碳中和下鋼鐵工業(yè)的低碳轉型路徑,低碳經濟論文摘要：中國明確提出在2060年前實現(xiàn)碳中和的目的。鋼鐵行業(yè)作為高排放行業(yè)之一，其節(jié)能減排工作的開展是實現(xiàn)全球溫升目的的重要道路之一。分別從基準情景、技術普及、生產構造調整和綜合情景的4個情景的分析了中國鋼鐵行業(yè)的碳排放值，并基于預測結果提出了鋼鐵行業(yè)的低碳轉型途徑。碳中和目的的實現(xiàn)將對鋼鐵工業(yè)發(fā)展帶來深遠影響，鋼鐵行業(yè)需要從淘汰落后產能、嚴格控制鋼產量、普及突破性技術、調整生產構造等方面進一步努力。本文關鍵詞語:碳中和;鋼鐵行業(yè);節(jié)能減排;低碳轉型;氣候變化是當今人類面臨的重大挑戰(zhàn)，應對氣候變化已經成為全球共鳴。2020年9月22日，主席在第七十五屆聯(lián)合國大會提出了我們國家力爭于2030年前二氧化碳排放達峰的目的與2060年前實現(xiàn)碳中和的愿景，并在國內外重要會議上屢次強調該目的落實的重要性[1]。要實現(xiàn)1.5℃目的，則到2050年全球將要實現(xiàn)碳中和；而若要實現(xiàn)2℃目的則需要到2050年全球溫室氣體排放比2018年減少70%，到2070年應實現(xiàn)碳中和[2]。截至當前，全球已有100多個國家承諾2050年實現(xiàn)碳中和，華而不實歐盟2022年底發(fā)布了(歐洲綠色新政〕并承諾于2050年前實現(xiàn)碳中和[3]。當前，發(fā)達國家在碳排放已持續(xù)下降的經過中，均選擇了將2050年作為時間節(jié)點，而中國在尚未到達碳排放高峰的情況下做出了2060年前到達碳中和的政治承諾[3]。鋼鐵行業(yè)是國民經濟的重要關鍵行業(yè)，是高排放和高耗能的行業(yè)之一，同時也是實現(xiàn)國家碳中和的低碳發(fā)展關鍵領域。2020年，中國粗鋼產量到達10.65億噸，初次突破了10億噸大關，占全球粗鋼產量的56.76%[5]。當前，中國鋼鐵行業(yè)碳排放和能耗均占全國的15%[6,7]。鋼鐵行業(yè)的綠色低碳轉型是國家實現(xiàn)碳達峰和碳中和的有效手段和重要支撐。一、鋼鐵行業(yè)二氧化碳排放預測模型1.二氧化碳排放模型鋼鐵行業(yè)作為碳排放量最多的行業(yè)之一，其節(jié)能減排問題一直是學界研究的熱門和焦點問題，學者們對其進行了廣泛的研究[8]。當前，對于碳中和問題的研究大都針對的是中國整體工業(yè)部門，而針對鋼鐵行業(yè)碳中和的研究和報道較少。十分是中國提出2060年碳中和目的之后，圍繞中國鋼鐵行業(yè)碳中和問題展開研究是非常有必要的。在二氧化碳排放模型中，能源消耗分為燃料能耗和電力消耗，分別計算產生的二氧化碳排放量[9]：式中：為第τ年工序k的單位碳排，kgCO2/t產品；為第τ年工序k的燃料消耗，GJ/t產品；為第τ年工序k的電力消耗，kWh/t產品；EFF為燃料的碳排因子，kgCO2/GJ;EFE為電力的碳排因子，kgCO2/kWh。將來鋼鐵工業(yè)工序層面二氧化碳排放量預測：式中：為第τ年通過技術j帶來的二氧化碳減排潛力，kgCO2/t產品；為第τ年低碳技術普及率；為基準年低碳技術普及率。鋼鐵行業(yè)的總二氧化碳排放強度為：式中：為第τ年鋼鐵行業(yè)總二氧化碳排放強度，kgCO2/t鋼；為第τ年工序k的鋼比系數(shù)，t產品/t鋼；為第τ年鋼產量，t。2.LMDI分解方式方法本文應用對數(shù)平均迪氏指數(shù)分解法(LogarithmicMeanDivisiaIndex,LMDI)[9]，分析鋼產量、生產構造、技術普及等因素對將來中國鋼鐵行業(yè)碳減排潛力的奉獻程度。為使分解結果愈加明顯，便于分析與討論，將模型時間分為5個時間段：2021—2020年、2020—2030年、2030—2040年、2040—2050年和2050—2060年。