1钢铁工业碳排放现状及原因
政府间气候变化专门委员会（IPCC）第五次评估报告研究指出，自1850年以来，尤其自20世纪70年代之后，全球近地面气温一直处于上升趋势，通过全球气候模式的预估研究表明，未来50~100年全球气候将继续向变暖的方向发展。温室气体作为气候变暖最重要的影响因素，越来越受到国际气候变化组织的关注。
2020年9月22日，中国政府在第七十五届联合国大会上提出：“中国将提高国家自主贡献力度，采取更加有力的政策和措施，二氧化碳排放力争于2030年前达到峰值，努力争取2060年前实现碳中和。”
根据全球能源互联网发展合作组织《中国2030年前碳达峰研究报告》[1]显示：2019年，我国全社会碳排放约105亿吨，其中能源活动碳排放约98亿吨，占比达87%。能源活动领域碳排结构中，能源生产与转换领域和能源终端消费领域碳排放占比分别为47%和53%，钢铁行业是能源终端消费领域碳排放最大的行业。
2020年，我国粗钢产量为10.65亿吨，占全球总产量56.7%，位居全球第一，碳排放量占全球钢铁碳排放总量60%以上，占我国碳排放量15%左右，而且我国以碳排放强度高的长流程为主（90%）。
2钢铁工业碳排放的主要来源
钢铁生产企业主要是针对从事黑色金属冶炼、压延加工及制品生产的企业。按照生产流程又可以分为钢铁生产联合企业（又称长流程生产企业）、电炉短流程企业、炼铁企业、炼钢企业和钢材加工企业。
根据《温室气体排放核算与报告要求 第5部分：钢铁生产企业》（GB/T32151.5-2015）：钢铁生产企业的二氧化碳排放总量等于核算边界内所有的燃料燃烧排放量、过程排放量及企业购入的电力和热力所对应的二氧化碳排放量之和，同时扣除固碳产品隐含的二氧化碳排放量以及输出的电力和热力所对应的二氧化碳排放量。
以天津某钢铁联合生产企业为例，该公司钢铁生产工艺流程包括烧结、炼铁、炼钢、连铸、轧钢等生产工序，形成了一套完整的钢铁联合企业生产体系，公司生产工艺流程及二氧化碳的产排节点见下图。
图1 钢铁联合企业工艺流程及碳排放节点
根据上图可知，该公司碳排放量包括烧结机、高炉化石燃料燃烧和小火车、皮卡车等柴油燃烧产生的碳排放；烧结、炼钢过程中石灰石、白云石等熔剂及炼钢过程消耗的合金产生的碳排放以及公司生产生活、运营管理用电设施消耗的外购电力产生的二氧化碳。主要固定排放源包括：烧结机、高炉、转炉、加热炉和燃气锅炉；主要移动排放源包括：厂区内的小火车、叉车及皮卡车等柴油车辆。
根据下式计算：
式中：
E——二氧化碳排放总量，单位为吨二氧化碳（tCO2）；
E燃烧 ——燃料燃烧排放量，单位为吨二氧化碳（tCO2）；
E过程 ——过程排放量，单位为吨二氧化碳（tCO2）；
E购入电——购入的电力消费对应的排放量，单位为吨二氧化碳（tCO2）；
E购入热——购入的热力消费对应的排放量，单位为吨二氧化碳（tCO2）；
E购入热——输出的电力对应的排放量，单位为吨二氧化碳（tCO2）；
E输出热——输出的热力对应的排放量，单位为吨二氧化碳（tCO2）；
R固碳 ——企业固碳产品隐含的排放量，单位为吨二氧化碳（tCO2）。
表1 钢铁行业温室气体排放量（单位：万t/年）
从表1中可以看出，钢铁行业中碳排放来源主要为化石燃料燃料，占总排放量的90%以上，而化石燃料燃烧主要分布在烧结阶段和高炉炼铁阶段，其中烧结阶段中占10%左右，高炉炼铁将占到90%左右。根据企业产量进行核算，吨钢碳排放量约为1.8吨，属于较先进企业。而根据国际钢协的计算方法，某钢厂测算了长流程不同生产工艺的二氧化碳排放量。计算表明，生产1吨碳素钢，共产生2.18吨二氧化碳。
3钢铁工业降低碳排放的主要技术
根据中国钢铁现状生产情况，目前国内主要以长流程钢铁企业为主，为降低企业的碳排放量，可以通过以下几个方面进行研究：
3.1提高技术
通过与钢铁企业的技术沟通，采用富氧喷煤技术，可降低能源和生产成本：提高高炉富氧比例是提高高炉产量，降低高炉燃料比的主要措施之一，富氧鼓风后可减少鼓风中氮气量，相应减少炉腹煤气量，有利于高炉顺行；在喷吹燃料固定的条件下，每增加氧量1%，可增产约5%。
