金属碳中和战略研究专题报告.pdf

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1、清华-力拓资源能源与可持续发展联合研究中心2022年12月周年特辑中国资源能源与可持续发展金属碳中和战略研究专题报告全球范围内日益频发的极端天气事件警示我们，气候变化不仅是眼前的危机，更是人类面临的长期深层次挑战。最新发布的IPCC第六次评估报告指出，人类活动引发的全球变暖，正在使大气圈、海洋、冰冻圈和生物圈发生广泛而迅速的变化，气候变化已经在生态系统中造成巨大破坏和越来越不可逆转的损失。为实现人类社会永续发展，人类亟需开展自我革命，团结协作，携手积极应对气候变化。2015年联合国气候变化框架公约缔约方会议通过的巴黎协定，确立了在本世纪末“把全球平均气温升幅控制在工业化前水平以上低于 2之内，

2、并努力将气温升幅限制在工业化前水平以上1.5之内”的目标，明确了全球应对气候变化的长期愿景和制度安排，明确了未来绿色低碳转型的大方向。中国在巴黎协定的达成、签署、生效和落实方面都做出了历史性的积极贡献。2020年9月22序言一12022中国资源能源与可持续发展：金属碳中和战略研究专题报告日，国家主席习近平在第75届联合国大会上郑重宣布，中国将提高国家自主贡献力度，采取更加有力的政策和措施，二氧化碳排放力争于2030年前达到峰值，努力争取2060年前实现碳中和，这一庄严承诺极大提振了全球应对气候变化的信心。然而，必须清醒地认识到，我国产业结构偏重，能源结构偏煤，科技创新能力不足，且从碳达峰到碳中

3、和只有30年时间，短于发达国家平均周期。因此，实现“双碳”目标面临着巨大挑战，必须实施一场经济社会的系统性变革，必须处理好减排与发展、整体与局部、短期与中长期、政府与市场这四对关系。需要认识到，碳达峰、碳中和之间存在“此快彼快，此低彼易，此缓彼难”的辩证关系，必须用联系的、系统的观点整体看待，不能割裂开来，各行其是。而系统的、一盘棋的观点的建立，离不开深入的战略和路径规划研究。能源系统是绿色低碳转型的重点和关键。按照清华大学气候变化与可持续发展研究院的研究，我国需要走一条以巴黎协定2和1.5目标为导向的长期深度脱碳转型路径。这意味着，我国能源系统要发生根本性的改变，由目前化石能源占比约85%，

4、逐渐转变为2060年非化石能源占比达到80%以上。为此，我们不仅要大力发展非化石能源，更要把握好可再生能源发展与传统化石能源转型的配合及节奏，以高度的智慧和卓越的创新谱写一首和谐的“交响曲”。与此同时，包括钢铁、水泥等高耗能行业在内的工业部门是能源系统服务的主要对象，不仅是能源消费并因此导致碳排放的主体，也是工业生产过程二氧化碳排放的主要来源。根据2014年的国家温室气体清单报告推算，中国工业部门的碳排放总量约为47亿吨左右，占全国二氧化碳排放总量的46%。显然，工业部门的达峰时间和峰值大小将对全国碳达峰的情景产生重大影响，其难减排的行业和生产工艺也将直接影响实现碳中和目标的布局，对这样一个关

5、键部门的研究是十分必要和迫切的。鉴于此，清华力拓中心聚焦钢铁和有色金属等产业低碳转型中的关键问题，持续开展研究工作。本报告是清华力拓中心中国资源能源与可持续发展系列报告序 言2周年特辑之一，值中心10周年之际特别发布。报告以金属碳中和为主线，展示了关于钢铁、有色金属等行业的政策行动措施、产能布局优化、低碳技术评估、核算方法改进等多方面问题、多学科交叉视角下的研究认识，将有助读者综合理解全球气候变化背景下资源、能源与可持续发展中金属碳中和这一重要议题，从而为相关政策制定和行动实施提供参考。由于能力所限，书中肯定有认识不到位甚至谬误之处，欢迎广大读者反馈交流、批评指正！李 政清华大学气候变化与可持

6、续发展研究院院长32022中国资源能源与可持续发展：金属碳中和战略研究专题报告序言二气候变化是人类社会所面临的最大挑战之一。当前，国际社会已形成广泛共识，应携手应对气候变化，但在行动方面仍显不足。力拓集团致力于成为气候变化解决方案的关键组成部分。2021年，集团将低碳转型作为战略核心，主要聚焦三大领域：第一、生产低碳转型所需的关键材料，包括铜、低碳铝、电池矿物和高品质铁矿石；第二、减少生产运营碳足迹，投资低碳技术，如风能、太阳能等可再生能源解决方案；第三、合作减少全价值链碳足迹，增加研发投入，加快产品和技术开发，助力客户更快实现减碳。我们公布了充满雄心的减排计划，即2025年前将范围1和2排放

