在2030年之前预计较低。

图表3：2025年及2030年我国碳减排量测算

	2020	2025E		2030E
粗钢产量（万吨）	106,480	98,299		88,917
——长流程	96,680	85,711		70,679
长流程占比	90.8%	87.2%		79.5%
——短流程	9,800	12,588		18,238
短流程占比	9.2%	12.8%		20.5%
电炉废钢使用量（万吨）	7,527	8,293		12,881
DRI产量（万吨）	-	350		750
粗钢生产直接碳排放量（万吨）	216,682
碳减排量相比2020年（万吨）		-20,044	100%	-48,377	100%
碳减排量相比2020年（%）		-9.3%		-22.3%
——1.粗钢产量压减	-	-16,648	83.1%	-35,740	73.9%
——2.资源循环利用（废钢使用）	-	-1,149	5.7%	-8,031	16.6%
——3.流程优化创新（炉料结构等）	-	-1,086	5.4%	-1,840	3.8%
——4.系统能效提升（余热回收等）	-	-724	3.6%	-1,227	2.5%
——5.冶炼工艺突破（DRI、富氢高炉等）	-	-364	1.8%	-939	1.9%
——6.捕集封存利用（CCUS）	-	-75	0.4%	-600	1.2%
——7.产品迭代升级	-
粗钢生产直接碳排放量（万吨）		196,638		168,305

注意：测算减排量的过程中不可避免进行了多项假设，尽管假设均在合理范围之内，但减排目标的实现仍然依赖于这些假设是否兑现。

 

 

 

【正文】：

1.粗钢产量压减

2020年我国粗钢产量10.65亿吨.粗钢产量长期来看受需求调节，国内下游用钢主要来自建筑业和制造业。建筑业方面，随着人口结构变化和城镇化增速放缓，过去几十年“地产+基建”的高增长模式难以为继，建筑用钢需求出现下滑。中央相应出台多项稳增长政策支持房地产相关产业“软着陆”：发行超长期特别国债，支持重大项目建设并提振经济；通过专项债支持地方政府回收房企闲置土地，化解债务风险并促进土地资源利用等。制造业方面，党的二十大报告提出“加快推动制造业高端化、智能化、绿色化发展”，“推进新型工业化，坚持把发展经济的着力点放在实体经济上”，未来制造业的钢铁消费量预计有所上升。综合而言，如图表4所示，2030年以前用钢需求将主要受累于建筑用钢而持续下滑。

图表4：2020-2030E 中国下游行业用钢量预测（万吨）

数据来源：Mysteel

政策方面，粗钢产量调控正有序推进，旨在限制高耗能、低附加值钢铁产品的生产和出口，粗钢作为初级产品净出口量将有所下降。在内需和出口的双重减量下，我国粗钢产量将总体下降，2025年和2030年我国粗钢总产量预计分别为9.83亿吨和8.89亿吨。

粗钢产量降低会带来碳排放量的自然减少。首先测算2020年粗钢生产的直接碳排放量。相关研究表明，我国BF-BOF的吨钢碳排放量为1.8-2.5t，全废钢电炉为0.4-0.6t。取区间中值计算，即2020年我国长流程吨钢碳排放量2.15t，全废钢电炉的吨钢碳排放量0.5t。考虑到我国电炉企业一般不采用全废钢冶炼，也添加铁水作为炉料，而铁水的碳排放量比废钢高，这就导致我国电炉企业碳排放量高于全废钢电炉。参考中钢协测算“兑50%铁水的电炉炼钢企业平均吨钢碳排放量约为1.13吨”，2020年我国实际电炉废钢比约68%，计算得到我国2020年短流程吨钢碳排放量为0.5+（1-0.68）*（1.13-0.5）/0.5=0.90吨。

计算得到2020年粗钢生产的直接碳排放量约2.15*9.668+0.90*0.98=21.67亿吨。

为计算粗钢产量压减带来的碳减排量，需排除短流程占比上升带来的碳减排量干扰。假定2025年和2030年维持2020年的长短流程比例，仅考虑粗钢总产量降低带来的碳减排量分别是1.67亿吨和3.57亿吨。（以2025年为例，(2.15*9.83*90.8%+0.9*9.83*9.2%)-21.67=-1.67万吨）

