鋼鐵企業自產石灰碳排放計算與經濟性分析

焦鵬琳 張紫禾陳 穎

（1天津環科環境咨詢有限公司 天津 300191 2國網天津市電力公司經濟技術研究院 天津 300171 3天津市環境保護科學研究院 天津 300191）

引言

以化石燃料為基礎的科學技術不斷進步給世界各國的經濟和社會發展提供了強大的動力，但是與此同時導致的各種環境污染問題也逐步加深。隨著我國市場經濟的快速發展，二氧化碳的排放問題已經成為阻擋我國實施可持續發展戰略的不可忽視的重要因素。鋼鐵行業既是國民經濟中的支柱行業，同時也是資源消耗、能源消耗、碳排放報告的重點行業。

現代煉鐵絕大部分采用高爐煉鐵，在煉鐵爐內把鐵礦石煉成生鐵，再以生鐵為原料，用不同方法煉成鋼，再鑄成鋼錠或連鑄坯。在鋼鐵冶煉過程中，為了除去磷、硫等雜質，造成反應性好、數量適當的爐渣，需要加入氧化鈣純度較高的冶金石灰作為熔煉鋼鐵的熔劑[1]。石灰生產過程中，將主要成分為碳酸鈣的天然巖石，在適當溫度下煅燒，排除分解出的二氧化碳后，所得的以氧化鈣為主要成分的產品即為石灰，又稱生石灰。因此，石灰的生產意味著大量二氧化碳碳的排放，屬于碳排放中的工業生產過程排放，需包括在碳排放報告中。如今國家以碳排放權交易的方式來控制碳排放，意味著企業的生產產品成本將會比從前多增加一部分購買碳配額的費用，這一變化將會改變企業原先的資金結構。但是，目前多數鋼鐵企業自備石灰窯，可自產石灰，以減少石灰外購部分的支出，但其無法規避碳市場下自產石灰產生碳排放而需購買的碳配額費用。因此，本文將以天津市某鋼鐵聯合企業的石灰生產活動數據為基礎，對該企業在碳排放控排背景下石灰自產與外購所引發的成本與費用進行計算、比較和分析。

1 碳控排背景下自產石灰碳排放量計算與成本分析方法

1.1 石灰生產過程CO2排放因子計算方法

石灰生產是采用在石灰窯中煅燒石灰石的方式進行的，石灰石主要是由碳酸鈣（CaCO3）和碳酸鎂（MgCO3）組成，這兩種物質在生產過程中發生分解反應產生氧化鎂（MgO）和氧化鈣（CaO），以及大量的二氧化碳（CO2），根據氧化鎂含量的多少，石灰分為鈣質石灰和鎂質石灰，反應方程式如下：

計算石灰生產過程CO2排放因子時，根據國家溫室氣體排放清單[2]中給出的計算公式，如下：

式中：EFCO2表示石灰生產過程CO2排放的排放因子，tCO2/t熔劑；Rcao表示石灰中CaO含量加權平均值，%；MCO2表示CO2的摩爾質量，kg/mol；Mcao表示 CaO 的摩爾質量，kg/mol；RMgo表示石灰中MgO含量加權平均值，%；MMgo表示MgO的摩爾質量，kg/mol。

1.2 石灰生產碳成本計算方法

碳成本也叫做碳社會成本，是指向每單位空氣內排入的碳量超過環境可容納程度的部分，對環境造成的危害用貨幣計量的價值，是衡量碳排放對環境氣候危害的重要指標。碳成本區別于傳統成本之處在于碳成本是在特定制度規定下的產生的成本，可通過某種制度的安排，將帶有外部性的碳排放成本內部化為企業成本。生產單位石灰所產生的碳成本的計算公式如下：

式中：Cc表示生產單位石灰所產生的碳成本，元/tCaO；UCc表示單位二氧化碳排放所對應的碳價，元/tCO2；EFCO2表示石灰生產過程CO2排放的排放因子，tCO2/t熔劑；YCaO表示石灰CaO的產量，t，YCaO=1。

1.3 石灰自產總成本與外購費用的比較方法

碳成本是碳市場下的新名詞，對于納入碳減排的企業，在其生產總成本中均應考慮碳成本這一要素。因此計算石灰自產總成本，應在石灰生產成本的基礎上增加碳成本，公式如下：

式中：CSP表示石灰自產總成本，元/tCaO；CP表示石灰自產成本，元/tCaO；Cc表示石灰自產所需支付的碳成本，元/tCaO。

石灰外購費用可用CB表示，并與CSP進行比較。當CB＜CSP時，外購石灰比自產石灰更加經濟；當CB＞CSP時，自產石灰比外購石灰更加經濟；當CB=CSP時，自產石灰與外購石灰價格持平。

2 碳控排背景下石灰成本計算和比較

2.1 石灰生產碳成本

選取天津市某鋼鐵聯合企業的石灰生產過程為研究對象，根據其提供的石灰生產活動水平數據，對石灰生產過程CO2排放因子進行計算。數據包括該鋼鐵聯合企業2013-2015年每月生產石灰的產量，以及CaO、MgO在其中所占的比例。由于數據體量較大，以2014年該鋼鐵聯合企業石灰生產基礎數據2014年數據為例（如表1所示）進行計算。

