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Vol 16 . “绿钢”开启新“零碳”时代,中国钢铁减排潜力如何?
REEI 2021/09/10

《能源评论2021》系类音频节目


林佳乔:
大家好,我是磐之石的林佳乔,欢迎收听本期能源评论节目,今天的播客节目由我和我的同事赵昂讨论最近在应对气候变化方面,工业部门上游端的一个最新进展,也就是绿钢(green steel)。


赵昂:
我们上期节目为大家解读了欧盟的碳边境调整机制如何进行政策决策的,那么它的影响评价是怎么开展的,然后解析了最终的方案选择欧盟是怎么考虑的。对于碳定价这个话题,如果感兴趣的朋友可以到我们的栏目里面去回听这期节目,也可以到我们的官网上去查看我们做的一些文字整理。


林佳乔:
其实我们今天关于绿钢这个话题的讨论是从8月底的一个新闻开始的,当时我看到了一个新闻是关于世界上首个无化石燃料的钢材被交付给瑞典的汽车制造商沃尔沃集团,这款钢材是由挪威的一个钢铁生产商叫Hybrid,它向沃尔沃交付的,新闻的标题就称之为绿钢。虽然绿钢的生产还是在示范项目这样的一个阶段,但是我个人认为它的意义还是非常大的。那这家挪威公司也准备在2026年全面的实现无化石能源的绿钢商业化还有规模化的生产。


赵昂:
其实加上我觉得绿钢这个名字让我想起来绿氢,好像言下之意就是钢铁制造的过程是绿色的,我们会在今天的节目里面会讨论三个方面,首先会从绿钢的定义开始,然后会讲一讲钢材制造行业在碳排放方面的一些现状,以及面对全球加快应对气候变化的大的背景下,钢铁行业减排的压力,第三块的话我们会就绿钢的成本及其未来发展做一个展望。


林佳乔:
好的,我们就先介绍一下普通的钢铁生产流程最大的排放来自于哪里呢?其实是来自于钢铁生产过程中,就是将铁从铁矿石中还原出来这个过程,它需要大量的能量,如果是能量来自于碳基的这种能源,比如说这种洗精煤、无烟煤、炼焦煤、焦炭,它势必会产生二氧化碳的排放。
另外这一块就是在场内用于生产运输的火车、汽车,还有柴油产生的排放,就提到了说到底钢厂在钢的冶炼过程中,关于碳排放的核算到底这个范围括在哪儿,然后什么是包括进去的。其实你要在网上搜绿钢的话,搜出来的话可能是真正的绿色的、绿颜色的钢,其实我感觉叫成零碳钢可能会更准确一些,它其实在强调的生产的过程中不用化石燃料,而且在原料端其实它也不使用化石燃料。

另外的话就是在厂用电的方面、汽车的方面,也都是用可再生能源这种零碳排放的电力或者能源来提供生产。从去年开始关于绿钢的新闻跟具体的行动就已经在增加了。绿钢是不使用化石燃料的钢材,燃料是用氢以及可再生电力来替代,氢对于钢铁行业来讲的话其实是格外有吸引力的,为什么呢?不光它能做成燃料,另外的话它还是一个重要的还原剂,如果用氢炼钢的话,它不光是能提供热,还能去把铁从铁矿石中还原出来,当成一种还原剂。绿钢的话还要叠加一个就是绿氢的概念。赵昂刚才也提到了,绿氢的话其实就是由可再生能源制备的氢气。


赵昂:
好,我们接下来说一下钢铁行业排放现状和面临的减排压力,那么钢铁生产企业的二氧化碳排放总量等于企业边界内所有化石燃料燃烧的排放量,刚才佳乔提到了,它在生产生铁的时候、还原过程当中,把铁从铁矿石还原过程要大量地耗费能源,特别是煤炭,或者是天然气,是非常典型的最核心的。
那么生产过程排放量之外,也包括企业在消耗购买的电力,因为生产电力和热力所产生的碳排放,佳乔也提到了关于温室气体排放核算方法和报告指南中提到的关于衡量钢铁企业它的碳排放的边界。


