钢铁行业净零排放追踪器

对于初级炼钢而言，清洁的氢基直接还原铁电弧炉炼钢已成为主要的脱碳途径，而二次炼钢则需要转向清洁能源。

Image: 世界经济论坛

Image: 世界经济论坛

Image: 世界经济论坛

表现

钢铁生产过程能源密集，二氧化碳排放量高​​，占其总排放量的95%之多。目前钢铁行业的燃料结构严重依赖化石燃料，其中煤炭占比最高，约占75%。过去十年间，钢铁行业对煤炭的依赖程度一直稳定在70%至75%之间，这极大地增加了钢铁行业的绝对排放量。

过去十年，由于新兴市场需求增长带动钢铁产量增加，钢铁二氧化碳排放量每年增长2.5%。目前，78%的钢铁采用原生工艺生产，其余部分则来自二次生产。然而，这种分布在全球范围内存在差异。中国90%的钢铁主要采用原生工艺（主要是高炉-转炉炼钢），而北美70%的钢铁生产则依赖二次工艺。其他主要钢铁生产地区，如印度和欧盟，原生和二次炼钢的比例则更为均衡。

过去五年，由于能源效率的提高和再生钢产量的增加，钢铁生产的能源强度一直保持相对稳定，平均在每吨钢19-20吉焦耳（GJ/t）之间²¹⁸。原生钢生产尤其耗能，因为熔化铁需要高温。两种原生钢生产方法，即高炉-转炉炼钢法（BF-BOF）和直接还原铁-电弧炉炼钢法（DRI-EAF），都需要高达每吨25吉焦耳的能源。相比之下，再生钢生产方法（电弧炉炼钢法）由于熔化废钢所需的能量要少得多，因此能源强度降低了2.5倍，降至每吨10吉焦耳。

图 35： 一次钢和二次钢的排放强度轨迹

Image: 国际能源署

前进之路

该行业的目标是到2030年将原生钢的碳排放强度降低45%，再生钢的碳排放强度降低65%。²¹⁹ 要实现2050年净零排放目标，燃料结构必须将钢铁排放与市场需求增长脱钩。这意味着要将目前占燃料结构86%的非减排化石燃料份额降低至30%，²²⁰ 这将需要大幅增加碳捕获、利用与封存（CCUS）技术的部署。对于原生钢生产，需要加快投资，同时推进清洁氢燃料的商业化，并实施CCUS相关技术。对于再生钢生产，加快采用电弧炉（EAF）工艺等清洁能源至关重要。

图 36： 2021年燃料混合物

Image: 世界经济论坛

图 37： 预计2050年产量份额

Image: 国际能源署，《钢铁技术路线图》，2020 年，https://iea.blob.core.windows.net/assets/eb0c8ec1-3665-4959-97d0-187ceca189a8/Iron_and_Steel_Technology_Roadmap.pdf；“钢铁：通往净零排放的路径”，MPP，无日期，https://dash-mpp.plotly.host/mpp-steel-net-zero-explorer/。

技术

目前，原生钢脱碳主要有两种途径：清洁的氢基直接还原铁-电弧炉（DRI-EAF）技术发展最为成熟（技术成熟度6-8级），而碳捕获、利用与封存（CCUS）技术发展迅速（技术成熟度5-8级）。对于再生钢脱碳，采用100%可再生电力的电弧炉（EAF）生产技术已相当成熟且可行。这些技术的生产成本比传统炼钢工艺高出40-70%²²¹。

工艺排放减排措施

清洁氢能应用于原钢的潜力： 在生产过程中使用清洁氢气有望减少高达 97% 的排放²²²，但与传统的 BF-BOF 工艺相比，预计会带来 35-70% 的绿色溢价²²³。然而，与大型高炉相比，电弧炉 (EAF) 的产能限制以及在小型设施中的应用限制了这项技术的应用。

