3. 推進(jìn)碳達(dá)峰、碳中和，鋼鐵行業(yè)減碳路徑分析

2020 年年末工信部發(fā)布《關(guān)于推動(dòng)鋼鐵工業(yè)高質(zhì)量發(fā)展的指導(dǎo)意見(jiàn)》征求意見(jiàn)稿，明確 提出到十四五末力爭(zhēng)全行業(yè)實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰，能源消耗總量和強(qiáng)度均降低 5%以上。鋼鐵行業(yè)面臨 十四五提前達(dá)峰的要求。2021 年以來(lái)，中國(guó)寶武、河鋼、鞍鋼、包鋼等特大型鋼企陸續(xù)發(fā)布碳達(dá)峰、碳中和目標(biāo)， 其中碳達(dá)峰時(shí)間點(diǎn)基本控制在 2025 年之前，到 2030 年左右實(shí)現(xiàn)減碳 30%，2050 年實(shí)現(xiàn)碳中和。

3.1. 十四五粗鋼產(chǎn)量進(jìn)入平臺(tái)區(qū)，將更好地促進(jìn)行業(yè)從總量上實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰

十四五期間粗鋼產(chǎn)量進(jìn)入平臺(tái)區(qū)。2016 年以來(lái)粗鋼表觀消費(fèi)量穩(wěn)步增長(zhǎng)，2020 年粗鋼 表觀消費(fèi)量 102230 萬(wàn)噸，同比 9.55%；在強(qiáng)勁內(nèi)需的拉動(dòng)下，國(guó)內(nèi)粗鋼產(chǎn)量持續(xù)創(chuàng)新高， 2020 年粗鋼產(chǎn)量 107500 萬(wàn)噸，同比 7%。測(cè)算 2020 年 GDP 耗鋼系數(shù)達(dá)到 1150 噸/億元。 十四五中國(guó)經(jīng)濟(jì)進(jìn)入內(nèi)循環(huán)為主的發(fā)展格局，國(guó)內(nèi)鋼鐵內(nèi)需增長(zhǎng)放緩，同時(shí)疊加政策驅(qū)動(dòng)鋼 材出口回流，政策壓實(shí)國(guó)內(nèi)粗鋼產(chǎn)能規(guī)模。整體來(lái)看，國(guó)內(nèi)粗鋼產(chǎn)量將進(jìn)一步平臺(tái)區(qū)。

十四五鋼鐵內(nèi)需增長(zhǎng)放緩。國(guó)民經(jīng)濟(jì)體系投資鏈條上的建筑、機(jī)械設(shè)備制造等產(chǎn)業(yè) 對(duì)金屬產(chǎn)品消耗系數(shù)明顯高于消費(fèi)鏈條相關(guān)的產(chǎn)業(yè)。2016-2019 年，國(guó)內(nèi)投資增速 低于 GDP 和消費(fèi)增速，GDP 實(shí)際耗鋼系數(shù)進(jìn)入平臺(tái)區(qū)。2020 年投資反彈，帶動(dòng)耗 鋼系數(shù)回升。十四五中國(guó)經(jīng)濟(jì)進(jìn)入內(nèi)循環(huán)為主的發(fā)展格局，消費(fèi)驅(qū)動(dòng)力加碼，耗鋼 系數(shù)將再次回調(diào)，中國(guó)鋼鐵表觀消費(fèi)需求增長(zhǎng)將放緩。

政策驅(qū)動(dòng)鋼材出口回流。自 2021 年 5 月 1 日起，國(guó)內(nèi)取消大部分鋼鐵產(chǎn)品出口退 稅。共涉及 146 個(gè)商品代碼產(chǎn)品，除部分高附加值產(chǎn)品維持 13%的出口退稅率，大部分常規(guī)性產(chǎn)品出口稅率下調(diào)到 0%。受此政策的影響，大部分產(chǎn)品的出口優(yōu)勢(shì)將大 幅降低，進(jìn)一步驅(qū)動(dòng)鋼材出口回流。

政策壓實(shí)了國(guó)內(nèi)粗鋼產(chǎn)能規(guī)模。2021 年 5 月國(guó)家發(fā)改委和工信部先后發(fā)布《關(guān)于鋼 鐵冶煉項(xiàng)目備案管理的意見(jiàn)》、《鋼鐵行業(yè)產(chǎn)能置換實(shí)施辦法》，明確了嚴(yán)格實(shí)施減量置換、 冶煉項(xiàng)目規(guī)范化備案的要求，從政策上進(jìn)一步壓實(shí)了國(guó)內(nèi)粗鋼產(chǎn)能規(guī)模，使得未來(lái)粗鋼 產(chǎn)量缺乏大幅增長(zhǎng)的基礎(chǔ)。