2.资源循环利用（废钢使用）

世界钢协2021年发布的《Climate change and production of iron and steel》中提到，炼钢过程每使用1吨废钢可以减少1.5吨CO2排放。长期来看钢铁行业消耗废钢的主力是电炉，因此要发挥废钢的减碳作用，需要提高电炉钢产量和在粗钢总生产中的占比。

根据WSA数据，我国2022年粗钢产量10.2亿吨，电炉钢产量9660万吨，占比仅9.5%。目前限制我国电炉钢产量提升的因素主要是产能利用率不高，根据Mysteel调研，全国87家独立电弧炉钢厂2024年截至7月3日的平均产能利用率仅46.4%。原料废钢价格高，而宏观需求的慢速修复对成品材价格形成拖累，压缩了电炉企业利润空间，如图表5所示。长期为负的生产利润使电炉钢企被迫减产，造成产能利用率低、电炉钢产量难以提高。

图表5：螺纹钢电炉利润（日）

数据来源：Mysteel

未来我国废钢供应量将由于回收废钢增加而上升。尽管钢铁生产和下游用钢的收缩会导致自产废钢和加工废钢减少，但过去几十年生产的钢铁产品进入回收期，将带来回收废钢量的大幅提升，进而拉低废钢价格。此外，废钢的减碳效果将使其在碳市场中逐渐具有经济价值，企业为了减少碳价支付将有动力增加废钢使用。

随着电炉钢产量和电炉炼钢废钢比的上升（见图表6），2025年和2030年我国电炉炼钢过程预计分别比2020年增加废钢消耗量766万吨和5354万吨，按照每使用1吨废钢可以减少1.5吨CO2排放计，对应减少碳排放1149万吨和8031万吨。

图表6：电炉炼钢废钢消耗量及废钢比

数据来源：Mysteel

3.流程优化创新（炉料结构等）

在流程优化创新推进减碳方面，目前较为成熟的实践是优化炉料结构，更具体来说就是提高球团入炉配比。以高比例球团冶炼技术较为成熟的欧美为例，瑞典SSAB在20世纪80年代已实现100%球团矿入炉，燃料比仅452kg/t，达到目前高炉的最佳水平范围。美国高炉目前的平均炉料组成球团配比约为90%。国内也已进行高比例球团减碳效果相关的研究，如图表7所示。

图表7：高炉球团配比减碳效果文献

文献名称	作者	文献结论
《“双碳”背景下高炉使用高比例球团的展望》	王新东、金永龙	提高球团入炉配比是实现燃料比小于500 kg/t的关键；燃料比下降20kg/t时，高炉煤气中CO+CO2总量下降 20-30 Nm3/t，占总量的 3%-5%。
《高炉高比例球团冶炼技术发展和实践》	刘征建等	国内高炉1号、2号的球团配比分别为24.53%和20.32%，对应燃料比分别489kg/t和519kg/t。

 

2020年我国高炉球团比为17%，这一比例长期来看将上升。原因：（1）是随着未来钢铁行业被纳入全国碳市场以及碳价升高，球团的减碳效果将减少企业碳价支付，带来经济效益，因此高炉企业有动力提高球团配比。（2）自2017年工信部发布《钢铁行业产能置换实施办法》中提出钢铁行业减量置换举措起，我国钢铁冶炼就走上了高炉大型化的发展。而大型高炉的顺行顺产对炉料要求比较苛刻，球团比通常较高。综合以上，Mysteel评估2025年和2030年高炉球团比分别达到15.4%和20.4%。

由于降低燃料比带来的碳减排量属于能耗降低范畴，与“系统能效提升”中根据“吨钢能耗降低”目标计算的碳减排量有重复，因此我们假设：2030年之前吨钢能耗下降带来的碳减排约60%源自炉料配比的优化，剩余40%作为“系统能效提升”的贡献。由此计算出炉料结构优化在2025年和2030年相较2020年分别实现碳减排1086万吨和1840万吨。

