碳中和下鋼鐵工業(yè)的低碳轉(zhuǎn)型路徑,低碳經(jīng)濟(jì)論文

碳中和下鋼鐵工業(yè)的低碳轉(zhuǎn)型路徑,低碳經(jīng)濟(jì)論文摘要：中國明確提出在2060年前實(shí)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(shí)現(xiàn)全球溫升目的的重要道路之一。分別從基準(zhǔn)情景、技術(shù)普及、生產(chǎn)構(gòu)造調(diào)整和綜合情景的4個(gè)情景的分析了中國鋼鐵行業(yè)的碳排放值，并基于預(yù)測(cè)結(jié)果提出了鋼鐵行業(yè)的低碳轉(zhuǎn)型途徑。碳中和目的的實(shí)現(xiàn)將對(duì)鋼鐵工業(yè)發(fā)展帶來深遠(yuǎn)影響，鋼鐵行業(yè)需要從淘汰落后產(chǎn)能、嚴(yán)格控制鋼產(chǎn)量、普及突破性技術(shù)、調(diào)整生產(chǎn)構(gòu)造等方面進(jìn)一步努力。本文關(guān)鍵詞語:碳中和;鋼鐵行業(yè);節(jié)能減排;低碳轉(zhuǎn)型;氣候變化是當(dāng)今人類面臨的重大挑戰(zhàn)，應(yīng)對(duì)氣候變化已經(jīng)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(huì)提出了我們國家力爭(zhēng)于2030年前二氧化碳排放達(dá)峰的目的與2060年前實(shí)現(xiàn)碳中和的愿景，并在國內(nèi)外重要會(huì)議上屢次強(qiáng)調(diào)該目的落實(shí)的重要性[1]。要實(shí)現(xiàn)1.5℃目的，則到2050年全球?qū)⒁獙?shí)現(xiàn)碳中和；而若要實(shí)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(yīng)實(shí)現(xiàn)碳中和[2]。截至當(dāng)前，全球已有100多個(gè)國家承諾2050年實(shí)現(xiàn)碳中和，華而不實(shí)歐盟2022年底發(fā)布了(歐洲綠色新政〕并承諾于2050年前實(shí)現(xiàn)碳中和[3]。當(dāng)前，發(fā)達(dá)國家在碳排放已持續(xù)下降的經(jīng)過中，均選擇了將2050年作為時(shí)間節(jié)點(diǎn)，而中國在尚未到達(dá)碳排放高峰的情況下做出了2060年前到達(dá)碳中和的政治承諾[3]。鋼鐵行業(yè)是國民經(jīng)濟(jì)的重要關(guān)鍵行業(yè)，是高排放和高耗能的行業(yè)之一，同時(shí)也是實(shí)現(xiàn)國家碳中和的低碳發(fā)展關(guān)鍵領(lǐng)域。2020年，中國粗鋼產(chǎn)量到達(dá)10.65億噸，初次突破了10億噸大關(guān)，占全球粗鋼產(chǎn)量的56.76%[5]。當(dāng)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(zhuǎn)型是國家實(shí)現(xiàn)碳達(dá)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(yù)測(cè)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(xué)界研究的熱門和焦點(diǎn)問題，學(xué)者們對(duì)其進(jìn)行了廣泛的研究[8]。當(dāng)前，對(duì)于碳中和問題的研究大都針對(duì)的是中國整體工業(yè)部門，而針對(duì)鋼鐵行業(yè)碳中和的研究和報(bào)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(jì)算產(chǎn)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(chǎn)品；為第τ年工序k的燃料消耗，GJ/t產(chǎn)品；為第τ年工序k的電力消耗，kWh/t產(chǎn)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?qū)用娑趸寂欧帕款A(yù)測(cè)：式中：為第τ年通過技術(shù)j帶來的二氧化碳減排潛力，kgCO2/t產(chǎn)品；為第τ年低碳技術(shù)普及率；為基準(zhǔn)年低碳技術(shù)普及率。鋼鐵行業(yè)的總二氧化碳排放強(qiáng)度為：式中：為第τ年鋼鐵行業(yè)總二氧化碳排放強(qiáng)度，kgCO2/t鋼；為第τ年工序k的鋼比系數(shù)，t產(chǎn)品/t鋼；為第τ年鋼產(chǎn)量，t。2.LMDI分解方式方法本文應(yīng)用對(duì)數(shù)平均迪氏指數(shù)分解法(LogarithmicMeanDivisiaIndex,LMDI)[9]，分析鋼產(chǎn)量、生產(chǎn)構(gòu)造、技術(shù)普及等因素對(duì)將來中國鋼鐵行業(yè)碳減排潛力的奉獻(xiàn)程度。