林佳乔:
另外要说的一个话题其实就是为什么是欧盟在推这个事情,就为什么这个事情是首先发生在北欧呢?其实究其原因的话,我们能看到应对气候变化的局势其实是愈加紧迫。在不论是碳中和也好,净零排放这样的一些本世纪中期的长期气候目标之下,钢材的制造从碳基的还原剂向以氢气为主的这种氢基还原剂,它这种转变其实是势在必行的,这也是为什么许多欧盟的国家在推进绿钢。欧盟的减排目标的实现,目前来看全球每吨的钢材的生产大概是两吨二氧化碳排放这样的一个情况。钢铁生产的总碳排放是占全球总碳排放的8%,每年是在20亿吨这样的一个级别。在欧盟的话,钢铁行业碳排放是占工业部门排放的1/4左右,钢铁行业去碳化,确实是欧洲实现它所倡导的气候中和的一个重要支撑。除了北欧国家之外,德国法国也都在积极的布局绿钢的项目。


赵昂:
对,这个是从绿钢目前我们看到,首先出现在北欧的国家,我们由此来延伸看一下欧盟的整个在钢铁行业排放及其减排的一个场景,那么我们还要再把镜头拉得更远一些,来看一下全球。我们从全球的钢铁产能来看,再看全球的碳排放,不同的钢铁行业在不同的国家处于怎样的一个水平。
根据今年4月份在 Nature网站上发表的一篇学术文章,它指出在2015年和1995年相比,全球的钢铁产能有怎样的变化,那么单位钢铁生产的碳强度有怎样的变化?我们来看的话,2015年初钢生产最多的是中国,超过8亿吨,其他国家加总起来跟中国差不多,相当于全球一半甚至更多一点,都是中国生产的这个钢铁。那么钢铁生产的碳强度分成三个等级,从一到三,一级水平是指吨钢的排放低于一吨二氧化碳当量,那么哪些国家处于水平呢?是欧盟和北美。最高的是三级,是吨钢的排放处于2~3吨二氧化碳当量之间的,谁处于这个水平?中国和印度。那么其他国家就处在三级和一级之间,那么它的吨钢的排放水平是1~2吨二氧化碳排放当量。


林佳乔:
另外一个有趣的现象的话就是在1995年的时候,全球生产的一半的钢铁的碳强度其实是处于一级水平的,到2015年的时候,大概有六成的钢铁的生产的碳强度是在三级水平,那到底是谁拉高了钢铁生产的碳排放强度呢?其实能看出来,在过去的钢铁行业二十年的发展,碳强度在二十年间其实是变得更高了。


赵昂:
这个研究文章也说得很清楚,过去从1995年到2015年的,二十年间产能增加最多的是中国(其实是印度)。这个的话也是刚才提到的,由于中国钢铁生产的碳强度处在第三级水平,所以这也是说为什么时隔二十年,全球平均的钢铁生产的碳强度并没有降低,反而是很明显的升高了。


林佳乔:
究竟绿钢是怎么做到从低碳到零碳的这样的一个转变?具体的路线或者步骤是什么?我们其实可以看一下,有一些钢铁公司它其实已经出了自己钢铁生产的一个这种零碳的路线图,我们现在就用Primetals他们给出的一个零碳路线图来帮大家去解释一下,他们是怎么从一个煤基的、基于碳的这种燃料,然后转化成基于氢的燃料,来降低碳排放(一步步降低碳排放),然后变成零碳排放的。
它的话其实是采取了用可再生电力跟氢气来取代炼焦煤,从而能达到在燃料还有还原剂的方面实现一个零碳排放的过程。

另外的话在其他的工业过程还有购入电力跟热力方面的话,它也是最终在零碳的那个环节是使用了非化石燃料产生的电力。另外的话交通跟热力的生产也都是用无化石燃料参与的电力生产。最后一个的话就是绿氢了,绿氢如果替代了炼焦煤,这样的话是钢铁冶炼过程中实现零碳排放的一个关键步骤。当然这不是说一朝一夕就能去完成的,它可能是通过从目前的用高炉、转炉这样的一个路线,然后变成是用直接还原电炉炼钢这样的一个路线,之后再过渡到直接还原电炉炼钢再加绿氢,来实现零碳排放这样的一个渐进的过程。


