2024-07-02 17:14 来源：世界金属导报
当前，向低碳生产转型已经成为全球主要钢铁生产企业的战略重点，将对其长期竞争力产生积极影响。不过，受制于技术开发、监管政策、成本和资金等方面的不确定性，钢铁行业脱碳战略的实施还存在一定风险。
一般来说，电弧炉生产商比高炉生产商更有优势，因为后者的工艺碳排放更高。另一个决定碳排放的重要因素是动力源，使用可再生电力、工艺副产煤气利用率高的工厂碳排放更少。
预计2030年后才会出现实质性技术转变，因此，近几年内对企业运营的影响可能有限。对钢铁生产商的中长期影响则取决于企业的财务状况、现有钢铁生产方式和所在地区的监管政策。
脱碳将给企业带来一定的财务压力
向碳中和钢铁生产工艺转型可能会给企业的财务状况带来挑战。对于采用高炉工艺的生产企业，基于现有资金结构，全面转型所需的巨额投资可能会在长期内产生债务危机。
规模较大、杠杆率低、财务灵活性较高的钢铁企业更有能力消化这些额外成本。目前美国钢铁企业因为主要采用了以废钢或直接还原铁（DRI）为原料的电弧炉生产工艺，因此处于更有利的地位。
随着碳成本上升或在全球范围内引入碳成本，加之能源成本居高不下，脱碳需求将会继续增加。因此，还需要向利用可再生能源和碳减排转变，从而巩固长期竞争力，并在长期成本曲线中占据更可持续的地位。
随着2026年欧盟碳边境调节机制（CBAM）的逐步引入，欧洲生产企业可能面临碳排放配额成本飙升和免费分配逐步取消所带来的压力。
预计至少在中期内，其他地区的钢铁企业受到的影响仍然较小，因为环境监管并不太严格，且碳成本较低。不过，从长期来看，如果实施碳定价，排放量较低的钢铁企业将从中受益。
碳定价加速脱碳
能源价格的飙升和碳成本居高不下无疑将支持脱碳方案的可行性，并加速向低碳生产转型。
根据英国商品研究所（CRU）的数据，与采用化石燃料的传统工艺相比，为了让低碳技术具有成本竞争力，目前碳价情况如下：碳捕集与封存（CCS）为152欧元/吨CO2，从长流程炼钢工艺向氢还原DRI-EAF工艺转型为213欧元/吨CO2（基于名义价格）。不过，在当前能源价格偏高的环境下，使用氢气生产DRI更为可行，其减排成本约为150欧元/吨CO2。
欧盟排放交易体系（ETS）价格前期跌至60欧元/吨CO2，这主要归因于该地区经济活动疲软、可再生能源和核能发电增加，以及提前出售一些补贴以资助“REPowerEU”能源计划。预计这种下降只是暂时的，因为欧盟即将在2026年推出CBAM，并减少市场上的补贴数量。
对短板不足采取有力措施
当前各种无碳炼钢方案在技术路径选择、潜在成本和所需投资等方面存在较大的不确定性。使用氢气和二氧化碳捕集与封存（CCS）技术方案也存在风险和不确定性，而且一些项目正处于中试阶段。所有生产绿色钢材的技术都需要基于可再生能源，这些能源应该是可获得和可负担得起的，虽然目前还不充足，但正在逐步增加。
预计钢铁企业迫切需要依靠政府参与，以直接资助和调整监管政策等形式来推进绿色转型。这是因为钢铁行业具有周期性和不稳定性，生产企业的现金流在经济周期中会出现大幅波动。目前美国和欧盟都相继出台了支持绿色转型的框架。在美国，根据《通胀削减法案》，政府将以绿色经济税收减免的形式向企业和家庭提供3690亿美元支持。欧盟正在通过“绿色协议工业计划”制定大规模的支持框架，但该计划的具体资助措施有限。不过，目前还有其他资助机制用于支持工业脱碳项目。
