《钢铁行业碳中和专题研究报告钢铁行业碳中和现状与减碳路径分析.doc》由会员分享，可在线阅读，更多相关《钢铁行业碳中和专题研究报告钢铁行业碳中和现状与减碳路径分析.doc（22页珍藏版）》请在taowenge.com淘文阁网|工程机械CAD图纸|机械工程制图|CAD装配图下载|SolidWorks_CaTia_CAD_UG_PROE_设计图分享下载上搜索。
1、钢铁行业碳中和专题争辩报告 :钢铁行业碳中和现状与减碳路径分析钢铁行业期间面临提前达峰的压力，目前局部特大型央企间续公布碳达峰、碳中和推动打算， 2025 年之前实现碳达峰， 2030 年左右降碳 30% 成为重要的时间节点。在目前工艺技术中，电炉炼钢、球团制造、 DRI、能效提升等成熟度高、有用性强的低碳冶金技术具备降碳潜力。期间粗钢产量进入平台区，同时伴随局部成熟度高、有用性强 的低碳冶金技术运用，将更好地促进展业从总量上实现碳达峰。在达峰的 根底上，行业进一步推广电炉炼钢、增加球团比、 DRI 等成熟度高的有用性低碳冶金技术，带动钢铁制造流程工艺的优化，同时各工序能效提升， 削减化石燃料
2、消耗，降低碳排放强度，能够较好地实现减碳 30% 的目标。最终实现深度减碳、碳中和还需要全氢冶金、 CCUS/CCS 等技术的突破。从技术成熟度和减碳幅度来看，高效电炉炼钢、球团制造、直接复原铁竖炉、富氢冶炼、钢厂能效提升是将来十年实现深度减碳的重要举措， 带来的投资规模将到达近万亿元级别。投资建议：关注具备效劳钢厂低碳技术投资建设的相关企业。具体名单请见报告。1. 钢铁工业碳排放现状国内钢铁产量增速在 2022 年见底后持续上升。 2022 年国内粗钢产量10.65 亿吨，同比 7%；2022 年 1-4 月，粗钢产量 3.75 亿吨，同比15.8% 。2022 年国内铁水产量 8.88 亿
3、吨，同比 4.3% ；2022 年 1-4 月，铁水产量 3.07 亿吨，同比 8.7% 。整体来看国内钢铁产量增速在 2022 年见底后，持续上升。2022 年以后钢铁行业能源消耗强度有下降趋势。 2022 年，黑色金属冶炼及压延加工业能源消耗总量 62279 万吨标煤，占国内总量的比重为13.2% 。2022 -2022 年黑色金属冶炼及压延加工业能源消耗总量增速分别是-7.77% 、-2.89% 、-1.88% 、2.21% ；从粗钢产量增速、铁水增速、能源消耗总量增速来看， 2022 年以后钢铁行业能耗增速低于粗钢和铁水增速，意味着钢铁行业能源消耗强度有下降趋势。2022 年以后钢铁行
4、业碳排放强度有下降趋势。 2022 年， 黑色金属冶炼及压延加工业碳排放量到达 167702 万吨，占国民经济总体排放量的比重 17.96% ，2022 年估量碳排放量占比约 15%。行业碳排放量在 2022 年到达高点后持续下行； 2022 年-2022 年，行业碳排放量同比分别是 -6.24% 、- 0.38% 、-0.41% 。从粗钢产量和碳排放量同比增速比照来看，碳排放量增速整体低于粗钢产量增速，意味着钢铁行业碳排放强度有下降趋势。2. 化石燃料燃烧是钢铁行业的主要碳排放来源依据中国钢铁生产企业温室气体排放核算方法与报告指南，钢铁生产过程中的碳排放主要有四大类来源：化石燃料燃烧排放、工
5、业生产过程排放、净购入使用的电力、固碳产品隐含的碳排放。依据文旭林等在钢铁企业碳排放核算及减排争辩对长流程钢厂碳排放争辩：燃料燃烧碳排放约占 94%；净购入电力碳排放占约 6%。在烧结、炼钢工序中，需消耗石灰石、白云石、电极、生铁、铁合金等含碳原料，以及生产熔剂过程的分解和氧化产生的 CO2 排放，约占总排放量的6%。生产过程中局部碳固化在企业生产外销的粗钢、粗苯和焦油中，相应局部的二氧化碳排放应予扣除，约占总排放量的 4%。化石燃料燃烧排放中，焦炭占据较大比重。 钢铁生产过程中净消耗的化石燃烧产生的 CO2 排放，包括焦炉、烧结机、高炉等炉窑燃烧的洗精煤、无烟煤、烟煤、焦炭的排放，以及厂内用