粗鋼產(chǎn)量進(jìn)入平臺(tái)區(qū)，將更好推動(dòng)行業(yè)從碳排放總量上實(shí)現(xiàn)達(dá)峰。2015-2018 年，鋼鐵 行業(yè)碳排放總量同比整體低于行業(yè)粗鋼產(chǎn)量增速，整體反映了噸鋼碳排放強(qiáng)度有下降趨勢(shì)。 十四五粗鋼產(chǎn)量進(jìn)入平臺(tái)區(qū)、增長(zhǎng)趨弱，同時(shí)伴隨部分成熟度高、實(shí)用性強(qiáng)的低碳冶金技術(shù) 運(yùn)用，將更好地推動(dòng)行業(yè)從碳排放總量上實(shí)現(xiàn)達(dá)峰。

3.2. 成熟度高、實(shí)用性技術(shù)的進(jìn)一步推廣有助于從噸鋼碳排放強(qiáng)度上實(shí)現(xiàn)減碳30%目標(biāo)

在碳達(dá)峰的基礎(chǔ)上，我們認(rèn)為電爐煉鋼、增加球團(tuán)比、DRI 等成熟度高、實(shí)用性技術(shù)的進(jìn)一步推廣，帶動(dòng)鋼鐵制造流程工藝的優(yōu)化，同時(shí)各工序能效提升，減少化石燃料消耗，降 低噸鋼碳排放強(qiáng)度，能夠較好低實(shí)現(xiàn)減碳 30%的目標(biāo)。

1） 相比傳統(tǒng)長(zhǎng)流程，純廢鋼的電爐短流程和 DRI—電爐流程均有大幅降碳空間

相比高 爐-轉(zhuǎn)爐的長(zhǎng)流程，電爐為主的工藝流程在能耗、碳排放上具有較大優(yōu)勢(shì)。隨著國(guó)內(nèi)經(jīng)濟(jì)進(jìn)入 內(nèi)循環(huán)周期，廢鋼資源加速釋放為發(fā)展電爐鋼提供了成本支撐。假設(shè) 2030 年前后國(guó)內(nèi)粗鋼產(chǎn) 量相比 2025 年小幅下滑，維系在 10 億噸左右。除去轉(zhuǎn)爐消納部分廢鋼外，電爐鋼也將會(huì)有 較大提升。低碳排放強(qiáng)度的工藝占比提升，將有效降低鋼鐵行業(yè)整體碳排放量；同時(shí)伴隨著 電力能源的清潔化，通過(guò)供給端導(dǎo)入新能源，能夠進(jìn)一步降低碳排放。

目前國(guó)內(nèi)電爐鋼廠產(chǎn)量占比偏低。2019 年國(guó)內(nèi)電爐鋼產(chǎn)量占比 10.4%，長(zhǎng)流程轉(zhuǎn)爐 鋼占比 89.6%。歐盟 28 國(guó)電爐鋼占比 41.3%，美國(guó)占比 69.7%，日本占比 24.5%， 世界平均水平 27.9%。整體來(lái)看，國(guó)內(nèi)電爐鋼廠產(chǎn)量占比偏低。

電爐短流程工藝能耗強(qiáng)度低。根據(jù)世界鋼鐵協(xié)會(huì)的研究，電爐短流程總能耗為 2104Kwh/噸鋼，高爐長(zhǎng)流程總能耗為 5122Kwh/噸鋼；電爐短流程電耗為 1561Kwh/ 噸鋼，高爐長(zhǎng)流程電耗為 972Kwh/噸鋼；整體來(lái)看電爐短流程工藝在能耗強(qiáng)度低。