根据欧洲钢铁协会（Eurofer）的估算，欧盟在2030年前启动的60多个低碳项目将消除三分之一的直接和间接碳排放，而这需要310亿欧元的资本支出。
安赛乐米塔尔公司宣布，要实现其2030年全球减排25%的目标，将需要100亿美元的投资，其中35%的资本支出将部署到2025年，其余部分将在下个十年部署。该公司预计，政府将承担这些资本成本的一半，如法国17亿欧元的脱碳项目和加拿大18亿加元计划。在欧盟，低碳项目的部分资金将由欧盟创新基金提供，其资金来自欧盟ETS的收入。到2030年，欧盟创新基金计划投资100亿欧元。
在正常情况下，钢铁生产企业的利润率相对较低。如在欧洲地区，息税、折旧及摊销前利润率（EBITDA率）的中位数通常约为3%。
不过，部分用于碳转化的投资可被视为正常现代化升级资本支出的一部分，例如，废旧高炉被新高炉取代，或更有可能被DRI-EAF设施取代。有别于同行竞争对手，瑞典钢铁公司（SSAB）宣布能够利用内部现金流为其未来十年的脱碳计划提供资金。
据国际能源署（IEA）估计，绿色钢材的额外生产成本在10%-50%之间，成本的增加可能会严重削减生产企业的利润。不过，随着运营方面的改进，成本将继续降低。此外，向新设施的转型将降低维护成本。预计绿色钢材的价格也将高于传统碳钢，从而减轻部分成本压力。
钢铁行业是二氧化碳排放大户
钢铁行业约占全球二氧化碳排放量的7%。由于采用冶金煤还原铁矿石，而且很大一部分炼钢设施依赖燃煤发电，因此，整个生产过程是高度碳密集型的。
钢材完全可以回收再利用，但目前废钢数量不足以满足钢材生产需求，而且废钢中含有大量杂质，因此需要不断进行初级炼钢。
由于新的绿色基础设施需要大量钢材，尽管在生产过程中二氧化碳排放量较高，但预计钢材仍将是能源转型的关键材料之一。根据联合国负责任投资原则组织（UNPRI）提出的预测政策情景（FPS）假设，到2050年，全球钢铁产量将比2020年增长13%，而CRU预计同期将增长21%。
排放观点
按生产工艺划分的排放量
根据CRU基于范围1、2、3的数据，全球每生产1吨粗钢平均排放1.76吨CO2。电弧炉炼钢厂的平均排放量为每吨粗钢排放0.2-1.5吨CO2。除少数效率低的煤电设施外，电弧炉钢厂均位于CRU全球排放曲线的第一四分位数。高炉-转炉钢厂平均每吨粗钢的排放量达到1.8-2.8吨CO2。
电弧炉的碳排放量在很大程度上取决于电弧炉所用的电力来源和工艺中使用的还原剂。预计无化石的电弧炉将依靠可再生能源和绿色氢气，部分企业也在考虑将核能作为低碳能源。如奥托昆普公司正在考虑在其位于芬兰的一家工厂安装小型模块化反应堆。预计工业规模的绿色制氢要在2030年之后才能实现。
高炉-转炉工艺的粗钢产量约占全球粗钢产量的70%，其余30%主要通过电弧炉工艺生产。从长远来看，电弧炉炼钢的比例还会增大。对于未来的工艺分工有各种预测（见图1和图2），这将取决于技术的发展及其成本效率。
要实现碳中和的初级炼钢工艺，则需要对技术进行重大变革。目前有两条主要的脱碳途径：DRI-EAF以及碳捕集与封存（CCS）技术。
CRU预计，到2050年，电弧炉炼钢的比例将达到55%，而FPS情景则假设电弧炉炼钢的比例将达到68%。
根据FPS假设，37%的传统高炉-转炉生产设施将被DRI-EAF装置所取代，包括氢基设施，而CRU预测为25%。对高炉-转炉的技术发展有各种假设，包括使用碳捕获、利用与封存（CCUS）技术或使用DRI熔化生产铁水，然后将其送入转炉设施。