6、于生产运输的火车、汽车用汽柴油产生的排放。由于钢铁生产过程的实质是将铁从矿石中复原的过 程，同时需要大量能源。我国钢铁行业燃料燃烧排放具有以下特点： 焦炭是钢铁行业直接消耗的第一大化石燃料。 从统计局公布的数据来看，2022 年国内消费焦炭量 37152 万吨，消耗煤炭 29308 万吨，消耗原油 0 万吨，消耗汽油 3 万吨，消耗自然气 110 亿立方米。 焦炭消费比高与国内高炉工艺占比高有亲热关系。 焦炭作为高炉炼铁的主原料，既是燃料、又是复原剂，同时在高炉中还起到骨架、稳定炉料透气性。2022 年国内高炉生铁产量 88752 万吨，高炉生铁与粗钢比为 0.833 ，2022 年比值为 0
7、.812 ，远高于同期的全球 0.684 的水平。较高的生铁占比导致国内钢铁行业对焦炭的消费依靠重。 化石燃料燃烧碳排放约 64.7% 来自于焦炭、 33.9% 来自煤炭。 依据易碳家给出的不同燃料燃烧释放的 CO2 强度进展测算； 2022 年国内黑色金属冶炼及加工行业，燃料燃烧的碳排放有 64.7% 来自于焦炭燃烧，有 33.9% 来自于煤炭， 1.4% 来自于自然气。外购电力碳排放受电力供给构造打算；电力系统深度脱碳直接降低钢 铁行业外购电力碳排量。 钢企外购电力占比低。 从统计局公布的数据来看， 2022 年黑色金属冶炼加工业电力消费 6142 亿千瓦时，占行业总能耗比重 12.12%
8、 。从趋势来看， 1995 年以来行业电力消费比重持续上升，由 6%上升到 12.12% 。从重点钢企的数据来看， 2022 年吨钢耗电量 456.9 千瓦/吨，相当于吨钢总能耗的8.4% 。重点钢企的电力占总能耗的比重也在提升，由 7.5% 上升到 8.4% 。依据冶金规划院在中国钢铁工业节能低碳进展报告 (2022) 公布数据， 国内钢企 2022 年自发电量比例为 53%。测算钢企外购电力占总能耗的比重约 5%-6% 。电发电占比 71%，核电占比 5%，水电占比 16%，风、光伏、生物质发电 碳排放来自电力供给端。 2022 年国内发电构造中，以煤炭、油气为主的火占比 8%。整体来看，
9、上游电力供给端中化石能源占比超 70%，这是外购电力碳排放的主要来源。 电力系统深度脱碳直接降低钢铁行业外购电力碳排量。 将来随着风电、光伏等能源装机容量的进一步提升， 2030 年国内实现一次能源中非化石占比 25%，电力系统对化石能源消耗将进一步降低，电力系统的深度脱碳将直接带动钢铁行业外购电力碳排放量。3. 推动碳达峰、碳中和，钢铁行业减碳路径分析2022 年年末工信部公布关于推动钢铁工业高质量进展的指导意见征求意见稿，明确提出到末力争全行业实现碳达峰，能源消耗总量和强度均降低 5%以上。钢铁行业面临提前达峰的要求。2022 年以来，中国宝武、河钢、鞍钢、包钢等特大型钢企间续公布碳达峰、
10、碳中和目标，其中碳达峰时间点根本把握在 2025 年之前，到 2030年左右实现减碳 30%，2050 年实现碳中和。3.1.粗钢产量进入平台区，将更好地促进展业从总量上实现碳达峰期间粗钢产量进入平台区。 2022 年以来粗钢表观消费量稳步增长，2022 年粗钢表观消费量 102230 万吨，同比 9.55% ；在强劲内需的拉动下，国内粗钢产量持续创高， 2022 年粗钢产量 107500 万吨，同比7%。测算 2022 年 GDP 耗钢系数到达 1150 吨/亿元。中国经济进入内循环为主的进展格局，国内钢铁内需增长放缓，同时叠加政策驱动钢材出口回流，政策压实国内粗钢产能规模。整体来看，国内粗
11、钢产量将进一步平台区。 钢铁内需增长放缓。 国民经济体系投资链条上的建筑、机械设备制造等产业对金属产品消耗系数明显高于消费链条相关的产业。 2022-2022年，国内投资增速低于 GDP 和消费增速， GDP 实际耗钢系数进入平台区。2022 年投资反弹，带动耗钢系数上升。中国经济进入内循环为主的进展格局，消费驱动力加码，耗钢系数将再次回调，中国钢铁表观消费需求增长将放缓。 政策驱动钢材出口回流。 自 2022 年 5 月 1 日起，国内取消大局部钢铁产品出口退税。共涉及 146 个商品代码产品，除局部高附加值产品维持 13% 的出口退税率，大局部常规性产品出口税率下调到 0%。受此政策的影响