為使分解結(jié)果愈加明顯，便于分析與討論，將模型時(shí)間分為5個(gè)時(shí)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(chǎn)量的減排奉獻(xiàn)程度，MtCO2；為電爐鋼比例的減排奉獻(xiàn)程度，MtCO2；為電爐鐵水比的減排奉獻(xiàn)程度，MtCO2；為技術(shù)普及的減排奉獻(xiàn)程度，MtCO2。3.情景設(shè)置為分析碳中和目的下鋼鐵行業(yè)的碳排放趨勢(shì)，本文將設(shè)置4個(gè)情景：BAU(Businessasusual)情景，表示鋼鐵生產(chǎn)的技術(shù)水平和生產(chǎn)構(gòu)造保持不變；TP(Technologypopularization)情景，表示鋼鐵生產(chǎn)的技術(shù)水平將得到極大的提高；PSA(Productionstructureadjustment)情景，表示鋼鐵生產(chǎn)將從改善電爐鋼比例、電爐鐵水比、鐵鋼比等方面對(duì)生產(chǎn)構(gòu)造進(jìn)行調(diào)整；CS(Comprehensivescenario)情景，是綜合了TP和PSA的情景。4個(gè)情景的詳細(xì)參數(shù)設(shè)置如表1所示。所采用的鋼鐵行業(yè)低碳技術(shù)如表2所示。表1情景參數(shù)設(shè)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(shù)低碳技術(shù)的應(yīng)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(shù)目錄[11]和前人的研究[12,13]，選取已商業(yè)化的37項(xiàng)措施作為本文計(jì)算對(duì)象展開。二、鋼鐵行業(yè)碳排放的趨勢(shì)分析圖1顯示了4個(gè)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(shì)。除CS情景外的3個(gè)情景均呈現(xiàn)了先增后減的趨勢(shì)并在2020年左右到達(dá)峰值。CS情景將一直呈現(xiàn)下降的趨勢(shì)，且在2020年下降較慢，2020年后先處于快速下降階段再進(jìn)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(xiàng)已做生意業(yè)化的低碳技術(shù)幫助鋼鐵行業(yè)實(shí)現(xiàn)有效的低碳轉(zhuǎn)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(chǎn)構(gòu)造因素，這都將會(huì)使鋼鐵行業(yè)的二氧化碳排放大幅度降低。從該預(yù)測(cè)趨勢(shì)可知，鋼鐵行業(yè)的低碳轉(zhuǎn)型在短期內(nèi)應(yīng)該普及低碳技術(shù)，而從長期看應(yīng)該重點(diǎn)關(guān)注生產(chǎn)構(gòu)造調(diào)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(shì)深切進(jìn)入分析影響鋼鐵工業(yè)二氧化碳排放的影響因素，對(duì)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(duì)將來中國鋼鐵行業(yè)碳減排潛力的奉獻(xiàn)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(jié)果。研究顯示，鋼產(chǎn)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(chǎn)量一直是正相關(guān)的影響因素，在2020年后鋼產(chǎn)量開場(chǎng)變?yōu)樨?fù)相關(guān)因素，其對(duì)碳排放的影響能力也開場(chǎng)減弱。技術(shù)普及和生產(chǎn)構(gòu)造調(diào)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(shù)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(chǎn)構(gòu)造調(diào)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(zhuǎn)型途徑綜合考慮情景分析、LMDI分解結(jié)果和鋼鐵行業(yè)向碳中和轉(zhuǎn)型的可行性，中國鋼鐵行業(yè)應(yīng)重點(diǎn)關(guān)注淘汰落后產(chǎn)能、嚴(yán)格控制鋼產(chǎn)量、普及創(chuàng)新性技術(shù)、調(diào)整生產(chǎn)構(gòu)造等方面的減排措施。