目前正在开发各种可供选择的高炉-转炉工艺减排的途径，包括熔融氧化物电解、铁精矿闪速熔炼和使用生物质。此外，一些欧洲生产商计划在向氢基DRI转型期间，在高炉-转炉中使用氢作为辅助还原剂。通过使用优质原料（铁矿球团）、煤粉喷吹或天然气喷吹、提高废钢装料量和能源效率，也可实现高达30%的二氧化碳减排。
不同钢铁产品的碳排放
长材是排放量最低的产品，因为大多数长材都是利用废钢和/或热压块铁（HBI）通过电弧炉生产，而扁平材通常是通过高炉-转炉工艺生产。
各地区的碳排放量
1）北美地区
北美地区的吨钢碳排放一直处于较低水平，因为废钢的供应和对天然气发电的高度依赖，该地区的生产历来以电弧炉为主，比例高达67%。钢铁企业计划进一步提高DRI-EAF流程的比例，并转用可再生能源，或是自有、或是通过协议购买。不过，此前美国钢铁公司和克里夫兰-克里夫斯公司从安赛乐米塔尔收购了几家高炉-转炉钢厂，其碳排放量处于较高水平。
2）欧洲地区
在欧洲地区（不包括土耳其），电弧炉和转炉流程的钢产量相对均衡。在严格的欧盟排放交易体系和企业投资计划的推动下，大多数欧洲资产都是全球效率较高的资产之一。
CRU预计，到2030年左右，欧洲生产商将从CRU排放曲线的第一至第二四分位（范围1、2、3）大部分迁移到第一四分位数，因其正在加速实施脱碳，逐步采用低排放的DRI-EAF钢厂取代高炉-转炉设施。如塔塔钢铁公司正在关闭其位于英国塔尔伯特港的两座高炉，作为亏损资产，到2027年将其替换为产能几乎相等的一座300万吨电弧炉。
3）土耳其
在土耳其，转炉钢仅占粗钢产量的三分之一，其代表是位于全球排放曲线第二至第四四分位的埃雷利（Erdemir）和卡德米尔（Kardemir）钢铁公司。其余以天然气和煤炭为动力的电弧炉位于排放曲线的第一四分位。CRU预计，到2030年，土耳其的总体碳排放量将有所下降。不过，与其他地区相比，土耳其的碳排放量曲线将略有上升。
4）中东地区
当前中东地区的钢铁生产商在排放方面处于领先地位，因其一直使用先进、节能的天然气电弧炉设备。此外，还大量使用HBI。作为碳排放量最低的途径之一，每吨粗钢的范围1-3平均排放量为1.4吨CO2。
5）亚洲地区
由于产能相对较新、高度依赖煤炭以及废钢供应的限制，亚洲地区向碳中和钢铁生产转型可能需要更长的时间。因此，CRU预计大多数资产在碳排放曲线上的平均位置变化不大。
中国以高炉-转炉工艺为主，转炉钢产量约占粗钢总产量的84%。印度的转炉设备约占总产量的一半，其平均炉龄不足20年。
预计中国钢铁生产企业的碳排放量将在2025年达到峰值，然后下降。中国政府承诺到2060年实现碳中和。印度政府承诺到2070年实现碳中和。印度是全球钢铁生产碳排放量最高的国家之一，平均每吨粗钢排放2.8吨CO2，而中国平均每吨粗钢排放1.76吨CO2（范围1、2、3）。
在印度，转炉工艺产能往往陈旧且效率低下，但仍是主要的炼钢路径，而电弧炉炼钢则主要由小型生产企业采用，预计在未来5-10年内仍将如此。印度高炉产能落后且效率低下，而电弧炉通常以燃煤发电为动力，因此，无论采用哪种工艺路线，印度的碳排放量都是全球最高的。不过，预计该国电弧炉炼钢产能所占的比例会缓慢增大。
东南亚的钢铁生产一直以电弧炉为主，约占65%，但由于高炉-转炉项目正在筹备中，其电弧炉炼钢比例将在未来五年内降至55%。
