核心內容：
我國鋼鐵行業碳減排的實現路徑，將主要來自于對粗鋼產量的直接壓減和高爐煉鐵環節的技術改造。無論是基于技術因素，還是成本因素，通過廢鋼和電爐工藝實現碳減排、碳中和，道阻且長。
政策背景
在2020年12月舉行的中央經濟工作會議上，將碳達峰、碳中和列為八項重點工作之一。隨后各部委在不同場合開始發布細化和部署落實的方案。鋼鐵產業是典型的高能耗、高污染行業，勢必成為節能減排的重中之重。每年全國總能耗中的13%～15%來自于鋼鐵工業，其中二氧化碳排放量約占全部排放量的12%。工信部作為鋼鐵行業的主管部門，將“壓減粗鋼產量”作為鋼鐵工業實現“碳達峰、碳中和”目標節點的主要抓手。
圖表1：中央及各部委“碳達峰、碳中和”有關會議表述
不銹鋼花紋板
工藝環節計算
由于國內實際生產中的電弧爐添加鐵水比例較高，電弧爐碳排放量并不明顯小于傳統的高爐-轉爐設備。未來碳排放的減量將主要來自于長流程粗鋼產量的壓減，以及長流程設備的更新換代帶來的減量，下面作詳細說明：
圖表2：不同工藝的噸鋼碳排放量
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以鋼鐵產業鏈周期的碳排放計算，排放源包括燃料燃燒排放、工業生產過程排放、電力和熱力調入調出產生的排放和固碳產品隱含的二氧化碳排放。以生產1 t普通碳素鋼為單位，以供需分，可以分為原燃料鐵礦石煤炭的開采、洗選、運輸，焦化，燒結，高爐，煉鋼，軋制等工序的碳排放。由于生產工藝的提高，不同工序間形成的中間產物和余熱可以被二次利用，繼而減少全周期的碳排放。
鋼鐵成產流程中，從消耗物料的角度看，焦油、煉焦原煤等原料碳排放量大；從生產流程角度看，煉鐵工序為碳排放量高的工序。
圖表3：煉鐵煉鋼生產環節物料碳排放量
圖表4：鋼鐵生產全周期物料消耗情況
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圖表5：鋼鐵生產工序碳排放情況匯總
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由各環節的物料消耗可知，只要在煉鋼工序中兌入一定比例的鐵水，則全環節的碳排放量必須考慮煉鐵系統的巨大排放量。究其原理，主要是煉鋼過程主要為物理提純，而任何需要從礦石到鐵水的工藝流程均需通過氧化還原反應進行。
同時，單純從煉鐵工序而言，不同鋼廠的新式設備與老式設備間的碳排放量差異也比較明顯，同樣一噸生鐵，碳排放差異可以達到五倍以上。新式設備與老式設備間的碳排放差異來源于節能技術和設備的差異。
圖表6：老式設備煉鐵工序碳排放
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圖表7：新式設備煉鐵工序碳排放
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產業結構的限制
國內電弧爐添加鐵水后，碳排放較長流程鋼廠的優勢并不大。根據中鋼協2020年年鑒數據，近年來電弧爐生產工藝中，雖然生鐵添加比例逐步減小，但仍高于50%，遠超過10-25%的理論比例水平。
圖表8：中鋼協會員企業電爐煉鋼噸鋼主要金屬料消耗
同時，短流程電爐煉鋼尚未形成成本優勢，電爐煉鋼開工率近四年來均在70%左右，電爐鋼企業盈利情況不佳。而添加鐵水的另一個作用，即是為了平抑廢鋼價格的較大波動。這進一步限制了我國短流程電爐煉鋼的生產。
圖表9：全國電爐開工率
從冶煉技術上看，電爐生產效率明顯低于轉爐。2019年電爐平均冶煉周期在58分鐘左右，而轉爐平均冶煉周期在33分鐘左右，電爐生產效率明顯較長
圖表10：鋼廠平均每爐冶煉周期
回顧歷史，世界其他產鋼大國，如德國、日本電爐煉鋼短流程提升比例緩慢。煉鋼短流程所占比例從10%到30%用時均在20年以上。電爐煉鋼存在明顯的阻力上升區。
圖表11：日本粗鋼產量和電爐鋼產量
不銹鋼花紋板
圖表12：德國粗鋼產量和電爐鋼產量
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總結：我國鋼鐵行業碳減排的實現路徑，將主要來自于對粗鋼產量的直接壓減和高爐煉鐵環節的技術改造。無論是基于技術因素，還是成本因素，通過廢鋼和電爐工藝實現碳減排、碳中和，道阻且長。
（數據來源：世界鋼鐵協會、中國鋼鐵協會，冶金工業規劃院，美爾雅期貨整理）