赵昂:
因为刚才从我们解读的一开始讨论,一开始就提到第一批绿钢、挪威钢铁生产商Hybrid所生产的这一次这批钢材,最后交付给是瑞典的沃尔沃汽车公司来使用,那就让我想起就是说在钢材的这种最重要的工业品之一,它最终走向我们每个人的生活日常的话,其实它中间还有很多环节,那么它的钢材的应用场景可能也决定了将来绿钢发展和绿钢的成本变化的一些重要因素。
我们看到的汽车,是我们理解的就是使用钢材会比较多的一种终端产品,我相信它的范围也会继续扩大。


林佳乔:
其实汽车它并不是钢铁最主要的一个应用场景,从消耗量来讲。其实你看一看的话,汽车的话就仅占钢材消耗总量的就1/10多一点点,消耗量最高的其实是建设用途的,占了大概一半的全球的钢材的消耗总量,在这一半当中有2/3是用在建筑上,另外的1/3是用在基础设施的建设,比如说桥梁、管道。除了建设跟汽车制造用钢之外,其实还有工业设备、家用电器,它们的制造也都需要钢材。但是为什么是首先发生在汽车这个行业,可能是跟汽车它是用钢的这些场景中附加值最高的是有关的,它能负担得起。


赵昂:
我觉得讲刚才的应用场景这一个过程,其实我想起来刚才我们刚刚提到的关于为什么从95年到2015年,中国的钢材的产能是如此的增长的迅速,而且已经占到全球钢铁产能的超过一半,这很容易理解了,我觉得那段时间是中国经济真的是高速发展的世界。
那么我们知道中国盖了非常多的商品房,也修了非常多的道路和桥梁和管道,当然中国的汽车产业也是早就成为全球最大的市场。那么我想再提到钢材的贸易,因为刚才一开始提到欧盟是推动钢材低碳生产的一个主要力量,那么我们最近也经常讨论的一个是欧盟的碳边境调整机制,英文的简称叫CBAM,CBAM它覆盖的行业里面就包括钢铁,因为钢铁的耗能和它的碳强度就造成了刚才佳乔提到的工业领域的碳排放——欧盟的25%都是因为钢铁造成的,那么在钢铁这个领域里面,CBAM的执行会带来怎样的影响?我想这可能是我们今天也稍微讨论一点。

我这边想给大家分享一下,在欧盟的进口的钢材情况当中,它特别提到了要求在CBAM下进口商要购买证书,它的起始年是2020年之后,2020年开始。它要去跟欧盟内的钢铁生产的碳强度相比,来防止所谓的碳泄漏,再就是这个机制仍然在立法的过程当中,还没有正式在立法机构批准,但是这是一个大概率的事情,会在2020年开始实施。所以我想对于生产钢铁的大国来讲,特别是进口到欧盟的这些钢铁生产大国,我们看到占前三位的是俄罗斯、土耳其和中国,可能对于欧盟的CBAM这样一个机制是非常关心的。我想这一块的话,我不知道刚才我们提到中国的钢铁的碳强度是在世界上处于第三级,所以在CBAM的机制下一定处于一个不太有利的位置。


林佳乔:
在这其实有个很关键的问题,就是中国生产的钢铁它的碳含量,刚才我们提到了碳排放强度很高,日本的话其实是要远低于中国的,我们也看到说造成这种原因,刚才也解释了,是由于燃料的使用的不同、原料这一块,另外的话还有技术,不同的技术当然会造成钢材产品的碳含量的不同。
中国目前的情况大概有七成的钢铁冶炼都是来自于传统的高炉,它直接利用铁矿石来去生产,用电炉的比例其实还是蛮低的,电炉使用的话就需要很很多这种回收的废钢。在所谓的这种跨境的碳税之下,日本钢铁是不是利好他们呢?我们其实之前也做过一些分析跟比较,中国跟日本的钢铁行业也都有自己的潜在的一些对策,比如说是不是这些国家都会把相对低的碳排放强度的钢铁出口到欧盟,采取这样的一种措施去应对CBAM,这个也都是有可能会去发生的。但是又回到这个话题来讲,最后中国对钢铁的需求到底有多少的比例,其实是能来自于回收的废钢,这个就涉及到中国的循环经济在未来是怎么走的,我们之前也有关于欧盟的循环经济政策的一些解读。