表1 某鋼鐵聯合企業2014年石灰生產基礎數據

根據表1所示數據并通過公式（3）可以計算出鈣灰2014年排放因子數值為0.67，鎂灰2014年排放因子數值為0.81。通過將該年鈣灰和鎂灰排放因子加權平均后，可以計算出該廠2014年石灰生產的排放因子EF2014為0.685。通過上述計算方法，計算出2013年石灰生產排放因子EF2013為0.707，2015年排放因子EF2015為0.682。最后，將計算出三年的排放因子進行加權平均，得出該廠石灰生產排放因子值EFco2為0.686。

當前，天津碳市場中單位二氧化碳排放所對應的碳價UCC為15元/tCO2，由前文知，該鋼鐵聯合企業每生產一噸石灰將排放0.686 tCO2，通過公式（4）-（6）推導計算得知該鋼鐵聯合企業自產單位石灰將產生10.29元的碳成本CC支出。

2.2 石灰自產成本

該鋼鐵聯合企業有兩種石灰窯，分別是石灰豎窯和石灰回轉窯。不計設備、人工、管理等間接費用，通過石灰豎窯生產單位石灰，其直接材料費（原材料、輔助材料、備品備件、燃料及動力等）約為368元，通過石灰回轉窯生產單位石灰，其直接材料費約為286元，從而估算出該鋼鐵聯合企業自產石灰所需的平均費用約為327元/噸，記為石灰自產成本CP。

2.3 石灰自產總成本與外購費用的比較

根據計算出的該鋼鐵聯合企業石灰自產成本CP為327元/tCaO，及其產生的碳成本CC為10.29元/tCaO，可知該鋼鐵聯合企業每自產一噸石灰的總成本CSP為337.29元/tCaO。又據調查，與該鋼鐵聯合企業所生產石灰類型的石灰的市場購買價格CB約為450元/tCaO。因此，將該鋼鐵聯合企業自產石灰總成本與市場外購費用二者進行對比，可見該鋼鐵聯合企業自產石灰比外購石灰相對更加經濟，企業自產石灰較外購石灰每噸石灰成本節約約110元。

3 石灰成本計算結果分析

3.1 石灰生產過程CO2排放因子值分析

通過公式計算出的排放因子存在一定的不確定性，一是來自于石灰中氧化鈣、氧化鎂含量抽樣調查的誤差，由于石灰生產受工況、原料品質等多方面影響而企業普遍采用以日產量為一批量的機械抽樣法抽樣，導致樣品中氧化鈣、氧化鎂含量不能準確的代表實際產品中二者的含量；二是來自于企業進行化學分析的誤差，雖然化學分析的方法已經十分精確，但仍有系統誤差和隨機誤差的存在，也會使測量值與實際值產生一點的偏差。

3.2 碳市場碳價情況分析

碳市場概念引入中國的時間不長，天津作為試點省市一直處于摸索階段，碳市場管理、配額分配制度都不完善，導致碳市場目前處于一個低迷的階段，市場活躍度遠遠沒有達到理想水平，因此碳價也未能達到理想值。如今，國家通過將前幾年各個試點省市出現的問題匯總，逐漸建立了較為完善的碳市場體系并于2017年開啟全國碳市場，根據國家發展與改革委員會氣候司的預測，全國碳價的理想值應在300元/tCO2，與當前碳市場的碳價差異巨大。假設研究企業石灰自產總成本與外購費用相等，均為450元/tCaO，石灰自產成本CP為327元/tCaO，石灰生產排放因子值EFco2為0.686，石灰CaO的產量Ycao為1，根據公式（8）反推碳價UCC為179.3元/tCO2。不同碳價下研究對象石灰自產總成本與石灰外購費用對比圖如圖1所示。

圖1 不同碳價下研究對象石灰自產總成本與石灰外購費用對比圖

通過圖1可以看出，當按照當前市場碳價15元/tCO2，低于179.3元/tCO2時，該研究企業自產石灰明顯外購石灰更為經濟；當碳價達到179.3元/tCO2時，該研究企業自產石灰與外購石灰基本持平；當碳價達到理想值即300元/tCO2，高于179.3元/tCO2時，該研究企業自產石灰的價格遠高于外購石灰的價格。

結語

《中國鋼鐵生產企業溫室氣體排放核算方法與報告指南（試行）》規定鋼鐵行業自產石灰部分碳排放屬于工業生產過程排放計入企業排放總量中，意味著鋼鐵企業自產石灰的成本隨之增加，在碳市場下，可根據碳價調整鋼鐵企業的石灰獲取方式，對于該研究企業而言，目前的碳價水平下，企業自產石灰生產鋼鐵更為經濟；當碳價高于179.3元/tCO2時，該企業可以通過外購石灰代替自產來降低成本。同時，隨著碳市場的推廣以及減排技術的增強，該研究企業也可通過新增減排設施或采用一些碳市場的操作手法而減小碳價波動產生的影響。經對碳控排背景下石灰成本計算、比較和分析可以看出，碳價的漲幅對鋼鐵生產企業的經濟效益有著直接的影響，所以對于碳市場這一新生事物的應對必將是鋼鐵企業乃至所有高碳排放企業為保證效益而深入考慮的問題。

[1]張春霞,上官方欽,胡長慶,等.鋼鐵流程結構及對CO2排放的影響[J].鋼鐵,2010,45(5)：1-6.

[2]國家發展和改革委員會.省級碳清單編制指南(試行)[R].國家發展和改革委員會,2011.