氣基 DRI-電爐工藝和純廢鋼短流程工藝，碳排放強(qiáng)度均大幅低于長(zhǎng)流程工藝。從世界鋼協(xié)發(fā)布的研究數(shù)據(jù)來(lái)看，長(zhǎng)流工藝噸鋼碳排放 2.2 噸，氣基 DRI-電爐流程的碳 排放為 1.4 噸，純廢鋼電爐短流程工藝碳排放在 0.3 噸左右。從安米集團(tuán)發(fā)布的數(shù)據(jù) 來(lái)看，該公司電爐流程的噸鋼排放為 0.6 噸 CO2/噸鋼，只有同期高爐長(zhǎng)流程的 26%； 盡管該公司有部分電爐與 DRI 工藝銜接，但碳排放仍大幅低于長(zhǎng)流程工藝。整體來(lái) 看，無(wú)論氣基 DRI-電爐流程，還是純廢鋼短流程電爐工藝，碳排放強(qiáng)度均大幅低于 長(zhǎng)流程工藝，電爐工藝降碳幅度在 36%-84%之間。

國(guó)內(nèi)經(jīng)濟(jì)進(jìn)入內(nèi)循環(huán)周期，廢鋼資源持續(xù)釋放為發(fā)展短流程電爐鋼提供了成本支撐。 根據(jù)廢鋼協(xié)會(huì)測(cè)算，2020年國(guó)內(nèi)廢鋼產(chǎn)量 2.6 億噸。近二十年中國(guó)經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展在 城市建設(shè)和耐用品消費(fèi)上積蓄了大量鋼鐵資源，在進(jìn)入內(nèi)循環(huán)為主的周期下，汽車、 家電等耐用消費(fèi)加塊更新?lián)Q代，廢鋼資源加速釋放。根據(jù)測(cè)算 2030 年我國(guó)鋼鐵積蓄 量將達(dá)到 135 億噸，采用鋼鐵積蓄量折算法，測(cè)算 2030年社會(huì)廢鋼產(chǎn)生量將達(dá)到 3.5 億噸，廢鋼資源持續(xù)釋放為發(fā)展短流程電爐鋼提供了成本支撐。

2） 相比傳統(tǒng)燒結(jié)，球團(tuán)制造工序碳排放低、同時(shí)能間接帶動(dòng)高爐降碳

相比目前的國(guó)內(nèi) 主流礦物加工工藝--燒結(jié)，球團(tuán)在制造環(huán)節(jié)上具有工序能耗低、污染物排放少、節(jié)能減排效果 好等優(yōu)勢(shì)，同時(shí)在高爐冶煉上增加球團(tuán)比能夠?qū)崿F(xiàn)渣比低、煤氣利用率高、燃料比低、綜合 經(jīng)濟(jì)效益好等優(yōu)點(diǎn)，推動(dòng)高爐冶煉綠色指標(biāo)改善。球團(tuán)工藝各項(xiàng)污染物都處于較低水平，明 顯優(yōu)于燒結(jié)工藝，當(dāng)造塊工藝開(kāi)始考慮整個(gè)鋼鐵生產(chǎn)鏈時(shí)，清楚的說(shuō)明采用球團(tuán)礦代替燒結(jié) 礦作為高爐主要原料能帶來(lái)巨大的碳減排效應(yīng)。

我國(guó)球團(tuán)比整體大幅低于歐美國(guó)家水平，存在較大提升空間。根據(jù)世界金屬導(dǎo)報(bào)統(tǒng) 計(jì)，2020 年國(guó)內(nèi)球團(tuán)礦總產(chǎn)能約 2.6 億噸，按照 2020 年鐵水 8.875 億噸，測(cè)算球 團(tuán)占入爐爐料的比重為 18%。從歐美國(guó)家安米、塔塔、SSAB 等鋼廠的入爐球團(tuán)比 數(shù)據(jù)來(lái)看，我國(guó)球團(tuán)比整體大幅低于歐美國(guó)家水平，存在較大提升空間。

相比燒結(jié)，球團(tuán)自身工序能耗低，溫室氣體和污染物排放少，節(jié)能減排效果好。從 2020 年重點(diǎn)鋼企的工序能耗結(jié)構(gòu)來(lái)看，燒結(jié)：48.08 千克標(biāo)煤/噸，球團(tuán)：24.35 千 克標(biāo)煤/噸。