赵昂:
刚才佳乔提到了关于CBAM对于中国和日本钢铁行业带来的这种复杂的贸易的影响,我们会在今年第四季度的时候,也会召集一个关于CBAM在钢铁行业带带来的具体的贸易影响,以中国和日本的角度去看,至于说讨论是不是在贸易当中,这两个国家的钢铁会有这种替代,比如说中国的钢铁强度高,欧盟就去进口更多的日本钢铁,我们也会邀请日本的专家来参与到这次讨论当中,到时候我们会开展这样一个研讨,如果感兴趣的听众的话,也请关注我们的网站上的一些会议的信息。

下面我们来说一下绿钢的制造成本以及未来的一些发展。工业产品的成本是影响市场增长的一个关键因素,这一点其实从我们最熟知的太阳能光伏和风电的发展就可以看得很清楚了。因为在十几年前太阳能光伏的成本是令人生畏的,但是到现在太阳能光伏发电的度电成本就下降到一个非常低的地步,比以前相比下降了超过90%。风电它下降的曲线是早在前些年已经实现了,这个可再生能源成为很多国家电力系统重要的供应技术。我觉得当前绿钢的成本其实显著超过普通钢。刚才提到为什么沃尔沃是一个首批绿钢的用户,也是跟刚才佳乔提到的,它的产品可能对于钢材的要求比较高,另外附加值高、承受价格能力强有关系。

当然对于整体钢铁来讲,价格一定是比较敏感的,作为一个大众工业品,我们看到美国一家独立智库洛基山研究所,它有一份最新发布的报告,提到新的技术对于像钢铁行业,绿钢作为未来钢铁行业脱碳的一个重要的技术路径,它的生产成本目前是比非绿钢要高出大概20~30%,这个是依据在瑞典的示范项目得出的一个量化的评价。它这个项目里面使用的是可再生能源电力,每度电大概是4欧分,根据这个项目的评估,如果电价降到2.5欧分每度电的话,那么这一个生产出来绿钢就能跟这些传统钢或者普通钢在成本上持平了。当然这只是一个示范项目里面的评价,究竟放在大规模生产当中是怎样的一个情形?我们可能还要更看具体的分析,但至少这个项目的分析给我们展示了一个非常清楚的一个路径,就是说它的成本下降是可期的,而且是跟我们现在正在努力推进的电力系统可再生能源化,和电力系统因为可再生能源化它的成本在未来会在一个比较低的水平的情况下,是直接相关联的。


林佳乔:
是的,可再生电力的占比的高低当然跟绿钢是有直接关系的了,一方面的话绿氢的生产是要靠可再生电力对吧?另外一点的话就是你的厂用能怎么去能全部来自于可再生电力,像可再生电力占比比较高的国家,像北欧国家的挪威、瑞典,像西欧国家,德国和英国,他们看到这个趋势到来可能会更快一些,成本方面的话,怎么去降低可再生电价的度电的成本,可能是他们在未来需要解决的一个问题,但这个并不是攻破不了的对吧,因为现在你已经能看到可再生电力的电价下降的幅度了,那么增加绿钢的市场份额,其实是对钢铁行业的减排非常关键的,也不知道赵昂是不是还有一些其他方面的补充。