1.淘汰落后產(chǎn)能、嚴(yán)格控制鋼產(chǎn)量與先進(jìn)的生產(chǎn)能力相比，落后產(chǎn)能在生產(chǎn)技術(shù)、技術(shù)設(shè)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(yīng)側(cè)改革是低碳發(fā)展的重要?jiǎng)恿ΑＶ袊撹F行業(yè)在減少產(chǎn)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(chǎn)能[14]。中國鋼鐵行業(yè)已經(jīng)進(jìn)入“高質(zhì)量減量化〞的發(fā)展階段，不僅要淘汰落后產(chǎn)能，還要嚴(yán)格控制鋼產(chǎn)量。提高產(chǎn)品附加值，構(gòu)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(shù)普及加快突破性冶煉技術(shù)的開發(fā)和應(yīng)用，是最終實(shí)現(xiàn)碳中和目的的關(guān)鍵。當(dāng)前，全球鋼鐵行業(yè)已研究和開發(fā)了很多低碳冶煉技術(shù)，以實(shí)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(shù)的研發(fā)和應(yīng)用進(jìn)展[16]。表3低碳冶煉技術(shù)3.調(diào)整生產(chǎn)構(gòu)造不同的鋼鐵生產(chǎn)流程，其二氧化碳排放強(qiáng)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(chǎn)流程參數(shù)如表4所示。同時(shí)，提高廢鋼比可以以降低鋼鐵生產(chǎn)經(jīng)過的鐵鋼比，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)鋼鐵工業(yè)的碳減排?？梢?，加大廢鋼的回收和利用，提高電爐鋼的使用比例是實(shí)現(xiàn)二氧化碳減排的有效途徑。表4不同鋼鐵生產(chǎn)流程參數(shù)四、結(jié)論(1)采用動(dòng)態(tài)物質(zhì)流分析方式方法，對(duì)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(shì)進(jìn)行分析，結(jié)果表示清楚到2060年4個(gè)不同情景的二氧化碳排放都將不同程度的下降。(2)從對(duì)CS情景的二氧化碳排放LMDI分解結(jié)果可知，粗鋼產(chǎn)量是鋼鐵工業(yè)碳達(dá)峰的決定性因素；鋼鐵行業(yè)的低碳發(fā)展，在短期內(nèi)應(yīng)該普及低碳技術(shù)，而從長期來看應(yīng)該重點(diǎn)關(guān)注生產(chǎn)構(gòu)造調(diào)整。(3)加快從淘汰落后產(chǎn)能、嚴(yán)格控制鋼產(chǎn)量、普及突破性技術(shù)、調(diào)整生產(chǎn)構(gòu)造等方面制定鋼鐵工業(yè)的低碳轉(zhuǎn)型途徑，對(duì)實(shí)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(xiàn)[1]李俊峰,李廣.碳中和一中國發(fā)展轉(zhuǎn)型的機(jī)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(guān)于推進(jìn)鋼鐵行業(yè)綠色高質(zhì)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(dòng)的國際趨勢(shì)分析[J].氣候變化研究進(jìn)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(bào)告(2020)[R]冶金I業(yè)規(guī)劃研究院,2020.[7]中國國家統(tǒng)計(jì)局.中國統(tǒng)計(jì)年鑒[M]北京:中國統(tǒng)計(jì)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(huì)國家重點(diǎn)節(jié)能低碳技術(shù)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(guān)系及分析[J].鋼鐵,2020,55(10).[13]ZhangQ,WangY,ZhangW,etal.EnergyandresourceconservationandairpollutionabatementinChinasironandsteelindustry[J].Resourc