鋼鐵行業碳排放管理及節能降碳路徑分析

摘要：鋼鐵行業是我國國民經濟的重要支撐產業，但其碳排放量巨大，在國內“雙碳”目標、全國碳交易市場納入、歐盟碳邊境調節機制、自身可持續發展等多重壓力下，鋼鐵行業開展碳排放管理及低碳發展迫在眉睫。因此，通過分析目前鋼鐵行業面臨的國內外宏觀環境，識別鋼鐵行業碳排放主要來源及典型鋼鐵冶煉工藝重點排放環節，對企業加強碳排放管理提出建議，并結合國內外鋼鐵行業現狀，給出節能降碳技術建議。

關鍵詞：鋼鐵行業；溫室氣體；碳排放；節能降碳

引言

鋼鐵行業是我國國民經濟的重要基礎產業之一，具有能耗高、碳排放強度大的特點。據統計，我國鋼鐵行業碳排放約占世界鋼鐵行業碳排放量的50%，占我國碳排量總量的15%，能源消費占我國能源消費總量的11%。因此，推動鋼鐵行業低碳發展，是完成“十四五”節能降碳目標的重要支撐，也是穩妥推進“雙碳”目標的重要途徑[1]。

1鋼鐵行業碳排放管理的宏觀環境

推進碳達峰碳中和是我國對國際社會的莊嚴承諾，也是推動制造業高質量發展的內在要求，目前我國“1+N”的“雙碳”政策體系已基本建立，各行業“雙碳”工作已進入實質推進階段。鋼鐵行業因其碳排放總量高、碳排放強度大等特點，必將在“雙碳”推進工作中承擔更多的責任。國家印發的《鋼鐵行業節能降碳專項行動計劃》對推動行業能源結構優化、能源利用效率提升、二氧化碳排放水平降低等均提出了具體要求。

目前，我國全國碳市場運行框架已經基本確立，碳市場在市場化機制減排方面即將發揮更大的作用。隨著全國碳市場的不斷完善，鋼鐵行業納入全國碳市場即將進入倒計時，因此為降低碳履約成本，鋼鐵企業需不斷加強碳排放管理，降低碳排放量。

為應對氣候變化，國際知名鋼鐵企業相繼出臺了碳減排或碳中和目標并不斷推進實施；歐盟碳邊境調節機制CBAM也將鋼鐵等高碳行業納入，后續可能會因高碳排放被征收碳關稅。不斷加強的行業競爭及潛在出口成本，將給我國鋼鐵企業碳排放管理帶來一定壓力。

目前，我國鋼鐵行業主要工藝仍以長流程鋼鐵為主，存在產能結構問題突出、碳排放總量巨大等問題，在行業自身高質量發展及國內外應對氣候變化多重壓力下，我國鋼鐵行業碳排放面臨著嚴峻的考驗。

2鋼鐵行業溫室氣體排放來源及重點環節

2.1鋼鐵行業溫室氣體排放來源

鋼鐵行業溫室氣體排放主要為二氧化碳的排放，排放源主要為固碳產品隱含的碳排放、化石燃料燃燒碳排放，以及凈購入電力、熱力碳排放和工業生產過程碳排放，其計算方法為企業二氧化碳排放量=化石燃料燃燒碳排放＋工業生產過程碳排放+凈購入電力、熱力碳排放－固碳產品隱含的碳排放。其中，化石燃料燃燒碳排放源主要包含燒結機、焦爐、工業鍋爐、高爐等固定源及運輸車輛等移動源；工業生產過程碳排放源主要為生鐵、電極、鐵合金、直接還原鐵等外購含碳原料及熔劑的分解和氧化等；凈購入電力、熱力碳排放主要為凈購入電力和凈購入熱力間接產生的二氧化碳排放。固碳產品隱含碳排放為企業生鐵、粗鋼等外銷產品中固化的碳等。鋼鐵企業主要溫室氣體排放源如表1所示[2]。

不同的核算方法對鋼鐵行業碳排放核算邊界有著不同的規定，如部分地方碳市場試點城市納入企業核算碳排放時，是以企業法人邊界進行核算，核算范圍包含法人邊界所有碳排放源；生態環境部印發的《企業溫室氣體排放核算與報告填報說明 鋼鐵生產》中明確，“鋼鐵企業的碳排放核算邊界包含主要生產系統和輔助生產系統，但不包括辦公場所、職工食堂、浴室、班車等”。此外，不同核算方法及排放因子的選擇可能對排放數據造成一定影響。

2.2典型鋼鐵制造流程碳排放重點環節

目前，我國主要鋼鐵生產流程有直接還原鐵-電爐流程、廢鋼-電爐流程和高爐-轉爐流程。其中，高爐-轉爐流程鋼產量占我國鋼鐵產量的90%左右，是我國鋼鐵制造典型工藝流程[3]，包含燒結、球團、煉焦、高爐煉鐵、煉鋼、連鑄、軋鋼等工序，其生產過程消耗大量鐵礦石、煤炭、焦炭等，碳排放量較高[4]，化石燃料燃燒占企業碳排放總量的80%以上；從工藝過程看，各工序之間碳排放量也差距較大，不同工序主要碳排放源及影響因素如表2所示[5]。