4.系统能效提升

粗略估算1度电的CO2排放约为960g。目前我国生产1吨钢的平均耗电量在400-800度。按照生产1吨粗钢耗电600度，碳排放量960g计算，2020年粗钢生产能耗带来的碳排放量近似为6.13亿吨。

《2024—2025年节能降碳行动方案》提出 “2025年底实现与2023年相比吨钢综合能耗降低2%左右” 目标，文件发布时距2025年底仅一年半，指导意义强，我们假设该目标能够完成。《2021年中国钢铁行业经济运行报告》指出2021年吨钢可比能耗相比2020年降低0.97%；2022-2023年报告未提到吨钢能耗具体数据，假设均维持上年水平。由此推算2025年底吨钢能耗相较2020年下降2.95%。

因为能耗下降可以通过优化炉料配比、增强过程中能量循环利用（如余热回收）、优化生产流程设计等实现，我们假定在2030年之前其中约60%源自炉料配比的优化，归入“流程优化创新”，剩余40%作为“系统能效提升”的贡献。则2025年粗钢生产能效提升将相较2020年实现碳减排724万吨。

假设2030年底吨钢能耗相较2020年下降5%。则2030年粗钢生产能效提升将相较2020年实现碳减排1227万吨。

5.冶炼工艺突破（DRI、富氢高炉等）

DRI和富氢高炉是冶炼工艺中具有减碳潜力和一定成熟度的技术，在此测算其减碳量。绿氢DRI理论上可以实现近零排放，然而2030年以前氢气制备技术还不足以支持经济性地生产绿氢DRI。我国2025年和2030年的DRI产量预计分别为350万吨和750万吨。假设DRI含铁量92%，假设DRI-电炉吨钢碳排放量0.2t，DRI-电炉碳减排量按照相对短流程炼钢计算。则2025年和2030年应用DRI对应碳排放量分别为225万吨和483万吨。

根据《面向碳中和的氢冶金发展战略研究》预测，“2030 年之前，高炉富氢冶炼技术可以取得突破性成果，具备大规模应用条件”。且富氢高炉的发展面临以下制约：氢气成本高，氢气储存、运输基础设施建设涉及高额投资和较长时间，技术成熟度、运行稳定性和安全性问题等。因此认为在2030年前主要以试点和示范项目为主。且富氢高炉的碳减排幅度一般认为10%-30%。按照长流程中富氢高炉比例2025年为0.5%、2030年2%比例，碳减排幅度15%测算，富氢高炉在2025年和2030年能够分别减排138万吨和456万吨。

因此冶炼工艺突破在2025年和2030年预计能够分别减排364万吨和939万吨。

6.捕集封存利用（CCUS）

根据《中国二氧化碳捕集利用与封存年度报告（2023）》，钢铁行业对CCUS技术的碳减排需求在2025年和2030年分别为300万吨和1500万吨（见图表8）。考虑到我国钢铁行业的CCUS项目在2030年以前仍以规划建设阶段为主（见图表9），我们假设CCUS在2025年和2030年能够分别覆盖25%和40%的需求量，即CCUS在2025年和2030年能够分别减排75万吨和600万吨。

图表8：中国各行业CCUS减排需求

图片来源：《面向碳中和的氢冶金发展战略研究执行摘要》

图表9：中国主要CCUS示范项目规模与行业分布

图片来源：《面向碳中和的氢冶金发展战略研究执行摘要》，Mysteel

7.产品迭代升级

产品迭代升级核心思想是实现更少资源、更久使用。任务集中在开发更高强度的建筑汽车、机械等用钢材料，具体产品设计如耐蚀钢、耐候钢、涂层钢，以及功能性钢铁材料如硅钢、耐磨钢。

产品迭代升级的减碳量相对难以量化评估，但该路径的减碳思路是增加产品使用年限从而减少生产量，因此我们认为这部分减碳量已基本包含在粗钢产量压减的范畴中，不再另外计算。

 

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