12、，大局部产品的出口优势将大幅降低，进一步驱动钢材出口回流。 政策压实了国内粗钢产能规模。 2022 年 5 月国家发改委和工信部先后公布关于钢铁冶炼工程备案治理的意见、钢铁行业产能置换实施办法，明确了严格实施减量置换、冶炼工程标准化备案的要求，从政策上进一步压实了国内粗钢产能规模，使得将来粗钢产量缺乏大幅增长的基础。粗钢产量进入平台区，将更好推动行业从碳排放总量上实现达峰。2022 -2022 年，钢铁行业碳排放总量同比整体低于行业粗钢产量增速，整体反映了吨钢碳排放强度有下降趋势。粗钢产量进入平台区、增长趋弱，同时伴随局部成熟度高、有用性强的低碳冶金技术运用，将更好地推动行业从碳排放总量上实现
13、达峰。3.2. 成熟度高、有用性技术的进一步推广有助于从吨钢碳排放强度上实现 减碳 30% 目标在碳达峰的根底上，我们认为电炉炼钢、增加球团比、 DRI 等成熟度高、有用性技术的进一步推广，带动钢铁制造流程工艺的优化，同时各工序能效提升，削减化石燃料消耗，降低吨钢碳排放强度，能够较好低实现减碳 30% 的目标。1 相比传统长流程，纯废钢的电炉短流程和 DRI电炉流程均有大幅降碳空间 相比高炉-转炉的长流程，电炉为主的工艺流程在能耗、碳排放上具有较大优势。随着国内经济进入内循环周期，废钢资源加速释放为发 展电炉钢供给了本钱支撑。假设 2030 年前后国内粗钢产量相比 2025 年小幅下滑，维系在
14、 10 亿吨左右。除去转炉消纳局部废钢外，电炉钢也将会有较大提升。低碳排放强度的工艺占比提升，将有效降低钢铁行业整体碳排放量；同时伴随着电力能源的清洁化，通过供给端导入能源，能够进一步降低碳排放。 目前国内电炉钢厂产量占比偏低。 2022 年国内电炉钢产量占比 10.4% ，长流程转炉钢占比 89.6% 。欧盟 28 国电炉钢占比 41.3% ，美国占比 69.7% ，日本占比 24.5% ，世界平均水平 27.9% 。整体来看，国内电炉钢厂产量占比偏低。 电炉短流程工艺能耗强度低。 依据世界钢铁协会的争辩，电炉短流程总能耗为 2104Kwh/ 吨钢，高炉长流程总能耗为 5122Kwh/ 吨钢
15、；电炉短流程电流程工艺在能耗强度低。耗为 1561Kwh/ 吨钢，高炉长流程电耗为 972Kwh/ 吨钢；整体来看电炉短 气基 DRI- 电炉工艺和纯废钢短流程工艺，碳排放强度均大幅低于长流程工艺。从世界钢协公布的争辩数据来看，长流工艺吨钢碳排放 2.2 吨，气基 DRI- 电炉流程的碳排放为 1.4 吨，纯废钢电炉短流程工艺碳排放在 0.3吨左右。从安米集团公布的数据来看，该公司电炉流程的吨钢排放为0.6 吨 CO2/吨钢，只有同期高炉长流程的 26%；尽管该公司有局部电炉与 DRI 工艺连接，但碳排放仍大幅低于长流程工艺。整体来看，无论气基DRI- 电炉流程，还是纯废钢短流程电炉工艺，碳排
16、放强度均大幅低于长流程工艺， 电炉工艺降碳幅度在 36%-84% 之间。 国内经济进入内循环周期，废钢资源持续释放为进展短流程电炉钢供给了本钱支撑。 依据废钢协会测算， 2022 年国内废钢产量 2.6 亿吨。近二十年中国经济快速进展在城市建设和耐用品消费上积蓄了大量钢铁资源，在进入内循环为主的周期下，汽车、家电等耐用消费加块更换代，废钢资源加速释放。依据测算 2030 年我国钢铁积蓄量将到达 135 亿吨，承受钢铁积蓄量折算法，测算 2030 年社会废钢产生量将到达 3.5 亿吨，废钢资源持续释放为进展短流程电炉钢供给了本钱支撑。2 相比传统烧结，球团制造工序碳排放低、同时能间接带动高炉降碳
17、 相比目前的国内主流矿物加工工艺 -烧结，球团在制造环节上具有工序能耗低、污染物排放少、节能减排效果好等优势，同时在高炉冶炼上增加球团比能够实现渣比低、煤气利用率高、燃料比低、综合经济效益好等优点，推动高炉冶炼绿色指标改善。球团工艺各项污染物都处于较低水平， 明显优于烧结工艺，当造块工艺开头考虑整个钢铁生产链时，清楚的说明承受球团矿代替烧结矿作为高炉主要原料能带来巨大的碳减排效应。属导报统计， 2022 年国内球团矿总产能约 2.6 亿吨，依据 2022 年铁水 我国球团比整体大幅低于欧美国家水平，存在较大提升空间。 依据世界金8.875 亿吨，测算球团占入炉炉料的比重为 18%。从欧美国家安