3鋼鐵行業碳排放管理建議

“雙碳”目標的政策壓力、企業綠色可持續發展的內部壓力、國家統一碳市場納入后的履約壓力、歐盟碳邊境調節機制影響的成本壓力等，均對企業提高碳排放管理水平提出了更高的要求，因此現結合鋼鐵行業企業現狀，對鋼鐵企業碳排放管理提出建議。

3.1加強碳排放管理能力開展碳資產管理

摸清底數是碳排放管理的基礎，數據質量是碳交易市場的關鍵因素和后期重點監管對象，相較于其他行業，鋼鐵行業碳排放環節眾多，能源細分種類多，涉及的碳排放數據及排放因子眾多，而納入全國碳市場將對各數據的獲取及質量管理提出更高的要求。同時，鋼鐵行業應更精準地掌握自身碳排放總量及強度水平，爭取參與到碳配額分配方式等制度的協商與涉及，這都對企業碳排放管理能力提出更高的要求。鋼鐵企業應在碳管理人才培養、技術儲備、信息化建設水平等方面加大力度。碳排放市場對鋼鐵企業是壓力，也是機遇，在碳交易模式下，碳具有金融屬性，合理的碳資產管理可使企業降低低碳發展成本，促進低碳發展正向循環。

3.2建立完善的組織架構及碳排放管理體系

企業碳排放管理涉及的部門眾多，容易造成管理混亂、權責不清的問題，因此鋼鐵企業應明確負責碳排放組織架構，成立碳排放綜合管理部門，可按照領導決策、職能指導、經營協調、業務主體等自上而下逐級落實推進“雙碳”工作，也可按照戰略規劃、低碳技術、碳排放核算、碳資產管理等職能進行分工開展低碳相關工作[6]。碳排放管理部門應根據企業現狀，確定低碳發展戰略重點，制定合理可行的低碳發展目標和發展路線。

為保證企業在低碳發展領域持續改進，不斷完善，應建立完善的企業碳排放管理系統，為低碳工作提供制度保障。目前，大部分鋼鐵企業均建有完善的能源管理體系，企業碳排放與能源消費息息相關，因此企業碳排放管理體系應與能源管理體系有機銜接。

3.3加強碳排放數據監測與管理

鋼鐵行業生產環節多、排放機理復雜，全國碳市場建設及國際碳邊境調節機制等對碳排放數據的統計、計量和管理均提出了更高的要求，因此積極開展碳排放數據MRV能力建設，精準高效提升碳排放數據管理能力，對鋼鐵行業低碳轉型有重要意義。結合碳排放核查統計結果，開展精準對標分析，確保不斷降低碳排放，滿足國家相關政策及市場需求。建議企業采用智能化和數字化手段建立碳排放數據收集、分析系統，規范監測數據的獲取，保證碳排放統計數據可追溯。

3.4創新體制機制加強科技創新與新技術應用

加強碳排放人才培養，堅持節能降碳引領，結合企業發展規劃完善能源與碳排放總量及強度雙控要求，分解雙控目標，制定符合企業實際的各工序、各部門節能降碳目標。強化監督管理及考核支撐體系，定期組織節能低碳領域專項考核，對規劃、建設、運行過程中的考核目標完成情況進行綜合評價，建立完善的長效機理機制[7]。此外，企業可通過綠色金融等手段不斷降低低碳發展融資成本。

探索跨行業、領域的合作新模式，加強對外交流合作，加強新技術研究與應用，不斷提升管理及技術水平。對標行業標桿指標，學習行業先進經驗，結合自身現狀，制定符合實際的低碳發展規劃。

4鋼鐵行業低碳發展路徑

4.1國內外鋼業企業低碳發展路徑分析

目前，國內外鋼鐵行業中的不少優秀企業在鋼業低碳路徑方面做了大量的嘗試，并取得了一定的成果，主流工藝路徑包含廢鋼資源利用、氫能利用、能效提升等。因為鋼鐵行業超過60%碳排放來源于長流程煉鋼中的高爐煉鐵過程，而廢鋼短流程工藝符合循環經濟的發展理念，所以采用碳排放更低的電爐短流程工藝通過綠電替代進一步降低碳排放，成為鋼鐵企業優先選擇的低碳路徑。氫能利用被認為是最具技術前景的技術路線之一，主要應用方式包含氫直接還原鐵、高爐富氫冶煉、氫熔融還原鐵3種。

在國外，如瑞典鋼鐵公司探索使用零碳電力及氫氣取代煉焦煤，通過可再生能源發電＋電解水取氫氣＋儲氫＋氫氣直接還原鐵礦石＋無化石球團（生物質燃料替代）的低碳路徑，預計該公司到2032年碳排放量比2018年下降23%；德國鋼鐵巨頭蒂森克虜伯提出“到2030年減排30%，主要技術路線為使用綠氫替代煤炭作為高爐還原劑+二氧化碳捕集利用”，同時通過輕量化改造等促進下游用戶降碳；安賽樂米塔爾公司不僅計劃將生物質轉化為生物煤以取代高爐煤炭，將高爐煤氣轉化為生物乙醇生產低碳化工產品等以降低生產過程碳排放，而且還推廣全廢鋼電爐冶煉[8]。

