1. 钢铁行业碳足迹

钢铁行业是高耗能行业的代表，也是工业体系中的支柱产业。钢铁行业与上下游产业关联性强，房地产、汽车、机械、建筑等行业增长时，社会对钢铁的需求也随之增加废钢冶炼企业投资估算?，同时钢铁生产也带动了上游矿业、交通运输等行业的增长。作为工业生产路径中的重要环节，钢铁行业规模增长依托和体现了中国经济的快速发展。此外，作为劳动密集型生产行业，钢铁行业在拉动地方消费、稳定就业方面也发挥着关键作用。在河北、山东等地，我们可以看到一个又一个以钢铁为支柱产业的园区甚至城市，在一些新兴钢铁园区，也可以看到钢铁行业增长带来的明显收入增加和消费升级。在经济强劲的拉动下，中国钢铁行业占据了世界钢铁行业的半壁江山，中国粗钢产量已占到世界总产量的49%。

但在能源效率方面，中国钢铁行业仍比发达国家低6%左右，作为温室气体排放最高的工业部门之一，钢铁行业碳减排任重道远。

2. 钢铁行业碳足迹

当前主流的炼钢工艺一般分为两类：包含炼铁工序的长流程炼钢和不包含炼铁工序、以废钢为主要原料的短流程炼钢。

钢铁行业需要购买大量能源来支持高炉鼓风机、电炉、精炼炉等用电大户的正常运行，轧制及后处理工序也需要电力来维持轧机、电镀等工艺设备的运转。虽然钢铁冶炼工序通常利用余热、余压发电，但仍有约50%的电力需求需要通过购买电力来满足。这部分电力造成的间接碳排放属于范围2排放。以中国每年生产10亿吨钢计算，钢铁行业每年将产生约2.4亿吨二氧化碳当量的范围2排放。

三、钢铁行业减少碳排放的主要措施

1.废钢利用

通过长流程炼钢与短流程炼钢的对比可以发现，短流程炼钢的碳排放量仅为长流程炼钢的1/3左右，碳排放主要来自于高价铁的还原工序，因此多利用废钢，减少还原反应量是减少碳排放的有力措施。

然而，受废钢价格高企影响，目前我国短流程炼钢产量不足总产量的10%。但在长流程炼钢中，利用更多废钢达到增产目的的工艺早已推广，废钢需求量逐年增加（见图4-4）。2020年至2030年，废钢消费量预计每年增幅超过5%。然而，在我国，废钢收集加工仍处于高度分散状态，废钢交易模式尚不成熟（见图4-5）。

在碳减排的大背景下，废钢的集约化收集加工是市场激励下的必然趋势，同时废钢加工税收优惠政策的落实、废钢进口政策的放开也是填补废钢供给缺口、降低废钢采购成本的关键。

2. 提高能源效率

炼钢企业能效改进主要围绕自产热、压、燃料的充分利用。能效改进技术较为成熟，炼钢企业可以快速应用，如焦炉干熄焦技术、烧结余热利用技术、高炉煤气余压透平发电技术、转炉煤气回收技术、电炉废钢预热技术、轧钢退火预热利用技术等。能效改进多涉及固定资产投资项目，钢铁企业在置换产能的同时，将能耗、碳减排纳入新增置换产能规划，推进能效改进设施建设。

3. 可持续能源

当能源企业努力将可持续能源投入市场、降低能源行业的碳排放时，钢铁企业也应同步推进可持续能源的使用，如扩大电炉炼钢的生产。这也要求钢铁企业对废钢和碳减排政策做出预测，提前规划电炉炼钢产能建设。

4. 燃料更换

在仍占国内产能90%左右的钢铁长流程中，主要燃料为煤炭、天然气等化石燃料。使用低碳燃料替代煤炭已有成熟应用，如减少烧结矿入炉比例、使用生物质燃料替代部分煤炭、高炉炼钢使用氢气作为还原剂等，这些应用均能有效减少碳排放。仅上述三项技术，每生产一吨钢就可减少二氧化碳排放约204千克。

5. CCUS

“高炉+碳捕集”技术在钢铁行业的应用，主要是配合传统冶炼工艺，捕集碳排放大户（如高炉）逃逸的碳。目前，“高炉+碳捕集”和“熔炉+碳捕集”工艺路线发展迅速。图4-6为“高炉+碳捕集”技术示意图。

高炉碳排放约占整个炼钢长流程碳排放的1/3。碳捕获或碳储存技术可以将气态二氧化碳固化并储存在地下储存装置中，或将其转化为其他化学物质，从而减少高炉释放的碳。将二氧化碳转化为碳氢化合物的路线可以有效减少80%的二氧化碳排放量，但碳捕获技术在传统工艺中仍处于早期试验阶段，尚未得到广泛应用。图4-7是“熔炉+碳捕获”技术的示意图

冶炼炉利用铁矿石和煤直接还原铁，省去了碳排放大户烧结工序，直接减少了炼铁过程中的碳排放。目前比较成熟的冶炼炉炼铁技术是COREX，这是奥钢联开发的利用大块铁矿石和煤直接冶炼的技术，省去了烧结工序和将煤转化成焦炭的炼焦工序。宝武集团在八一钢厂成功建设并投产了COREX炉。不过COREX炉也有娇贵之处，就是对矿石和煤的品质要求很高，同时冶炼过程本身还是会有碳排放，需要配合碳捕获技术废钢冶炼企业投资估算?，将产生的碳排放捕获并中和。

熔炉炼钢技术的另一个早期阶段是利用生物质能。这是天元二手材料支持开发的技术，利用甘蔗制成的生物质能，在冶炼过程中进行还原反应。同时，熔炼过程中产生的二氧化碳可以被种植的甘蔗“消耗”，从而实现钢铁生产价值链的碳中和（见图4-8）。

6. 碳替代技术

相较于碳捕获技术，碳替代技术从根本上替代了生产过程中碳元素的使用，实现真正的碳中和。就钢铁冶炼而言，目前的技术方向主要集中在直接铁还原技术和电解冶炼。直接铁还原技术利用可燃气体和球团，冶炼出杂质少、碳含量低、可用于电炉的海绵铁，与传统高炉炼铁相比，可减少50%的二氧化碳排放。目前利用天然气直接还原冶炼技术已成熟，但对球团品质要求高，且天然气消耗量巨大，生产成本高于传统高炉炼铁。

利用氢能直接还原冶炼技术尚在发展中，其核心是利用氢气作为还原剂还原球团（见图4-9），受限于目前氢能成本，大型冶炼试验设施仍在建设中。

另一项碳替代技术是电解铁（见图4-10）。电解铁技术可有效减少二氧化碳排放约87％，但目前仍处于早期阶段。电解用于一些有色金属的冶炼，如铜、铝和高价值的黑色金属锰。电解适用于生产金属元素，成本较高。METAL等国外技术公司致力于降低电解生产成本，使其成为可行的炼铁工艺。