钢铁行业将在 2,780 亿美元的绿色投资推动下转向氢冶金

氢能和回收利用是钢铁行业减排的关键技术

彭博新能源财经在一份最新的研究报告中指出，到 2050年，通过 2,780 亿美元的额外投资，钢铁行业或能实现接近零碳排放。氢能和回收利用有望在钢铁行业减排中发挥核心作用。目前钢铁行业每年造成的温室气体排放占全部由人类活动造成的温室气体排放总量的 7%，是全球污染最严重的行业之一。

政府和企业的净零承诺正推动钢铁行业在 2050 年前实现净零排放。钢铁行业脱碳是中国、日本、韩国和欧盟的净零承诺中的重要内容。这篇题为《钢铁脱碳：净零路径》的报告阐述了钢铁行业实现可以盈利的、低排放炼钢路径。报告阐释了即便在钢铁总产量有所增加的情况下，如何依靠氢能成本下降、廉价清洁电力及回收利用规模增加的合力来实现钢铁行业的净零排放。

到 2050 年，绿氢可能成为最具经济性的炼钢流程，占据 31%的市场份额。废钢炼钢有望贡献45%的产量，而剩余市场由加装碳捕集系统的传统煤基钢厂和使用电力的熔融氧化电解铁矿石的创新工艺瓜分。这意味着用于炼钢的熔炉和燃料类型将出现重大转变。目前全球约 70%的钢材由煤基高炉生产，25%由以废钢为原料的电弧炉生产，剩余 5%来自使用天然气的直接还原铁法(direct reduced iron ，简称 DRI)。炼钢设备大规模转向氢能可能需要应用更多的采用直接还原法的工厂和电弧炉。在这一情景中，高炉炼钢的产能占比可能降至 18%。

彭博新能源财经可持续材料研究负责人、该报告的主要作者 Julia Attwood 表示：“钢铁行业不能等到 2040 年后再开始转型。众多发展中经济体(如印度)的需求，可能造成未来十年钢铁产能大规模的增长。目前新建的工厂未来要面临改造。已投产的基于天然气还原铁的钢厂可以在 2030-50 年间改为燃烧氢气，相应生产商因而有望拥有成本最低的产能。但在 2050 年实现净零目标的背景下，继续新建煤基钢厂将令生产商未来举步维艰。”

为了实现这一转型，钢铁行业可以考虑以下五种主要措施：加大废钢回收利用力度，尤其是在中国;为现有的电弧炉采购清洁电力;所有新建产能将规划采用氢能或碳捕集技术;开始在煤基高炉和天然气基竖炉中混用氢气，从而降低绿氢成本;在 2050 年以前改造或关停任何剩余的煤基高炉产能。

用氢能和电弧炉生产绿色钢铁将需要大量清洁电力，也需转用更高品位的铁矿石。这可能会改变大多数钢铁的产地，或导致采矿行业出现巨震。俄罗斯和巴西都拥有高质量的铁矿石储量和充裕的清洁电力。此外，根据彭博新能源财经的研究，巴西在 2030 年有望成为制氢成本最低的国家之一。南非和印度拥有充足的铁矿石储量和生产大量低成本清洁电力的潜力。澳大利亚是全球最大的铁矿石生产国，但目前的铁矿石品位较低，如果不投资设备以升级产品，它可能会失去在供应链中第一的位置。

图一：钢铁行业 2050 年脱碳路径

来源：彭博新能源财经。

注：CCUS 指碳捕集和封存，DR-EAF 指直接还原铁和电炉炼钢流程，BF-BOF 指高炉和转炉的长流程。

中国将继续发挥关键作用。目前中国拥有全球 57%的炼钢产能，它的减排路径将决定整个行业的方向。中国钢铁行业打算首先提高钢铁回收利用规模并提升行业能效水平，随后再采用氢能和碳捕集等目前仍处于商业化早期的技术。

彭博新能源财经工业脱碳研究负责人 Kobad Bhavnagri 表示：“全球钢铁行业正准备开始从煤基到氢基冶金的重大转变。一旦回收规模扩大，绿氢将是生产绿色钢铁最便宜且最实际的方法。这一转型将颠覆行业，同时带来巨大的机遇。企业和投资者尚未认识到未来变化规模之大。”

政策制定者对工业脱碳的支持力度也是影响钢铁企业的决定因素。对主要赋能科技的补贴(如美国待通过的《重建更好未来法案(Build Back Better Bill)》中对氢能和碳捕集的税收抵免)、对公共部门的绿色钢铁采购提出规定(如 COP26 上公布的工业深度脱碳计划)或提高碳定价(如欧盟的排放交易体系)都有望增强绿色钢铁相对化石燃料炼钢的竞争力。

彭博新能源财经预计，与现有技术(即不具备低碳或无脱碳技术的)产能扩张相比，新建清洁产能和减排改造将令钢铁行业增加 2,780 亿美元的资本支出。与彭博新能源财经预计全球能源业脱碳所需的 172 万亿美元相比，这是一个较小的数字。生产绿色钢铁的成本大部分来自于运营，而非资本支出。因此，降低绿氢的成本至关重要，而彭博新能源财经预计到 2050 年全球大部分地区绿氢成本降幅会超过 80%，至每千克 1 美元以下。绿色回收利用也是一个成本效益高且立竿见影的解决方案。使用 100%清洁电力回收钢铁的成本相较于目前的回收材料仅需要5%的溢价。到 2050 年，随着清洁电力成本降低，这一溢价或将缩小至不足 1%。