在國內，鋼鐵巨頭寶鋼股份以“雙碳”目標為指引，從加大廢鋼利用、極致能效、綠色能源助力、富氫碳循環高爐、氫基豎爐、智慧制造6個方面協同入手，大力推進低碳進程；同時，建立節能低碳商業最佳可行技術庫，大力實施節能技術改造。此外，在自身降碳的同時，寶鋼股份還深耕下游低碳產品市場，促進全產業鏈降碳。鞍鋼集團于2021年發布低碳冶金路線圖，通過格局流程再造、資源消耗減量、能源結構優化、綠色礦山示范、科技引領創新協同實現“雙碳”目標。

4.2節能降碳技術建議

結合目前國內外鋼鐵行業低碳發展進程及國內鋼鐵企業發展現狀，提出近期可實施的節能降碳技術建議。

4.2.1節能降碳改造和設備更新

實施燒結、球團裝備大型化升級改造，采用燒結煙氣循環、低能耗低排放大比例球團冶煉技術，增加焦爐碳化室容積和高度，采用自動加熱控制和焦爐單孔碳化室壓力調節等技術。優化工序間界面銜接，采用鐵水一罐到底、熱裝熱送、近終形連鑄、無頭軋制等技術。設備更新時，變壓器、電機、水泵、風機、空壓機、鍋爐等用能設備應不低于節能水平；優先采用帶式焙燒機、大型高效鏈箅機-回轉窯、萬能軋機等專用設備和封閉式機械化料場。

4.2.2余能資源回收

采用燒結、焦化等余熱發電技術，開展冶金渣顯熱高效回收利用、軋鋼加熱爐煤氣反吹、轉爐底吹二氧化碳煉鋼、高爐爐頂均壓煤氣、高溫高壓干熄焦、中低溫余熱余能利用等，利用工藝過程的副產煤氣，采用超高溫超高壓發電、亞臨界煤氣發電、燃氣-蒸汽聯合循環發電等高效利用技術。此外，有條件的地區還可抵用鋼鐵低品位余熱進行城鎮供暖供冷。

4.2.3低碳冶煉新技術應用

低碳冶煉新技術主要有氫基直接還原、富氫熔融還原等非高爐煉鐵技術，現有高爐可開展富氫碳循環氧氣高爐低碳冶金，開展太陽能、風能、地熱能、生物質能、氫能、工業余能等一體化開發應用。

4.2.4跨行業協同降碳

鋼鐵行業可與電力、化工、建材等行業協同降碳。如，鋼鐵副產煤氣可用來發電或生產高附加值化工產品；高爐礦渣、鋼渣等可部分替代建材行業原輔料。

4.2.5發展短流程電爐煉鋼

積極發展新型電爐裝備，建設廢鋼回收、拆解、加工、配送等回收體系，加大短流程煉鋼比例。

結語

鋼鐵行業低碳發展及開展碳排放管理是實現“雙碳”目標的重要保障之一。通過政策引導、結構調整、技術創新和市場機制，相信在“雙碳”目標背景下，將會有更多的企業踐行社會責任，因此鋼鐵行業的綠色發展，可為全球氣候變化治理做出積極貢獻。

參考文獻

[1]田旭，李照令，耿涌，等.碳中和目標下中國鋼鐵行業碳減排的資源環境影響[J].資源科學，2024，46（4）：700-716.

[2]易祥.全流程鋼鐵企業碳排放核查分析及減碳路徑研究[C]//第十三屆中國鋼鐵年會論文集——9.能源、環保與資源利用.北京：中國金屬學會，2022：104-109.

[3]劉宏強，付建勛，劉思雨，等.鋼鐵生產過程二氧化碳排放計算方法與實踐[J].鋼鐵，2016，51（4）：74.

[4]徐軍，徐海倫，李銀銀，等.鋼鐵企業工序碳排放核算方法研究及實例分析[J].冶金能源，2023，42（6）：9-14.

[5]張琦，沈佳林，籍楊梅，等.典型鋼鐵制造流程碳排放及碳中和實施路徑[J].鋼鐵，2023，58（2）：173-187.

[6]張利娜，李冰.鋼鐵行業碳排放數據統計管理及應對策略分析[J].環境工程，2023，41（S2）：291-293，298.

[7]朱麗.鋼鐵生產企業碳中和及碳排放核算體系探析[J].現代工業經濟和信息化，2023，10（13）：179-180，183.

[8]康斌，辜海芳，王媛.國外典型鋼鐵企業低碳排放鋼發展現狀及其啟示[J].冶金管理， 2024（1）：45-54.

作者簡介

馬鋒（1988—），男，漢族，山東菏澤人，高級工程師，碩士，主要從事環境咨詢、節能低碳研究工作。

加工編輯：馮為為

收稿日期：2024-06-18