18、米、塔塔、SSAB 等钢厂的入炉球团比数据来看，我国球团比整体大幅低于欧美国家水平，存在较大提升空间。 相比烧结，球团自身工序能耗低，温室气体和污染物排放少，节能减排效果好。从 2022 年重点钢企的工序能耗构造来看，烧结： 48.08 千克标煤/ 吨，球团： 24.35 千克标煤/吨。依据北京京诚杨晓东等在球团替代烧结铁前节能低碳污染减排的重要途径报告中的争辩，球团工序 CO2排放 75kg/ 吨，烧结工序 CO2 排放 142kg/ 吨，球团工序能耗和碳排放为烧结矿的 50% 左右。同时球团在粉尘、 NOX、SO2 环境污染物排放上也具有较大优势。整体来看，球团替代烧结减碳约 67kg/
19、吨，给长流程带来的降碳幅度到达 3.2% 。 提升球团比，优化钢铁制造的原料构造，能够进一步降低高炉能耗，削减碳排放。从高炉冶炼实践来看，入炉矿物综合品尝每增加 1 个 PCT，焦比降低 1-2 个 PCT。从重点钢企的高炉入炉品尝和焦比数据来看，两者呈现负相关；球团矿含铁品位 65% 左右，比烧结矿高约 8%，在高炉炉料中增加球团比重有利于提高炼铁综合入炉品位，改善高炉冶炼的各项技术经济指标；从欧美国家高炉工艺指标来看，提升球团比后，产量提高效益明显，同时球团矿含 FeO 低，复原性好，对铁矿石在高炉内的间接复原格外有利，球团品尝高，能够削减高炉冶炼扎比，降低能源消耗，最终实现减少碳排。3
20、相比传统高炉，直接复原铁不消耗焦炭、能耗低，是开展氢冶金的工艺载体直接复原炼铁法是以气体燃料、液体燃料或非焦煤为能源，在铁矿 石、氧化球团或含碳球团呈固态即软化温度以下进展复原而获得金属铁的方法。这种方法得到的金属产品，由于复原过程温度较低，脉石难以除去，含碳量低，称为直接复原铁 ( DRI) 。相比高炉工艺，直接复原铁不需要焦炭。目前全球复原铁工艺模式包括气基 MIDREX 、气基 HYL、煤基复原、以及其他气基模式。 2022 年气基模式产量占比达 75.2% 其中MIDREX 法占比 60.9% ，HYL 法占比 13.2% ，其他气基占比 2.1% ，煤基产量占比 23.8% 。 我国
21、直接复原铁产量占比低。 2022 年全球直接复原铁产量 10600 万吨，占粗钢料耗比重 5.32% 。从世界钢协公布的数据来看，中国产量低未上榜， 估量直接复原铁产量 10 万吨左右。 气基直接复原铁相比高炉冶炼模式，能耗较低。 从高炉、MIDREX 、HYL、煤基等工艺的能耗比照来看，气基法整体能耗低于高炉。气基复原铁能耗在 375-425kg 标煤/吨，高炉冶炼能耗在 480-590kg 标煤/吨。 气基直接复原铁本身碳排放低于高炉，将来开展氢冶金的功能，具备大幅 减碳的力量。 目前实行全自然气模式的气基直接复原铁 CO2 排放强度只有500kg/ 吨，当富氢比重到达 70% 时，CO2
22、 排放强度将下降到 150kg/ 吨，全氢冶炼模式下， CO2 排放强度接近 0。目前气基模式下，直接复原铁竖炉碳排放低于高炉，将来一旦实行全氢冶炼，将大幅削减碳排放。 国内自然气本钱较高，导致国内直接铁生产并无本钱优势。 从 2022 年美国 nucor 公布的直接复原铁的生产成原来看，其相比美国高炉生铁廉价20%。但考虑到美国自然气价格只有国内的 30%以沿江地区价格对比，测算国内直接复原铁本钱要比高炉生铁高 6-8% 。依据我国直接复原技术进展与展望报告统计：我国现有直接复原铁生产力量约 60 万 t，生产直接复原铁的企业的产量都不大，多数企业的生产力量在 5 万 t 左右。由于我国自然
23、气匮乏，传统的以自然气为燃料生产直接复原铁在我国的进展受到了较大的制约，导致我国直接复原铁生产企业规模小、产地分散、生产组织不稳定，技术更缓慢，产能与世界相比有很大差距。随着碳达峰、碳中和的推动，钢铁行业面临碳排放配额限制，具备低碳优势的直接复原铁工艺将在高碳价下，其本钱劣势或将逐步缩小、甚至逆转与高炉生铁。同时直接复原铁是氢冶金的重要工艺步骤，将来其进展面临大机遇空间。4 通过提升工序能效水平，降低化石能源消耗，带动碳排放削减目前国内重点钢企炼铁工序平均能耗为 385kg 标煤/吨，最低能耗352kg 标煤/吨，最高 434kg 标煤/吨，最低企业能耗水平比平均水平低8.6% 。目前国内重点