根据钢铁公司的技术研发可知，当入炉煤比控制在150kg/t铁时，入炉焦比可降低至390kg/t铁，固体燃料为540kg/t铁，比原有的入炉煤比135kg/t铁，入炉焦比将近415kg/t铁，固体燃料为550kg/t铁，减少了每吨铁固体燃料消耗量将近10kg/t铁。可见，通过提高高炉入炉喷煤比，可降低入炉焦比，对降低碳排放量具有明显的效果，同时也有利于降低生产成本，增值增效。
3.2余热、余压利用技术
钢铁生产过程中产生大量的余热、余压及能源介质[2]，通过寻找企业节能减排的潜力，可有效的降低生产过程中能源消耗。烧结烟气及环冷烟气、转炉煤气均含有大量的热量，配备余热锅炉产生蒸汽，用于发电；高炉炼铁过程中产生的高炉煤气、转炉炼钢中产生的转炉煤气均含有高比例的可燃烧的CO气体，通过全部回收后可用于燃气发电锅炉燃料使用；同时高炉煤气还具有高压，可配备BPRT设施，带动鼓风机作用，节省鼓风机用电。等等技术均可减少钢铁企业的外购电力。
钢铁企业还可以进一步收集出铁场高炉渣、炼钢钢渣的低品位热量，进行热回收，通过热交换技术后，热水可用于厂区办公用热，甚至可为周边居民提供冬季供热。
天津某钢铁企业利用高炉煤气和转炉煤气建设了四台燃气发电锅炉，利用烧结烟气、环冷废气、转炉煤气、轧钢废气建设了余热蒸汽发电锅炉，同时配套了BPRT节电设施、高炉渣热交换设备等。
3.3清洁运输
大宗物料的运输过程中燃油燃烧时排放的二氧化碳也是钢铁行业碳排放量的重要源之一，也是污染物排放的重要移动源之一。为降低大宗物料碳排放和污染物排放，按照十四五”规划中提出的要求：加快大宗货物和中长途货物运输“公转铁”、“公转水”，公路倒运增大清洁能源汽车比例。
4双碳目标下钢铁企业发展及问题
钢铁行业的低碳转型对于我国实现碳达峰碳中和目标具有至关重要的作用，有必要提前研究“双碳”目标下中国钢铁行业的发展路径及技术路线图。
4.1绿色工艺转型
根据钢铁绿色生产的工艺改造包括电炉炼钢和氢能炼钢。
电炉炼钢是推动电能替代的主要途径，以废钢为主要原料、电力为主要能源，该方式能耗低、排放量低，节能减排优势明显。目前我国电炉炼钢占比仅为9%，而美国、欧盟电炉炼钢占比分别达62%、40%。电炉炼钢目前发展条件成熟、节能环保，我国有条件逐步推动更加低碳电炉炼钢产业布局，减少钢铁生产中碳排放量。但我国废钢加工企业呈现多而杂的特点，基本上分布在城市周边，单体规模较小，生产效率不高，地域性较强，影响废钢的稳定供应。
氢能炼钢是利于氢气替代一氧化碳做还原剂炼钢，还原过程中没有二氧化碳的排放，可实现钢铁生产完全脱碳，是未来发展方向。但从目前钢企公布的投资情况看，高炉富氢、氢基还原等技术具有投资周期长、投资成本高的特点，仅在试验高炉阶段的投资已是数亿级，后续大规模的设备改造、替换需要更高成本的投入。
4.2绿色金融支持
对于钢铁行业来说，在技术、设备、运输、能源等绿色改造转型过程领域需要大量资金，且我国的碳达峰、碳中和时间明显短于其他发达国家，靠传统的资金支持难以在短期内满足所需资金需求，因而需要银行等金融机构对钢铁行业开展更多绿色金融[3]支持。
根据联合赤道环境评价发展有限公司绿色金融部的统计，从2020年以来，钢铁行业已经通过发行碳中和债券、可持续挂钩债券、绿色债券、低碳转型债券，获得绿色金融支持。2022年，低碳转型绿色债券作为宝武在国内率先尝试推出，为中国钢铁企业绿色低碳转型在资金解决方面提供了拓展思路，也为钢铁行业低碳转型在金融市场方面创新提供了范本，后续将有效推动相关企业借鉴和推进，助力中国钢铁企业早日实现低碳目标。
5结论
在双碳目标的引领下，通过绿色金融的激励措施，钢铁行业将通过节能及能效提升、用能及流程结构优化、推动绿色布局、构建循环经济产业链、突破创新低碳技术等途径推动行业绿色低碳转型。
参考文献：
[1]中国2030年前碳达峰研究报告[M],中国电力出版社.
[2]高学军.钢铁行业节能减排的措施及发展方向研究[J].环境保护-世界低碳.2014(1):13-14.
[3]赵禹程,刘梅青.“双碳”背景下绿色金融政策助力钢铁行业低碳转型研究[J].冶金经济与管理,2022(2):14-17.