赵昂:
对,刚才其实也提到了关于废钢的问题,因为欧洲的这些发达国家,它在工业化过程之后,无论是房屋还是其他的一些比如说报废的汽车,其实它还是有很多的废钢可以用的。
而对于中国来讲,可能过去二三十年是一个新兴的这种工业化的过程,其实还没有到说有很多报废的钢铁可以用,所以这个可以解释说为什么在欧盟它的废钢使用电炉的方式来炼钢,它的废钢的材料会比较多的原因。但不管怎么样,从未来来看的话,各个国家包括中国在内的这种废钢的回收的潜力是巨大的。中国现在也在推进市政垃圾的这种分类回收,工业垃圾里面也还有其他的废钢的回收利用率是一个关键,如果回收利用率很高的话,自然就会减少你从铁矿石里面还原铁之后炼钢所耗费的大量能源所排放大量二氧化碳。另外一点的话,欧盟在循环经济领域推动,也可能在全球做出一个比较好的样子或者表率来,能推进钢铁这个产品更好的这种循环利用。我觉得这一点应该是减少钢铁行业碳排放应该是非常重要的一环,也是目前可能重视度不够的地方。


林佳乔:
是这样的,除了提高废钢的回收率之外,这个是跟循环经济是有关系的了。
另外一点的话,我在" Resources for the Future"他们的一个博客中也听到了关于绿钢的一些话题,他也提到了一点,怎么去减少使用钢材,这个是很重要的一环,这个其实是在源头端是吧。你减少了使用的话当然是会带来减排的了。减少使用钢材能包括什么?比如说不用钢材的话,就用这种替代的材料,像合金、碳纤维还有其他的这种技术手段跟产品。另外的话就是在设计方面,设计的方面,你是不是能通过这种,拿建筑打比方,建筑的这种设计去少用钢材,这样的话都可以达到减少钢铁的需求量,从而达到钢铁行业整体减排目标做出更大的贡献。


赵昂:
没错。这一点让我想起来,其实在大概将近十年前,应该超过十年,那么宝马汽车其实推出了第一款纯电动汽车叫i3,而汽车的一个卖点是它的车身骨架是用碳纤维做的,那就造成了说它的车是很轻的,它的外表的一个标志性的特点是说车很轻,然后它轮子特别窄,你要是注意的话,它的轮子真的是像玩具轮子一样,但是它的车也是仍然现在在市场上是有销售的。所以通过这种材料的这种创新,其实将来我觉得在刚才的这种市场需求方面可能也会减少,从而可能慢慢有更多的替代。我们知道还有一点,现在的汽车比以前的汽车钢板车身的这个壳的钢板都会比较薄,它在保证冲撞安全性之外,它用更好的钢铁质量,用更少的钢来实现车身的保护,我觉得这个都是你刚才提到的。

那么其实在绿钢方面,我觉得刚才看到不同的国家,它的排放的水平和碳强度的水平,我们放在中国的情景下,中国的钢铁行业在中国比如说今年推动全国性碳市场,也在2030年和2060年分别达峰和碳中和这样的目标下,这个行业会面临怎样的挑战呢?绿钢是不是也是中国也要摆上自己的钢铁行业发展日程当中的一件重要事项呢?我不知道佳乔在这方面有怎样的观察。


林佳乔:
在中国的话就是绿钢的话其实并不是一个热点话题,因为毕竟国内也没有交付使用绿钢,中国其实更多的是在提碳中和这样的一个情景下,比如说国内的钢铁行业怎么去达到碳中和实现的路径是什么样的。关于怎么去实现的路径,其实是有一些报告跟文章的。我一会儿会说一下他们的一些建议,我首先是从中国的现状是什么样的来讲起。
目前中国钢铁的排放其实还是很大的,占比还是很高的。炼钢的技术,它的低碳化的路线来讲,就是怎么去实现从这种高炉炼钢,然后向电炉的转化。我看到一组数据的话,就是在说2019年国内电炉钢的产量占比也就仅仅10%,是这样的一个情况,这种长流程高炉、转炉,它炼钢的占比是在九成左右,在其他国家和地区,比如说欧盟的话,刚才我们也提到了欧盟它的炼钢的碳排放强度是很低的,是在1以下的,这个是取决于它的炼钢的工艺,它的电炉钢的占比是大概有四成,美国的话这个数字的话是大概七成,电炉钢的产出大概是占了七成,日本的话是大概1/4是电炉钢,其他的话应该是高炉钢,世界平均水平的话是大概将近30%这样的一个水平。其实我们能看到中国九成的话是高炉、转炉、炼钢,然后只有10%是电炉钢,这样的话其实就只是世界平均水平的1/3左右,所以从高炉向电炉的转化,还是中国未来钢铁行业低碳化必须要面临的一个问题。