24、钢企焦化工序平均能耗为 103kg 标煤/吨，焦化最低能耗 78.4kg 标煤/吨，最高 161.3kg 标煤/吨，最低企业能耗水平比平均水平低 24%。整体来看，国内钢企在炼铁、焦化等工序的能耗水平存在较大的差异，优秀钢企能耗水平大幅高于平均水平，这也意味国内钢铁行业将来在工序能效上存在较大的提升空间，进一步降低化石能源消耗，最终带动碳排放削减。如炼铁、炼焦工序能耗平均水平都下降到最低能耗，能节约 58kg 标煤/吨，如依据节约焦炭量测算，可以削减碳排放 170kg/ 吨，为长流程减碳 8%。工序能效提升案例：提高高炉富氧率实现焦炭消耗降低，削减高炉碳排放。 首钢京唐公司通过技术研发将高炉富
25、氧率由 3%提高至 5.5% ，此举将碳排放由 0.634 吨 CO2/吨铁降低至 0.516 吨 CO2/吨铁，高炉煤气中氮气含量由 55% 降低至50%，热值由 3000kJ/m 3 提高至 3500kJ/m 3。同时，因高炉煤气氮气含量生，利于环保。降低、热值上升，可使高炉煤气用户的效率提升，同时还降低了 NOx 的产 提升余热余能利用效率和自发电比例，降低能源直接消耗，实现低碳生 产。通过提高余热余能资源的深度利用，实现节能减排指标快速进步和企业能源本钱有效降低。例如，钢铁企业利用余气或余热提高自发电比例，进而降低能耗，实现低碳生产。冶金规划院统计目前钢铁行业自发电比例为 53%。依据
26、华菱钢铁 2022 年年报披露的数据：华菱湘钢、华菱涟钢目前自发电比例均超过 70%。两者之间的差值意味着大局部钢厂都有进一步提升自发电比例的空间。 以数字转型，提升能效，缓解减排压力。 充分运用 5G、大数据、工业互联网等一代信息技术赋能钢铁行业数字化转型，助力钢铁行业在能耗和排放、生产运营、产业链协同、产品质量治理等方面不断优化，实现原料供给、能源使用、产能释放等与市场需求的精准匹配，有利于削减能耗，缓解减排压力。5 进展清洁能源，优化钢铁外购电力构造，从源头降碳非化石能源占比提升，估量削减钢铁行业碳排放 1.5%-2% 。目前钢铁行业大约 6%的碳排放来自于外购电力，而国内电力构造上火电
27、占据电力供给的 71%。依据周孝信院士推测：随着 “双碳”行动推动， 2025 年风、光伏、生物质装机容量占比将到达 35%，占总发电量比重 19%；2030 年风、光伏、生物质装机容量占比将到达 44%，占总发电量比重 24%。2030年火电占总发电量比重将下降到 53%。随着非化石能源占比的进一步提升，外购电力带来的碳排放量将削减，依据目前 6%的比重，测算估量能削减碳排放 1.5%-2% 。3.3. 行业深度减碳、实现碳中和还需要氢冶金、 CCUS/CCS 等技术实现突破1） 以直接复原竖炉为载体开展氢冶金具备零碳可行性，但目前存在 较大的本钱约束氢作为绿色能源，其燃烧和复原产物为 H2
28、O，相比目前的高炉用焦炭冶炼工艺和自然气气基竖炉，具有大幅减碳、甚至能到达零碳效果。目前 海内外主流的氢冶金技术包括高炉富氢、竖炉富氢、竖炉全氢。除日本COURSE50 在高炉中富氢实现验证减碳 10% 的效果；其他工艺都停留在中试阶段。氢冶金大范围推广，主要受到上游氢气本钱和工艺约束的制约。氢冶金用氢气替代 C 直接复原和 CO 间接复原，但需要补充热量。 氢冶金原理以 H2 取代碳、CO 作为复原剂从 FeO 复原出 Fe，其中氢气间接复原属于吸热反响。其根本化学反响式：CO 复原反响: FeO+COFe+CO 2 +4,136kcal/kmol ， 碳直接复原反响： FeO+CFe+CO
29、 37,084kcal/kmol ， H2 复原反响: FeO+H 2Fe+H 2O 5,702kcal/kmol 。高炉冶炼大比例增加氢气使用量存在工艺约束。 传统高炉冶炼通过C、CO 在高温下复原置取铁，并伴有炉料物理形态由软化到熔融过程；在高炉风口喷吹氢气和自然气、焦炉煤气等含氢介质，高炉富氢复原炼铁在肯定程度上能够有效促进提高生铁产量，但由于该工艺是基于传统的高 炉，焦炭的骨架作用无法被完全替代，同时氢复原需要补充热量，因此在高炉中喷吹氢气量存在极限值。该工艺下的碳排放减量有限，依据日铁course50 试验，高炉富氢复原的碳减排幅度可达 10%，欲实现减碳 30%， 还需要与 CCS