7、减少15%，2030年前减排50%。2022年到2030年，集团将投资约75亿美元助力实现这些目标。中国承诺力争2030年前实现碳达峰、2060年前实现碳中和，为巴黎协定及全球气候行动注入全新动力。目前，钢铁行业约占全球温室气体排放总量的8%，占中国碳排放总量的15%左右。为实现中国冶金工业净零排放，需要大量资源投入。序 言4周年特辑实现气候目标所需的投资及创新体量庞大，我们仅凭自身无法实现，必须共同行动。力拓致力于与商界、行业和学界战略合作伙伴通力协作，加大投资，充分利用我们在全价值链中的思考洞察，实现技术突破。自2012年成立以来，清华力拓中心持续推动与海内外机构的联合研究，旨在为中国乃至

8、世界资源和能源的可持续发展贡献智慧与解决方案。回首十载，力拓很自豪能够支持中心开展研究，探索应对气候变化，并提升钢铁价值链的环境绩效。值此庆祝中心成立十周年之际，我衷心希望双方深化友谊互信，拓展交流合作，发挥各自优势，汇集解决方案，共同助力减少钢铁行业碳足迹。本研究报告是对中心成立十周年的献礼，汇编了清华学者在减碳领域的卓越研究成果。我衷心希望中心在国内外政策和行业层面，取得更具影响力的成果。我坚信，清华力拓中心必将成为知识与创新的领军源头，助力中国实现气候目标，解决我们共同面临的全球性挑战。白睿明（Alf Barrios）力拓集团首席商务官兼中国区主席52022中国资源能源与可持续发展：金属

9、碳中和战略研究专题报告序言一1序言二4摘要102020-2021年中心旗舰项目团队成员名单11第一篇 中心十年大事记 12第一期合作（2012-2017年）14第二期合作（2017-2020年）16第三期合作（2020-2025年）20第二篇 “金属碳中和”旗舰项目研究进展 26综合专题：中国钢铁低碳发展战略问题的系统分析28专题一：区域视角下钢铁行业实现碳中和的战略与路径研究40ContentsContents专题二：碳中和目标下中国钢铁行业需求预估及厂级转型路径研究51专题三：钢铁行业低碳技术识别、评价与应用前景分析60专题四：多约束下钢铁生产企业温室气体排放核算方法学的改进研究 65专题

10、五：钢铁行业低碳发展的国际趋势和各国政策借鉴77专题六：在线检测技术在钢铁生产中的节能减排潜力研究86专题七：储能关键有色金属碳中和路径研究94第三篇 学术成果和建言献策 102一、代表性学术论文简介104二、政策议题的学术观点122三、热点问题的行业观点125摘 要资源、能源的开发和利用是支撑人类社会发展的基础性产业，同时也是造成人为生态环境影响的主要原因。而面临日益严峻的全球气候变化形势，各国迫切需要联手推进一场围绕资源、能源的开发和利用的低碳转型变革，以实现全球经济、社会的可持续发展。作为资源、能源开发和利用大国，中国已经庄严宣布“二氧化碳排放力争于2030年前达到峰值，努力争取2060

11、年前实现碳中和”的发展目标，这将对资源能源的可持续发展产生有力的促进作用。例如，将促进可再生能源的大规模开发利用和电气化程度的全面提升，将促进金属生产的极致能效、循环再生及重大减排技术的开发应用。鉴于资源、能源和可持续发展问题的复杂性，清华大学基于低碳能源实验室，整合了多个院系的研究资源，于2012年与力拓集团联合成立了清华力拓中心，组织跨学科研究团队开展了针对资源、能源和可持续发展问题的研究。目前，中心已经圆满完成前两期的研究工作，出版中文专著中国资源能源与可持续发展和英文专著Chinas Resources，Energy and Sustainable Development:2020。第