另外的话我就说一下,我看了几份关于钢铁行业怎么去达成碳中和的路径,这些报告看了之后,其实感觉行业整体的减排路线还是比较清晰的。从减少需求开始,刚才我们也提到了对吧?减少需求、钢材的需求开始,然后提高能效,提高能效的话就涉及到技术路线的一个转化,比如说从怎么去从高炉转炉为主,然后转化成以电炉为主,另外的话就是增加废钢的利用,这个跟跟循环经济有关,当然也跟技术有关,因为电炉的话在废钢的冶炼方面是更有优势的,是我读到一些信息,可能不是特别准确,懂行的专家帮我们指点一下,这些的话你都做了,其实也还是有减排缺口的,这个缺口是用什么去满足,就祭出大招了,大招其实就是我们这次播客主要谈到的氢气还原直接炼钢这样的一个手段,然后去制造绿钢这样的一个过程,辅以什么呢?辅以碳捕集利用以及封存,也就是CCUS,这样的话才能弥补刚才我提到的那些减少需求、提高能效、增加废钢再利用,最后提到这两个技术,那何时能商业化其实是对于弥补减排缺口是很重要的,我刚才说的其实都是在碳中和、2060碳中和这样的一个情景下来去讨论的。


赵昂:
刚才我还提到了关于碳市场对吧,那碳市场是一个经济手段,那这个经济手段对于中国钢铁行业的减排会有怎样的影响呢?


林佳乔:
刚才我们提到了这种跨境的碳税,也就是欧盟的碳边境调整,那个是涉及到国际贸易的一个碳定价,当然本国内怎么去降低这种比如说炼钢的碳强度,这个是很重要的一个对吧?你怎么去完成碳碳达峰的目标,完成碳中和的目标,对不对?
目前来看的话,其实纳入全国碳市场就只有电力部门,其实全国碳市场的总体设计,你要是往回看的话这应该是在17年之前我看过一个这个文件,就说大概纳入全国碳市场有高耗能的行业呢大概有8个,除了电力之外,还有石化、化工、建材、钢铁、有色金属、造纸,还有民航,钢铁到底什么时候能纳入呢,我是感觉可能不会特别遥远。我在两三年前也看到有人在说第一批如果是电力行业纳入的话,可能接下来如果再纳入3个的话,应该就会有钢铁了,我不知道最近是不是有一些新的消息出来。


赵昂:
这个也是大家讨论的要点,我觉得跟刚才我们讨论的CBAM也有关系,因为中国出口欧盟的工业品当中,钢铁还是占有比较大的份额,我觉得把这个考虑进去,把中国实现自己的气候承诺,考虑进去的话应该是会在未来五六年时间在积累了一点在电力行业的碳市场运营的经验之后,会尽快去把这些其他的高耗能产业纳入进来,当然我们也看到在一些访谈当中,比如说中国生态环境部应对气候变化室的领导,他也在一些访谈中提到其实在未来钢铁行业会在十四五,也就是2021年到2025年这一段时间内,尽早的纳入到碳排放权交易市场,所以我们也希望我们继续关注,看看行业纳入之后,对于整个行业的减排有怎样的一个推动作用,可能也同时会带动中国在应对欧盟的CBAM机制方面也会能发挥一定的作用。


林佳乔:
是的,这么看来的话,接下来的几年钢铁行业去应对气候变化方面,一定是会有非常大的这种阶梯式的转变,所以我们也持续关注这样的一个领域,为大家带来最新的内容。
好的,本期节目就到这里,如果你对我们节目讨论的内容有自己的看法,也欢迎给我们留言或者直接与我们取得联系,如果你喜欢我们的节目,也不要忘记点赞或者分享给更多的人,每周我们都会发布新的节目,无论是我们的能源评论,还是我们的海外智库,能源与气候报告解读栏目,都不要忘记准时收听,我们下次再见。


赵昂:
好的,下次节目再见。