30、/CCUS 协作使用；假设 CCS/CCUS 技术无法取得较大突破，高炉富氢对于钢铁行业大规模深度降碳可操作性不大。直接复原竖炉具备大规模使用氢气冶炼的可行性。 直接复原炼铁法是以气体燃料、液体燃料或非焦煤为能源，在铁矿石、氧化球团或含碳球团呈固态即软化温度以下进展复原而获得金属铁，相比高炉铁水，其杂质含量高；但由于不存在熔融状态，对透气性要求低，不需要焦炭充当骨架的功能，全氢冶炼不存在工艺约束。综合对氢气本钱评判，在气基直接复原竖炉增加氢气使用量，逐步代替一氧化碳作为复原剂，将铁矿石转化为直接复原铁 DRI，之后再将其投入电炉进展进一步冶炼。二氧化碳排放量将会得到有效把握。相较于富氢复原高炉
31、，承受气基直接复原竖炉工艺进展铁矿石冶炼的吨二氧化碳排放量大幅削减。依据瑞典 SSAB 的测算， 全氢冶炼流程下钢厂的碳排放强度相比目前削减 80%。这对于钢铁行业实现大规模深度减碳供给有效支撑。目前氢冶金存在本钱约束： 从瑞典 SSAB、日本钢铁工业协会、日本产经省公布的数据来看，受制氢本钱高的影响，氢冶金本钱整体高于目前传统工艺。 SSAB 在 2022 年初公布的争辩结果说明：依据 2022 年底的电力、焦炭价格和二氧化碳排放交易价格， HYBRIT 工程承受的氢冶金工艺本钱比传统高炉冶炼工艺高 20%30% 。 据中国钢铁闻网报道： 2022 年日本钢铁协会估算生产 1 吨生铁共计需要
32、753 标准立方米氢气，依据 75% 的热效率计算，产生 1 吨生铁需要的氢气量为 1000 标准立方米。目前日本生产每立方米氢气的本钱约为 1.64 美元，远高于其制定的 2030 年降本目标。依据日本经济产业省测算的数据，要实现氢能的大规模商业化应用，到 2030 年，日本的氢气生产本钱需降至 0.29 美元/立方米左右。 据日本经济产业省估算，目前氢气的流通价格为每标准立方米100 日元左右。日本政府的目标是通过大规模生产，到 2030 年将氢价降至每标准立方米 30 日元，但也有大型钢铁企业的高管认为，要想在钢铁行业实现氢基 DRI 的普及生产，氢气价格必需降至每标准立方米 10 日元
33、以下。现有条件下由于氢复原的强吸热效应导致全氢竖炉煤气量大幅增加、复原速率同样也会受到影响、全氢对设备与操作等要求高等问题，全氢冶金技术还不能得到真正意义上的大面积推广与实际应用。综合以上，碳达峰与碳中和的大背景下，短期内气基直接复原竖炉工艺将会是我国主流氢冶金技术探究的手段，该工艺的进一步成熟化也将是行业的实现碳中和的主要探究方向。2） CCUS/CCS 减排潜力大，但受制于经济、技术、环境等影响，目前大规模化进展的时机还不成熟碳捕集利用与封存 CCUS/CCS 是指将二氧化碳 CO2从工业排放源中分别后或直接加以利用或封存 CCUS 含 CO2 的资源化利用，以实现 CO2 减排的工业过程
34、。 CCS/CCUS 工艺路线上包括捕获、运输、封存 / 利用。捕获工艺上先提高 CO2 的浓度，改进燃烧和氧化工艺的氧燃烧法， 即用氧替代空气进展燃烧和氧化；然后承受化学吸取、物理吸附、膜分别 和深冷分别等方法对产生的 CO2 进展分别回收。运输模式包括管道、汽车、船舶运输；目前主要的储存方式有地质储存、海洋储存、矿物固化以及森林和陆地生态系统储存等。 CCUS 技术的应用主要有物理应用、化工应用和生物应用等；包括：石油三采的驱油剂 ,生产无机和有机精细化学品、高分子材料,微藻固碳转化为生物燃料和化学品，生物肥料、食品和饲料添加剂等。目前安米、日本制铁、 JFE 均开展 CCUS 工程投资建