提升球團(tuán)比，優(yōu)化鋼鐵制造的原料結(jié)構(gòu)，能夠進(jìn)一步降低高爐能耗，減少碳排放。 從高爐冶煉實(shí)踐來(lái)看，入爐礦物綜合品味每增加 1 個(gè) PCT，焦比降低 1-2 個(gè) PCT。 從重點(diǎn)鋼企的高爐入爐品味和焦比數(shù)據(jù)來(lái)看，兩者呈現(xiàn)負(fù)相關(guān)；球團(tuán)礦含鐵品位 65%左右，比燒結(jié)礦高約 8%，在高爐爐料中增加球團(tuán)比重有利于提高煉鐵綜合入爐品位， 改善高爐冶煉的各項(xiàng)技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)；從歐美國(guó)家高爐工藝指標(biāo)來(lái)看，提升球團(tuán)比后， 產(chǎn)量提高效益明顯，同時(shí)球團(tuán)礦含 FeO 低，還原性好，對(duì)鐵礦石在高爐內(nèi)的間接還原十分有利，球團(tuán)品味高，能夠減少高爐冶煉扎比，降低能源消耗，最終實(shí)現(xiàn)減少 碳排。

3） 相比傳統(tǒng)高爐，直接還原鐵不消耗焦炭、能耗低，是開(kāi)展氫冶金的工藝載體

直接還原煉鐵法是以氣體燃料、液體燃料或非焦煤為能源，在鐵礦石、氧化球團(tuán)或含碳 球團(tuán)呈固態(tài)即軟化溫度以下進(jìn)行還原而獲得金屬鐵的方法。這種方法得到的金屬產(chǎn)品，由于 還原過(guò)程溫度較低，脈石難以除去，含碳量低，稱為直接還原鐵( DRI) 。相比高爐工藝，直 接還原鐵不需要焦炭。目前全球還原鐵工藝模式包括氣基 MIDREX、氣基 HYL、煤基還原、以及其他氣基模式。2019 年氣基模式產(chǎn)量占比達(dá) 75.2%（其中 MIDREX 法占比 60.9%，HYL 法占比 13.2%，其他氣基占比 2.1%），煤基產(chǎn)量占比 23.8%。

我國(guó)直接還原鐵產(chǎn)量占比低。2020 年全球直接還原鐵產(chǎn)量 10600 萬(wàn)噸，占粗鋼料 耗比重 5.32%。從世界鋼協(xié)發(fā)布的數(shù)據(jù)來(lái)看，中國(guó)產(chǎn)量低未上榜，預(yù)計(jì)直接還原鐵 產(chǎn)量 10 萬(wàn)噸左右。

氣基直接還原鐵相比高爐冶煉模式，能耗較低。從高爐、MIDREX、HYL、煤基等 工藝的能耗對(duì)比來(lái)看，氣基法整體能耗低于高爐。氣基還原鐵能耗在 375-425kg 標(biāo)煤/噸，高爐冶煉能耗在 480-590kg 標(biāo)煤/噸。

氣基直接還原鐵本身碳排放低于高爐，未來(lái)開(kāi)展氫冶金的功能，具備大幅減碳的能 力。目前采取全天然氣模式的氣基直接還原鐵 CO2排放強(qiáng)度只有 500kg/噸，當(dāng)富氫 比重達(dá)到 70%時(shí)，CO2排放強(qiáng)度將下降到 150kg/噸，全氫冶煉模式下，CO2排放強(qiáng) 度接近 0。目前氣基模式下，直接還原鐵豎爐碳排放低于高爐，未來(lái)一旦采取全氫 冶煉，將大幅減少碳排放。

國(guó)內(nèi)天然氣成本較高，導(dǎo)致國(guó)內(nèi)直接鐵生產(chǎn)并無(wú)成本優(yōu)勢(shì)。從 2017 年美國(guó) nucor 發(fā)布的直接還原鐵的生產(chǎn)成本來(lái)看，其相比美國(guó)高爐生鐵便宜 20%。但考慮到美國(guó) 天然氣價(jià)格只有國(guó)內(nèi)的 30%（以沿江地區(qū)價(jià)格對(duì)比），測(cè)算國(guó)內(nèi)直接還原鐵成本要比 高爐生鐵高 6-8%。

隨著碳達(dá)峰、碳中和的推進(jìn)，鋼鐵行業(yè)面臨碳排放配額限制，具備低碳優(yōu)勢(shì)的直接還原 鐵工藝將在高碳價(jià)下，其成本劣勢(shì)或?qū)⒅鸩娇s小、甚至逆轉(zhuǎn)與高爐生鐵。同時(shí)直接還原鐵是 氫冶金的重要工藝步驟，未來(lái)其發(fā)展面臨大機(jī)遇空間。