12、三期合作期间，中心主要着眼于“金属”这一贯彻资源和能源系统的关键要素，启动了“金属碳中和”旗舰项目。今年是旗舰项目成功运行的第2年，恰逢中心成立10周年，特编制金属碳中和战略研究专题报告，回顾中心发展历程的同时，介绍中心的研究进展与研究成果，以飨读者。本报告主要包括三篇，第一篇是对清华力拓中心十年发展历程的回顾，在重温中心的使命愿景的基础上，分别总结了三个合作期的合作方向及主要研究成果，并展望了未来发展方向。第二篇聚焦于中心第三期合作的“金属碳中和”旗舰项目，概述了中心旗舰项目的总体布局以及各专项研究的进展。第三篇汇总了“金属碳中和”旗舰项目下中心的主要成果，包括代表性学术论文，政策议题的学术

13、观点以及热点问题的行业观点等。本报告由中心旗舰项目团队编写，研究和编写过程得到了何建坤、李政、姚强、王灿、张希良、王赞基等中心学术委员会委员们的指导，以及中心管理委员会委员们、诸多力拓集团同事和校内师生的支持，在此一并致以衷心的感谢！10周年特辑2020-2021年中心旗舰项目团队成员名单学术委员会主任：李政学术委员会委员：张希良王赞基姚强 王灿综 合 专 题：中国钢铁低碳发展战略问题的系统分析 麻林巍杨姗姗杨宏华林园铖何瑞鹏袁园专 题 一：区域视角下钢铁行业实现碳中和的战略与路径研究 常世彦李冰马思宁张利娜邓浩华杨超专 题 二：碳中和目标下中国钢铁行业需求预估及厂级转型路径研究 蔡闻佳崔学勤

14、刘钊张诗卉李瑞瑶李晋谢璨阳 专 题 三：钢铁行业低碳技术识别、评价与应用前景分析 欧训民任磊刘建喆陈泽宇 专 题 四：多约束下钢铁生产企业温室气体排放核算方法学的改进研究 周剑周玲玲张杰石隽隽 专 题 五：钢铁行业低碳发展的国际趋势和各国政策借鉴 吴金希白旭葛诺吴永涛 专 题 六：在线检测技术在钢铁生产中的节能减排潜力研究 王 哲侯宗余宋惟然赵上勇刘家岑顾炜伦 宋玉洲姬建训 专 题 七：储能关键有色金属碳中和路径研究 郝瀚杜世龙窦昊邓昀锋孙鑫荀邓晔112022中国资源能源与可持续发展：金属碳中和战略研究专题报告第一篇中心十年大事记12周年特辑清华-力拓资源能源与可持续发展联合研究中心（简称“清

15、华力拓中心”）成立于2012年，是清华大学与力拓集团合作建立的联合科研机构，经过第一期（2012-2017）和第二期（2017-2020）的深厚务实合作，目前中心已经成功进入第三期（2020-2025）运行阶段，2022年正值中心成立10周年。中心以整合全校相关院系、组织跨学科研究团队开展能源资源和可持续发展领域课题研究为使命，积极推进与海内外机构的合作研究，旨在为全球及中国资源、能源的可持续发展贡献智慧和解决方案，努力成为中国乃至世界最有影响力的智库之一，为全人类的可持续发展做出贡献。愿景使命为全球及中国资源、能源的可持续发展贡献智慧和解决方案，努力成为中国乃至世界最有影响力的智库之一，为全

16、人类的可持续发展做贡献整合全校相关院系、组织跨学科研究团队开展能源资源和可持续发展领域课题研究，积极推进与海内外机构的合作研究132022中国资源能源与可持续发展：金属碳中和战略研究专题报告第一期合作（2012-2017年）11.2012年7月2日，举办了第一合作期的签约仪式。时任清华大学校长陈吉宁代表清华大学签约，中心主任为姚强教授，团队主要负责人有李政、张希良、杜鹏飞、于永达、王赞基等5位教授。鉴于清华大学和力拓集团在资源能源与可持续方面共同的兴趣和追求，2012年双方依托清华大学低碳能源实验室创立中心，整合全校五个院系（能动系、电机系、核研院、环境学院、公管学院）组织了一支跨学科研究团队

17、，开展全球特别是中国的能源、矿产资源与可持续发展领域的关键课题研究。14周年特辑22.中心一期共开展了12个委托课题的研究，发表论文近50篇，出版了1本多学科交叉的学术专著中国资源能源与可持续发展。期间，在力拓集团的大力支持下，中心还与冶金工业规划研究院联合开展了1个合作课题，对国内钢铁行业和企业开展了大规模的调研和交流。一期共培养了3名博士后，博士生23名，硕士生18名；每年举办学术交流活动10次以上，并邀请力拓首席执行官来清华演讲，组织召开了1次专题国际会议；基于研究成果，向中办、国务院提交了2份政策建议。152022中国资源能源与可持续发展：金属碳中和战略研究专题报告11.2017年11