二氧化碳排放量的分解方式方法為：式中：為總二氧化碳排放變化量，MtCO2；為鋼產量的減排奉獻程度，MtCO2；為電爐鋼比例的減排奉獻程度，MtCO2；為電爐鐵水比的減排奉獻程度，MtCO2；為技術普及的減排奉獻程度，MtCO2。3.情景設置為分析碳中和目的下鋼鐵行業(yè)的碳排放趨勢，本文將設置4個情景：BAU(Businessasusual)情景，表示鋼鐵生產的技術水平和生產構造保持不變；TP(Technologypopularization)情景，表示鋼鐵生產的技術水平將得到極大的提高；PSA(Productionstructureadjustment)情景，表示鋼鐵生產將從改善電爐鋼比例、電爐鐵水比、鐵鋼比等方面對生產構造進行調整；CS(Comprehensivescenario)情景，是綜合了TP和PSA的情景。4個情景的詳細參數(shù)設置如表1所示。所采用的鋼鐵行業(yè)低碳技術如表2所示。表1情景參數(shù)設置注：2021年電爐鐵水比和電爐鋼比例來自(中國鋼鐵工業(yè)年鑒〕。表2鋼鐵行業(yè)低碳技術低碳技術的應用是鋼鐵工業(yè)節(jié)能減排的重要手段，根據(jù)國家發(fā)改委和工信部發(fā)布的低碳技術目錄[11]和前人的研究[12,13]，選取已商業(yè)化的37項措施作為本文計算對象展開。二、鋼鐵行業(yè)碳排放的趨勢分析圖1顯示了4個不同情景下2021—2060年中國鋼鐵行業(yè)二氧化碳排放的變化趨勢。除CS情景外的3個情景均呈現(xiàn)了先增后減的趨勢并在2020年左右到達峰值。CS情景將一直呈現(xiàn)下降的趨勢，且在2020年下降較慢，2020年后先處于快速下降階段再進入緩慢下降階段。TP和PSA情景相較于BAU情景有大幅度的減排潛力，這是由于在TP情景中考慮了37項已做生意業(yè)化的低碳技術幫助鋼鐵行業(yè)實現(xiàn)有效的低碳轉型，而在PSA情景中，不僅改善了電爐鋼比例和電爐鐵水比，還有效地改善了鐵鋼比等生產構造因素，這都將會使鋼鐵行業(yè)的二氧化碳排放大幅度降低。從該預測趨勢可知，鋼鐵行業(yè)的低碳轉型在短期內應該普及低碳技術，而從長期看應該重點關注生產構造調整。圖1不同情景下2021—2060年中國鋼鐵行業(yè)二氧化碳排放的變化趨勢深切進入分析影響鋼鐵工業(yè)二氧化碳排放的影響因素，對鋼鐵工業(yè)節(jié)能減排工作的發(fā)展具有重要意義。本文基于LMDI方式方法來分解各因素對將來中國鋼鐵行業(yè)碳減排潛力的奉獻程度。圖2顯示了CS情景下的鋼鐵行業(yè)二氧化碳排放的LMDI分解結果。研究顯示，鋼產量因素是影響鋼鐵行業(yè)碳排放量的決定性因素。在2020年以前，鋼產量一直是正相關的影響因素，在2020年后鋼產量開場變?yōu)樨撓嚓P因素，其對碳排放的影響能力也開場減弱。技術普及和生產構造調整因素始終是鋼鐵行業(yè)低碳發(fā)展的重要影響因素，在2040年以前技術普及的影響程度較大，而從長期來看，鋼鐵行業(yè)的二氧化碳減排更依靠生產構造調整。圖2CS情景下中國鋼鐵行業(yè)二氧化碳排放的LMDI分解三、碳中和下的鋼鐵工業(yè)低碳轉型途徑綜合考慮情景分析、LMDI分解結果和鋼鐵行業(yè)向碳中和轉型的可行性，中國鋼鐵行業(yè)應重點關注淘汰落后產能、嚴格控制鋼產量、普及創(chuàng)新性技術、調整生產構造等方面的減排措施。1.淘汰落后產能、嚴格控制鋼產量與先進的生產能力相比，落后產能在生產技術、技術設備、能源消耗和環(huán)境保衛(wèi)水平等方面均具有明顯的弊端。因而，供應側改革是低碳發(fā)展的重要動力。中國鋼鐵行業(yè)在減少產能過剩方面獲得了令人矚目的成就，“十二五〞期間，中國淘汰了超過9000萬噸的落后產能[14]。