用于初级钢铁的碳捕获、利用与封存（CCUS）技术： 大多数基于碳捕获、利用与封存（CCUS）的技术预计将在2028年后实现商业化。与高炉转炉（BF-BOF）相比，这些CCUS技术有望减少高达90%的排放²²⁴。生物能源碳捕获与封存（BECCS）是一种改进的CCUS技术，可使高炉转炉实现负排放，但具体效果取决于生物能源的来源。然而，所有CCUS技术都存在显著的绿色溢价，范围在65%至120%之间²²⁵。尽管目前已可实现直接还原铁电弧炉（DRI-EAF）与CCUS相结合，但其碳捕获效率有限。鉴于高炉煤气中二氧化碳浓度较高，CCUS技术最适合用于高炉转炉设备的脱碳。

能源排放减排措施

电弧炉二次炼钢： 该方法采用100%可再生电力，为低成本实现近零排放钢铁提供了一条前景广阔的途径。与高炉-转炉（BF-BOF）相比，电弧炉（EAF）技术可减少90-95%的排放，而边际成本溢价仅为8-13%。²²⁶ 然而，由于可用废钢质量的差异，其在再生钢应用方面存在一些限制。在清洁能源和废钢价格具有竞争力的地区，该技术的推广速度可能会更快。例如，预计到2050年，中国的电弧炉产量将比2020年增长约70%。²²⁷ 此外，斯堪的纳维亚最大的钢铁制造商SSAB推出了SSAB Zero™，该产品采用零排放的再生钢生产。其主要优势之一是公司运营过程中的近零碳排放，从而为终端用户打造了零排放价值链。然而，由于生产工艺的原因，这种可持续性是以更高的成本为代价的。²²⁸

技术路径

图 38： 关键技术路径的预计技术成熟度等级和可用年份

Image: 省议员

基础设施

钢铁脱碳依赖于清洁氢能、碳捕获、利用与封存（CCUS）以及电弧炉炼钢等二次炼钢技术。建立近零排放生产的基础设施需要巨额投资，预计在1.8万亿至2.6万亿美元之间。²²⁹ 其中，90%应用于建设清洁氢能和清洁能源发电设施，其余部分用于二氧化碳的运输和储存。目前约50%的钢铁产能位于能够获得低成本可再生能源或二氧化碳储存设施的地区，这些地区应优先进行转型。²³⁰

满足钢铁行业对清洁氢的需求需要2000亿至8900亿美元的巨额投资，用于新增产能²³¹。天然气和清洁能源价格合理的地区非常适合近期采用清洁氢。在具备二氧化碳储存条件或靠近工业集群（可将捕获的碳用作原料）的地区，碳捕获、利用与封存（CCUS）技术具有优势。美国钢铁公司和CarbonFree Chemicals Holdings公司签署了一份不具约束力的谅解备忘录，双方将合作捕获美国钢铁公司位于加里工厂的二氧化碳排放。他们将部署CarbonFree公司的SkyCycle技术，目标是每年捕获并矿化约5万吨二氧化碳，相当于抵消近1​​.1万辆乘用车每年的碳排放量²³²。

在中国和北美等预计电弧炉发电作用将不断增强的地区，清洁能源发电将成为优先事项。

图 39： 基础设施建设所需的投资

Image: 埃森哲基于多个数据源（包括国际能源署、国际可再生​​能源署、彭博新能源财经和全球碳捕集与封存研究所）进行的分析

要求

由于低排放钢铁在全球供应量中占比不到 1%，因此客户能否承受每吨 40-70% 的绿色溢价233 尚未在原型项目之外进行过测试。

钢材吨价上涨40%至70%会导致终端消费者的绿色溢价降低。具体而言，乘用车绿色溢价的降幅可能为0.5%，而建筑绿色溢价的降幅则可能达到2%。²³⁴

图 40： 预计的B2B和B2C绿色溢价

Image: 省议员

行业能否将这部分溢价转嫁出去，或者说能否将近零排放钢材作为一项差异化优势，取决于目标消费群体（例如，乘用车与建筑）和地理位置（发达地区与发展中地区）。全球钢铁消费量预计增幅最大的地区，恰恰是那些最难吸收显著绿色溢价的市场。

目前，多家全球主要钢铁企业正积极采取措施推进钢铁生产的脱碳进程。全球最大的钢铁生产商中国宝武集团已与力拓集团签署谅解备忘录，共同探索绿色钢铁项目。²³⁵ 他们还与来自15个国家的合作伙伴共同成立了全球低碳冶金创新联盟，旨在减少钢铁生产过程中的温室气体排放。²³⁶