35、设，其中日本制铁在君津制铁所投入了两套 CCUS 。目前国内钢厂对 CCUS/CCS 仍旧停留在争辩阶段，同时从国内进展趋势来看，仍旧存在三方面的挑战，还需要 在技术、本钱有大的突破，才能实现大规模推广应用。 技术和能耗挑战： 目前，我国 CCUS 全流程各类技术路线都分别开展了实验示范工程，但整体仍处于研发和试验阶段，而且工程及范围都太小。虽然建工程和规模都在增加，但还缺少全流程一体、更大规模的可复制的经济效益明显的集成示范工程。依据中国 CCUS 技术进展趋势分析争辩目前国内受现有的 CCUS 技术水平的制约，在部署时将使一次能耗增加10%20% 甚至更多，效率损失很大，这严峻阻碍着 CC
36、US 技术的推广和应用。 本钱相对过高： 依据 IPCC 争辩目前国外 CCS 不包括运输和封存本钱，国外捕集二氧化碳的本钱约为 11 至 57 美元/吨；依据中国华能集团董事长舒印彪在陆家嘴论坛上的报道：我国 CCS 技术示范工程中捕集、运输、存储本钱各占 1/3 ，仅捕集本钱就高达 400 元/吨 CO。在碳价较低的状况下，侧重于封存的 CCS 技术的推广，受到高本钱的束缚和限制。泄漏风险和环境挑战： CCUS 捕集的是高浓度和高压下的液态 CO2，假设在运输、注入和封存过程中发生泄漏，将对事故四周的生态环境造成影响，严峻时甚至危害到人身安全。特别是 CCUS 的地质简单性带来的环境影响和
37、环境风险的不确定性。整体来看， CCUS 减排潜力大，作为一种进展中的很有前途的技术，CO2 的工业利用也极具前景。但受制于经济、技术、环境等方面存在着一些短时间难以解决的问题，结合我国国情，大规模化进展 CCUS 工程的时机还不成熟。3） 电解铁矿石工艺目前仍旧停留在试验争辩阶段电解铁矿石工艺目前仍旧停留在试验争辩阶段。目前可研接提出有三 种电解方法：水溶液中铁离子的电解沉淀、高温熔盐或熔融氧化物电解。 水溶液电解方法包括酸溶液电解沉淀法，碱溶液电解沉淀法。两种方法都 在试验室制出了铁样，其中碱溶液方法制出了 1.6kg 铁。但是酸溶液能耗格外大，而碱溶液方法能耗格外低，且不难扩大规模。 高
38、温电解法中，争辩了熔盐电解法生产固态铁，熔融氧化物电解法生产液态铁。 碱溶液电解和高温电解路线将被进一步争辩。4） 海外钢企通过氢冶金和 CCUS 两种模式共同进展推动碳中和的探索日本制铁： 2022 年起手研发 COURESE50 ，综合运用富氢和 CCUS 技术减碳，目前在君津制铁所完成验证，能够减碳 30%。到 2050 年，将通过 SuperCOURSE50等高炉氢复原法的开发而从根本上减排 CO2 的超革技术，力争承受包括 CCUS 碳补偿等多种手段来实现碳中和浦项 POSCO ：以传统高炉富氢 +CCUS ，FINEX 全氢冶炼两条路线推动减碳，实现碳中和。氢冶金上探究推动光伏、核
39、电多种制氢工艺商业 化。瑞典钢铁： 2022 年 8 月 31 日，HYBRIT 中试工厂投运； 2025 年，建立一个 HYBRIT 示范工厂； 2026 年，Oxel sund 高炉改造完成； 2030 年2040 年，全部高炉改造完成； 2045 年完全实现无化石钢铁制造。奥钢联： 2022 年 11 月，H2FUTURE“ 绿色氢”中试工厂投运； 2022 年底，HYFOR 中试机组投运。安赛乐米塔尔： 2022 年，SIDERWIN 直接电解铁矿石中试线投产；氢基 DRI 示范工厂正处于设计和融资阶段，最初年产能为 10 万吨海绵铁； 2022 年，Carbalyst Steelan
40、ol 示范工厂投运，用高炉废气制造生物乙醇；2022 年，3DDMXTM 示范工厂投运，为碳捕获试点工程。塔塔钢铁： 2022 年，HIsarna 开头工业试验； 2027 年，Athos 工程实现碳减排 100 万吨，将排放气体加工成化工原料； 2030 年，Everest 工程碳捕集、存储工程实现碳减排 300 万吨； 2030 年，在荷兰建立年产100 万吨150 万吨的工业级示范线。蒂森克虏伯： 2022 年 11 月 11 日，德国杜伊斯堡 9 号高炉注入氢气试验；2022 年，氢气试验扩大到全部 28 个风口； 2025 年，第一座 DRI直接复原铁工厂投运，年产能 40 万吨；
