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核心内容：
我国钢铁行业碳减排的实现路径，将主要来自于对粗钢产量的直接压减和高炉炼铁环节的技术改造。无论是基于技术因素，还是成本因素，通过废钢和电炉工艺实现碳减排、碳中和，道阻且长。
政策背景
在2020年12月举行的中央经济工作会议上，将碳达峰、碳中和列为八项重点工作之一。随后各部委在不同场合开始发布细化和部署落实的方案。钢铁产业是典型的高能耗、高污染行业，势必成为节能减排的重中之重。每年全国总能耗中的13%～15%来自于钢铁工业，其中二氧化碳排放量约占全部排放量的12%。工信部作为钢铁行业的主管部门，将“压减粗钢产量”作为钢铁工业实现“碳达峰、碳中和”目标节点的主要抓手。
图表1：中央及各部委“碳达峰、碳中和”有关会议表述
工艺环节计算
由于国内实际生产中的电弧炉添加铁水比例较高，电弧炉碳排放量并不明显小于传统的高炉-转炉设备。未来碳排放的减量将主要来自于长流程粗钢产量的压减，以及长流程设备的更新换代带来的减量，下面作详细说明：
图表2：不同工艺的吨钢碳排放量
以钢铁产业链周期的碳排放计算，排放源包括燃料燃烧排放、工业生产过程排放、电力和热力调入调出产生的排放和固碳产品隐含的二氧化碳排放。以生产1 t普通碳素钢为单位，以供需分，可以分为原燃料铁矿石煤炭的开采、洗选、运输，焦化，烧结，高炉，炼钢，轧制等工序的碳排放。由于生产工艺的提高，不同工序间形成的中间产物和余热可以被二次利用，继而减少全周期的碳排放。
钢铁成产流程中，从消耗物料的角度看，焦油、炼焦原煤等原料碳排放量最大;从生产流程角度看，炼铁工序为碳排放量最高的工序。
图表3：炼铁炼钢生产环节物料碳排放量
图表4：钢铁生产全周期物料消耗情况
图表5：钢铁生产工序碳排放情况汇总
由各环节的物料消耗可知，只要在炼钢工序中兑入一定比例的铁水，则全环节的碳排放量必须考虑炼铁系统的巨大排放量。究其原理，主要是炼钢过程主要为物理提纯，而任何需要从矿石到铁水的工艺流程均需通过氧化还原反应进行。
同时，单纯从炼铁工序而言，不同钢厂的新式设备与老式设备间的碳排放量差异也比较明显，同样一吨生铁，碳排放差异可以达到五倍以上。新式设备与老式设备间的碳排放差异来源于节能技术和设备的差异。
图表6：老式设备炼铁工序碳排放
图表7：新式设备炼铁工序碳排放
产业结构的限制
国内电弧炉添加铁水后，碳排放较长流程钢厂的优势并不大。根据中钢协2020年年鉴数据，近年来电弧炉生产工艺中，虽然生铁添加比例逐步减小，但仍高于50%，远超过10-25%的理论比例水平。
图表8：中钢协会员企业电炉炼钢吨钢主要金属料消耗
同时，短流程电炉炼钢尚未形成成本优势，电炉炼钢开工率近四年来均在70%左右，电炉钢企业盈利情况不佳。而添加铁水的另一个作用，即是为了平抑废钢价格的较大波动。这进一步限制了我国短流程电炉炼钢的生产。
图表9：全国电炉开工率
从冶炼技术上看，电炉生产效率明显低于转炉。2019年电炉平均冶炼周期在58分钟左右，而转炉平均冶炼周期在33分钟左右，电炉生产效率明显较长。
图表10：钢厂平均每炉冶炼周期
回顾历史，世界其他产钢大国，如德国、日本电炉炼钢短流程提升比例缓慢。炼钢短流程所占比例从10%到30%用时均在20年以上。电炉炼钢存在明显的阻力上升区。
图表11：日本粗钢产量和电炉钢产量
图表12：德国粗钢产量和电炉钢产量
总结：我国钢铁行业碳减排的实现路径，将主要来自于对粗钢产量的直接压减和高炉炼铁环节的技术改造。无论是基于技术因素，还是成本因素，通过废钢和电炉工艺实现碳减排、碳中和，道阻且长。
(数据来源：世界钢铁协会、中国钢铁协会，冶金工业规划院，美尔雅期货整理)