在汽车行业，与钢铁生产商签订的双边承购协议正在影响市场²³⁷，为提前锁定供应的买家提供了便捷的渠道。例如，大众汽车集团和萨尔茨吉特股份公司已签署谅解备忘录，计划从2025年底开始采购近零排放钢铁²³⁸。

清洁能源部长级工业深度脱碳倡议（IDDI）²³⁹正在制定全球认可的近零排放钢铁公共采购目标。IDDI计划在整个行业内引入标准化的定义、方法和指南。此外，负责任钢铁协会（Responsible Steel）已实施可审核的近零排放钢铁生产认证，供其成员使用²⁴⁰。这些举措预示着未来可能出现转变，即提振需求，鼓励各方共同努力生产近零排放产品，并最终推动实现净零排放的积极进程。

提高供应链效率和促进循环经济对于加速废钢供应匮乏地区的再生钢生产至关重要。在这些地区，优化供应链是确保可回收材料稳定供应的关键。实施由人工智能技术和区块链支持的互联供应链网络，可以提高透明度和可追溯性，从而减少浪费和损失。²⁴¹ 此外，鼓励钢铁生产商回收利用自身废钢，推广循环经济模式，可以减少对外部资源的依赖。通过整合这些策略，面临废钢短缺的地区可以增强其再生钢生产能力。

政策

促进和支持钢铁行业脱碳的政策努力仍处于起步阶段，尤其是在亚太地区，该地区钢铁产量占全球的70%。²⁴²

全球钢铁生产高度集中，前五大生产企业占据了约75%的产量。公共政策应着重于：

- 支持清洁能源和清洁氢能基础设施的发展

- 提供研发支持和市场激励措施，以加速低排放钢铁技术的发展，尤其是在其早期阶段。

- 实施需求侧干预措施，例如绿色公共采购和更新产品规范，以刺激市场对近零排放钢铁的需求。

尽管促进脱碳的政策措施已初见端倪，但其全面成熟仍需时间。诸如环境产品声明（EPD）等地方性法规通常优先考虑污染控制、生命周期评估和性能标准，但可能不足以有效减少二氧化碳排放。目前，政策制定主要由欧洲和美国主导。然而，鉴于亚太地区对全球钢铁生产的巨大贡献，加强该地区的政策举措至关重要。

由于钢铁是一种交易量很大的商品，因此在政策措施方面开展国际合作至关重要，以防止政策实施不均衡导致市场扭曲。

现有政策环境

表8： 政策概要

Image: 世界经济论坛

首都

在钢铁行业，到2050年，利用近零成本技术改造现有资产可能需要累计投资3720亿美元。²⁵⁸ 这意味着每年需要额外投资140亿美元，这还不包括每年960亿美元的常规资本支出——相当于额外投资15%。²⁵⁹

目前行业利润率为 13%260，加权平均资本成本 (WACC) 为 10%261，这表明该行业无法吸收这些额外的成本，也无法通过自身产生的现金流产生足够的收益来为投资提供资金。

图 41： 现有投资比率所需追加投资

Image: 埃森哲基于Green Steel和ETC数据的分析

为了引导资本流向产业转型，需要采取碳定价、技术开发补贴/激励措施以及公共采购承诺等政策干预措施来提高回报。大型机构投资者和多边银行（如世界银行、亚洲开发银行等）可以通过提供与产业转型相关的低成本资本发挥关键作用。
严格的减排目标。此外，该行业的资本流动与特定地区的技术发展路径密切相关。对于欧盟和中国而言，资本应主要用于扩大电弧炉资产规模，因为二次炼钢将发挥重要作用。在印度和美国，资本流动则需要用于维护现有电弧炉资产，因为产能扩张将受到废钢供应的限制。

约70%的大型上市钢铁公司将气候变化视为战略评估的关键考量因素，并将其纳入运营决策中。²⁶²与此同时，12%的公司正在构建基本的排放管理系统和流程能力。最后，12%的公司承认气候变化是一个商业问题。

图 42： 根据钢铁行业公司温室气体排放管理情况以及与低碳转型相关的风险和机遇，对其进行分类。

Image: 伦敦政治经济学院-TPI中心