钢铁减碳背景
随着全球气候问题加剧和环保意识增强，“低碳经济”已成为全球经济形势的重要议题。作为全球最大的碳排放国之一，中国碳核算数据库（CEADs）有效数据显示，2022年，中国碳排放量累计110亿吨，约占全球碳排放量的28.87％。其中，工业排放量42亿吨，占全国排放量的38.18％，仅次于电力行业排放51亿吨，占比46.37％。
根据2019年数据统计，黑色金属冶炼与压延加工业的碳排放量占整个工业排放量的40％左右，占中国总碳排放量的18.92％（2019年后CDEAs的黑色金属冶炼与压延加工业碳排放量停更），后续占比或有所下降。然而，我国钢铁行业碳排放量占全国碳排放总量的15％左右，是制造业31个门类中碳排放量最大的行业。
作为人口大国和制造业大国，2020年9月，在七十五届联合国大会上，我国提出“双碳”战略——2030年前实现碳达峰，2060年前实现碳中和目标。2021年10月，国务院制定《2030年前碳达峰行动方案》（下称《行动方案》），明确提出要推动工业领域绿色低碳发展，推动钢铁行业碳达峰，并强调要深化钢铁行业供给侧结构性改革，以京津冀及周边地区为重点，继续压减钢铁产能，大力推进非高炉炼铁技术示范，提升废钢资源回收利用水平，推行全废钢电炉工艺。2022年1月，工信部发布《关于促进钢铁工业高质量发展的指导意见》（下称《指导意见》），主要目标中提到，力争到2025年电炉钢产量占粗钢总产量比例提升至15％以上，钢铁工业利用废钢资源量达3亿吨，80％以上的钢铁产能完成超低排放改造，吨钢综合能耗降低2％以上。
钢铁减碳方式
第一，深化结构改革，高炉转电炉。截至2021年，我国粗钢产量103.3亿吨，占全球产量的54％。其中，电炉粗钢产量10.9亿吨，仅占全球电炉粗钢产量的19.4％，而中国电炉炼钢比率仅为10.58％，远低于北美、欧洲地区国家平均水平，甚至低于非洲水平。另外，从国内粗钢生产结构的变化趋势上可以看出，2020年年初，由于高炉炼钢产量持续增加，电炉炼钢占比持续下降，2013年至2016年维持低位，自2016年供给侧结构性改革开始之后，电炉炼钢占比逐步回升，之后便维持在10％附近。值得注意的是，2021年电炉粗钢产量有所增加，而高炉炼钢量有所减少，在一定程度上反映目前钢铁产业结构改革已初见成效。
2023年年初，世界钢铁协会发布可持续发展指标报告（2022年版），采用8项指标衡量全球钢铁行业于2021财年在环境方面的绩效表现。2021财年，钢铁行业二氧化碳排放强度为1.91吨二氧化碳/吨钢。此外，该报告还对不同生产工艺的环境绩效进行了对比。其中，基于废钢的电弧炉冶炼法（Scrap-EAF）环境绩效为0.67吨二氧化碳/吨钢，高炉—转炉法（BF-BOF）的环境绩效为2.32吨二氧化碳/吨钢，直接还原铁—电弧炉法（DRI-EAF）的环境绩效为1.65吨二氧化碳/吨钢。
可以看到，高炉—转炉法炼钢的二氧化碳排放量远高于废钢的电弧炉冶炼法，若按照国际平均标准来测算，忽略我国的直接还原铁产量占比，由于我国长流程高炉炼钢占比较大，吨钢碳排放量接近2.1454吨（0.67×0.1058+2.32×0.8942）远大于1.91吨国际平均水平。因此，深化钢铁行业结构，加大短流程生产占比，是有效减少碳排放量的重要手段之一。《指导意见》指出，钢铁工业高质量发展主要任务之一是有序发展电炉炼钢，鼓励有条件的高炉—转炉长流程企业就地改造转型发展电炉短流程炼钢，力争到2025年，电炉钢产量要占粗钢总产量的15％以上，同时钢铁工业废钢资源利用量达到3亿吨。4年内完成10.58％—15％的比例转变以及3亿吨的废钢资源利用量，预示着国内将迎来冶炼设备更新换代的热潮，废钢—电炉代替高炉—转炉将是大势所趋。据统计，废钢资源的炼钢使用率已经降至72.92％，主要原因在于整体资源供应量上升以及电炉冶炼减少。
目前，电炉炼钢成本与利润情况仍是制约国内短流程快速发展的重要因素，短流程利润长期低于长流程利润。2021年末至2022年下半年，电炉炼钢长期处于负利润，但自2022年11月以来，长短流程利润差距大幅收窄。不过，从整体趋势来看，在折旧废钢供应量不断上升、进口铁矿石价格居高不下的情况下，从短流程电炉炼钢上寻求突破或能在缓解钢厂亏损的同时，大量减少二氧化碳排放量。
第二，产量压减和粗钢限产。工业碳排放量与粗钢产量具有较强的相关关系。因此，除加强钢铁产业结构深度调整外，粗钢限产在一定程度上仍是目前最直接有效的调控措施之一。
2014年，我国粗钢产量达到阶段峰值8.23亿吨，相较于2000年增加5.47倍。2015年，受宏观经济影响，钢铁产能过剩，竞相压价，致使价格下跌，粗钢产量下滑至8.04亿吨，但仍占全球总量的49.61％。与此同时，截至2015年，我国铁矿石表观消费量达10.77亿吨，占比54.97％，是目前全球铁矿石消费第一大国。