中國鋼鐵行業(yè)已經進入“高質量減量化〞的發(fā)展階段，不僅要淘汰落后產能，還要嚴格控制鋼產量。提高產品附加值，構建高效、循環(huán)的發(fā)展體系是鋼鐵行業(yè)將來發(fā)展的主要方向[14]。2.創(chuàng)新性技術普及加快突破性冶煉技術的開發(fā)和應用，是最終實現(xiàn)碳中和目的的關鍵。當前，全球鋼鐵行業(yè)已研究和開發(fā)了很多低碳冶煉技術，以實現(xiàn)減碳和脫碳方面的重大突破。表3顯示了現(xiàn)前階段國際上主要低碳冶煉技術的研發(fā)和應用進展[16]。表3低碳冶煉技術3.調整生產構造不同的鋼鐵生產流程，其二氧化碳排放強度的差異較大。使用廢鋼的電爐短流程相較于長流程噸鋼可減少2/3的二氧化碳排放[17]。不同鋼鐵生產流程參數(shù)如表4所示。同時，提高廢鋼比可以以降低鋼鐵生產經過的鐵鋼比，進而實現(xiàn)鋼鐵工業(yè)的碳減排?？梢姡哟髲U鋼的回收和利用，提高電爐鋼的使用比例是實現(xiàn)二氧化碳減排的有效途徑。表4不同鋼鐵生產流程參數(shù)四、結論(1)采用動態(tài)物質流分析方式方法，對碳中和目的下中國鋼鐵工業(yè)2021—2060年的二氧化碳排放趨勢進行分析，結果表示清楚到2060年4個不同情景的二氧化碳排放都將不同程度的下降。(2)從對CS情景的二氧化碳排放LMDI分解結果可知，粗鋼產量是鋼鐵工業(yè)碳達峰的決定性因素；鋼鐵行業(yè)的低碳發(fā)展，在短期內應該普及低碳技術，而從長期來看應該重點關注生產構造調整。(3)加快從淘汰落后產能、嚴格控制鋼產量、普及突破性技術、調整生產構造等方面制定鋼鐵工業(yè)的低碳轉型途徑，對實現(xiàn)中國鋼鐵工業(yè)的碳中和有著特別重要的意義。以下為參考文獻[1]李俊峰,李廣.碳中和一中國發(fā)展轉型的機遇與挑戰(zhàn)[J].環(huán)境與可持續(xù)發(fā)展,2021,46(1).[2]IPCC.Fithassessmentreport[R]IPCC,2020.[3]聶海亮關于推進鋼鐵行業(yè)綠色高質量發(fā)展的建議[J]中國能源,2021,43(1).[4]張雅欣,羅薈霖,王燦.碳中和行動的國際趨勢分析[J].氣候變化研究進展，2021,17(1).[5]WorldSteelAssociation.SteelStatisticalYearbook2020[R].WorldSteelAssociation,2021.[6]冶金工業(yè)規(guī)劃研究院中國鋼鐵工業(yè)節(jié)能低碳發(fā)展報告(2020)[R]冶金I業(yè)規(guī)劃研究院,2020.[7]中國國家統(tǒng)計局.中國統(tǒng)計年鑒[M]北京:中國統(tǒng)計出版社,2000.[8]趙沛,董鵬莉.碳排放是中國鋼鐵業(yè)將來不容忽視的問題[J]鋼鐵,2021,53(8).[9]張琦,張薇，王玉潔,等中國鋼鐵工業(yè)節(jié)能減排潛力及能效提升途徑[J]鋼鐵,2022,54(2).[10]AngBW.TheLMDIapproachtodecompositionanalysis:apracticalguide[J]EnergyPolicy,2005,33(7).[11]國家發(fā)展與改革委員會國家重點節(jié)能低碳技術推廣目錄:2021年本[R].北京:國家發(fā)改委,2021.[12]張琦,王小壯,許立松,等鋼鐵流程資源能源碳排放耦合關系及分析[J].鋼鐵,2020,55(10).[13]ZhangQ,WangY,ZhangW,etal.EnergyandresourceconservationandairpollutionabatementinChinasironandsteelindustry[J].Resourc