41、2030 年，氢基 DRI 年产能增加至300 万吨。萨尔茨吉特钢铁公司 Salzgitter ：2022 年第四季度，高温电解槽HTE投运，风力发电厂投运； 2022 年底开头推出绿色钢铁产品； 2022年 3 月，氢基 DRI200 万吨示范线完成可行性论证。3.4. 结论：成熟度高、有用性强的低碳冶金技术将在将来十年迎来大规模推广在将来推动碳达峰、碳中和过程中，电炉炼钢、球团制造、 DRI、能效提升等成熟度高、有用性强的低碳冶金技术具备降碳潜力。粗钢产量进入平台区，同时伴随局部成熟度高、有用性强的低 碳冶金技术运用，将更好地促进展业从总量上实现碳达峰。在达峰的根底上，行业进一步推广电炉炼
42、钢、增加球团比、 DRI 等技术成熟度高的有用性技术，带动钢铁制造流程工艺的优化，同时各工序能效提升，削减化石燃料消耗，降低碳排放强度，能够较好低实现减碳 30% 的目标。最终实现深度减碳、实现碳中和还需要全氢冶金、 CCUS/CCS 等技术实现突破；目前以直接复原竖炉为载体开展氢冶金具备零碳可行性，但目前存在较大的本钱约束。CCUS/CCS 减排潜力大，但受制于经济、技术、环境等影响， 大规模化进展的时机还不成熟。从技术成熟度有用性和减碳幅度两个视角来看，电炉炼钢、球团制 造、气基 DRI、能效提升等技术将在将来十年迎来大规模推广；富氢冶金随着工艺进步逐步推广。4. 将来十年钢铁行业需要增加
43、万亿规模级别的低碳工艺技术投资围绕四大成熟度高有用性技术和高炉富氢工业，以及由此引发的工艺构造变化，钢企投资范围涵盖：1） 电炉为核心的系统需要增投资 3000 亿元规模依据 mysteel 统计 2022 年原本建电炉产能 1221 万吨，年底合计产能到达 18225 万吨；但受疫情影响，局部电炉钢企打算开工的工程暂停或者延期到 2022 年；2022 年实际增电炉产能约 500 万吨，截止 2022 年末国内电炉产能约 1.75 亿吨。电炉钢占比攀升驱动力主要为：DRI 多种原料混合电炉冶炼，其碳排放强度都均低于目前的高炉 -转炉流 减碳驱动： 整体来看，无论是全废钢电炉冶炼，还是 DRI
44、+ 电炉，废钢、程。 政策驱动： 依据钢铁行业高质量进展意见的征求意见稿，末国内电炉钢产量占粗钢总产量比例提升至 15% 以上，力争到达 20%；废钢比到达30%。 废钢资源释放、本钱驱动： 依据 2025 年电炉产能利用率 75%，转炉废钢比 15%，国内粗钢产量维持在 10 亿吨平台区，电炉钢占比要到达 15%，则需要 25000 万吨产能，社会废钢供给量完全能满足要求。 2030 年国内粗钢产量小幅下滑至 9.5 亿吨，社会废钢供给 35000 亿吨，电炉钢产能 3 亿吨，根本满足废钢 -粗钢平衡。随着废钢供给的逐步释放，废钢价格相比铁水本钱优势逐步形成，从 2022 年下半年以来，废钢
45、价格整体低于铁水本钱。 氢冶金-直接复原铁供给增加、工艺驱动 ：随着双碳行动推动，氢冶金 -DRI 工艺模式低碳优势逐步表达，电炉原料供给丰富，进一步驱动电炉产能增长。整体来看，从 2022 年-2030 年国内电炉产能估量增加 1.25 亿吨左右。参照目前国内局部钢企短流程电炉 -轧制投资本钱 100 万吨在 40 亿元左右，考虑到局部钢厂只需要投资电炉炼钢环节，投资本钱将大幅缩减至10 亿元左右。综合假设一半的钢厂需投资电炉 -轧制为核心的一代电炉短程集成技术，另一半的工程仅需投资电炉。我们认为将来十年短流程电炉以 及高效轧制投资带来的增投资约 3000 亿元。电炉为核心的系统需要增投资
46、3000 亿元规模。 一代电炉短流程集成技术：形成全废钢电炉 -精炼炉-连铸机-热轧机等四位一体、一一对应的高效、层流运行的流程构造，进展全废钢电炉流程相关理论，形成针对绿 色化与智能化全废钢电炉流程建设及运营的整体解决方案。2） 以球团替代烧结，同时对目前老工艺改造需要增投资 1800 亿元规模中国球团矿总产能约 2.6 亿吨，生产工艺主要有三种：链箅机 -回转窑、带式焙烧机和竖炉，产能占比分别为 55%、7%和 38%。2022 年以后，球团生产渐渐由竖炉工艺向链箅机 -回转窑工艺转变，如武钢鄂州、湛江龙腾有 500 万吨/年链箅机-回转窑生产线。近年，建球团生产线大多倾向于带式焙烧机工艺，如包钢年产