2016年2月1日，国务院印发《关于钢铁行业化解过剩产能实现脱困发展的意见》，提出5年时间压减过剩产能1亿—1.5亿吨。政府去产能政策紧密出台，各地区严格压减产能。2016年，钢铁行业去产能6500万吨，钢铁企业由亏转盈，行业走出低迷。2017年，行业提前完成去产能计划，压减产能5500万吨。随着供给侧结构性改革有效剔除钢铁落后产能，提升生产效率与钢材质量，供需矛盾得到明显改善，企业数量减少、利润率显著提升，粗钢产量也随之从2017年突破至8.32亿吨，之后一路增长至2020年的峰值10.53亿吨。
2021年、2022年，在“双碳”政策的推动作用下，粗钢产量开始回落。截至2022年，粗钢累计产量仍高达10.13亿吨，按国际平均标准测算的碳排放量2.15吨/吨粗钢来进一步估算，我国2022年钢铁行业碳排放量高达21.78亿吨。粗钢产量或仍有待进一步压减。
2020年，自“十四五”规划提出碳达峰、碳中和以来，工信部于2019年年底重点提到，围绕碳达峰、碳中和目标节点，实施工业低碳行动和绿色制造工程，钢铁行业作为能源消耗高密集型行业，要坚决压缩粗钢产量，确保粗钢产量同比下降。
自2021年7月开始，粗钢单月产量同比大幅转降，单月同比降幅自8.4％一路扩大至23.3％，一直持续到2022年9月，基数效应使得同比回升，但从累计角度来看，粗钢累计产量自2021年10月以来开始表现为持续性同比下降。究其原因，除从2021年上半年以来粗钢限产的政策端发力以外，更多可能来自于房地产经济活动不佳使得终端钢材消费大幅走低。虽然2023年年初房地产经济活动数据有所回暖，但同比仍有所下降。基于国内人口数量、融资环境变化等一系列长期宏观背景，占钢材需求40％以上的房地产终端需求或已见顶，粗钢产量逐步下降的趋势长期持续，这将有利于“双碳”目标的实现。
第三，节能减排和技术升级。中国钢铁协会发布的数据显示，截至2022年8月25日，全国已有1.72亿吨钢铁产能完成全过程超低排放改造并通过钢协的评估检测公示，完成主体改造工程的钢铁产能将近4亿吨，全国钢铁企业超低排放改造累计投资已超过1500亿元。按照10亿吨钢铁、85％平均产能利用率来测算，国内产能约有11.5亿吨，若按《指导意见》2025年完成80％以上钢铁产能超低排放改造，2025年前行业还要完成接近5亿吨钢铁产能改造工程，新增投资不少于1500亿元。
截至2020年年底，我国钢铁行业高炉工序能效优于标杆水平的产能约占4％，能效低于基准水平的产能约占30％；转炉工序能效优于标杆水平的产能约占6％，能效低于基准水平的产能约占30％。《钢铁行业节能降碳改造升级实施指南》中提到，到2025年，钢铁行业炼铁、炼钢工序能效标杆水平以上产能比例达到30％，能效基准水平以下产能基本清零。在工作方向上，主要包括先进技术攻关与成熟工艺推广两个方面，在先进技术攻关上将重点围绕副产焦炉煤气或天然气直接还原炼铁、高炉大富氧或富氢冶炼、熔融还原、氢冶炼等低碳前沿技术，加大废钢资源回收利用。在成熟工艺上主要可以概括为四个方面，一是先进的绿色生产工艺，包括长流程上的细节优化技术，绿色化、智能化、高效化电炉短流程炼钢技术，先进工艺装备的升级；二是余热余能梯级综合利用，通过梯级综合利用实现余热余能资源的最大限度回收利用；三是能量、能效管理系统的数字化、智能化，推进5G、大数据、人工智能、云计算、互联网等新一代信息技术在能源管理的创新应用；四是通用公辅设施与循环低碳经济的改造，加强节能用电的同时提升其它各类资源的利用水平。
按照《指导意见》的要求，2025年吨钢综合能耗目标仅为降低2％，在一定程度上可以反映节能减排在减少碳排放上的效果相对有效，更多仍是通过技术来推动结构上的转化以及量上的缩减。
综合上文减碳路径，黑色金属冶炼与压延加工业的碳排放量占整个工业排放的40％左右，且根据历史数据来看，钢铁行业粗钢产量的同比变化与工业碳排放量同比变化具有较大的相关关系。同时，粗钢产量已在2020年见顶，在2021年10月粗钢累计同比开始出现下降时，工业碳排放量跟随开始出现同比下降。目前来看，钢铁行业碳排放量或已达峰值，开始转向持续减少。一方面，在深化钢铁产业结构改革方面，若2025年实现从10％到15％的短流程占比上升空间，将有近5000万吨的粗钢由长流程转为短流程，这个过程按国际平均标准来算将减少近［（2.32-0.67）×5000/10000］=0.825（亿吨）二氧化碳的排放。另一方面，随着节能减排、技术升级不断推进，从长流程到短流程再到未来的全氢还原铁，技术设备将不断升级，推动产能转化，减少碳排放量。