18、月24日举办了第二合作期的签约仪式。二期管理委员会和学术委员会主任为何建坤教授，中心主任为李政教授，中心执行主任为麻林巍，课题负责人包括常世彦、吴金希、鲁宗相、朱桂萍、蔡闻佳、周剑等。第二期合作（2017-2020年）16周年特辑2.2019年9月25日，中国宝武钢铁集团、清华大学和力拓集团签署关于未来环境合作的谅解备忘录。在学科研究方面，强化了学科交叉和项目管理，每年举办10余次学术沙龙，来自7个学科10位教授及其团队参与其中。2172022中国资源能源与可持续发展：金属碳中和战略研究专题报告33.中心第二合作期继续强化双边交流与合作，与力拓互访交流10余次，邀请力拓时任首席执行官和时任企业

19、关系总裁来清华做演讲。在频繁紧密互动的同时，双方合作交流尝试从学术研究扩展到向行业实践深入。18周年特辑4.在成果导向的年度项目申请和学术委员会评审机制下，中心研究成果显著，提交了5份政策建议，发表20多篇学术论文。2021年1月出版英文专著Chinas Resources,Energy and Sustainable Development(2020 version)，包含应对全球气候变化背景下的中国能源转型战略、低碳城镇化、城市碳达峰、电力系统转型、水资源管理、电动车电池材料和钢铁低碳技术等7个章节。4192022中国资源能源与可持续发展：金属碳中和战略研究专题报告第三期合作（2020-2

20、025年）20周年特辑1.2020年11月23日，中心达成三期续约合作，延续并进一步强化了组织管理架构，形成了以管委会领导中心发展，以学术委员会和顾问委员会提供专业指导的管理模式，和以中心主任负责制为主体、以专职负责人和跨院系研究团队为有效支撑的工作模式。中心管理委员会和学术委员会主任为李政教授，中心主任为麻林巍副教授，副主任为袁凌女士，课题负责人包括常世彦、蔡闻佳、欧训民、周剑、吴金希、王哲、郝瀚、鲁宗相、朱桂萍等。1212022中国资源能源与可持续发展：金属碳中和战略研究专题报告22.力拓集团首席执行官石道成、首席商务官兼中国区主席白睿明多次参加中心管理委员会、顾问委员会会议，为中心发展把

21、舵定向。22周年特辑3.2020年12月17日，清华大学、力拓集团及中国宝武集团在北京联合举办“中国钢铁低碳发展目标与路径”研讨会。这是三方继2019年达成应对气候变化战略合作、合力改善钢铁产业链碳减排和环境效益的重要成果之一。3232022中国资源能源与可持续发展：金属碳中和战略研究专题报告4.2021年12月15日，由清华大学，力拓集团和中国宝武集团联合举办的“第二届中国钢铁低碳发展目标与路径研讨会”在京顺利召开。研讨会旨在在去年成功举办首届会议的基础上，进一步汇聚各界智慧，分享新思路、新方案，共同探讨中国钢铁绿色低碳转型之路，以实际行动助力我国实现碳达峰目标与碳中和愿景。424周年特辑5

22、.2021年，作为第三期合作的开局之年，中心进一步加强战略目标和运营管理，围绕中心的使命愿景，从学术研究、政策建议、合作交流和管理服务等方面制定了五年行动规划，聘请了专职研究人员，有序推动各方面工作。5252022中国资源能源与可持续发展：金属碳中和战略研究专题报告26周年特辑为促进校内学科交流，形成科研合力，清华力拓中心邀请来自清华大学能源与动力工程系、汽车工程系、地球系统科学系、社科学院、核研院、清华大学能源环境经济研究所等相关机构的教授牵头从国际、区域、企业等层面，核算方法、监测技术、低碳技术等维度围绕钢铁产业链开展研究。在研究成果基础上，形成了8个概要型专题研究报告。第二篇“金属碳中和

23、”旗舰项目 研究进展272022中国资源能源与可持续发展：金属碳中和战略研究专题报告一、研究背景钢铁是当今社会最重要的基础原材料之一，广泛应用于国民经济的各个方面，例如房屋建筑、基础设施和机械制造等。作为全球最大的钢铁生产国和消费国，中国粗钢产量已连续26年稳居世界第一，2021年粗钢产量达10.4亿吨，占全球总产量的52.9%。中国钢铁行业以长流程高炉炼钢为主的工艺现状，决定了其对铁矿石等资源和煤炭等能源高度依赖的特性。目前，中国钢铁行业是碳排放量最大的制造业部门。短期之内，钢铁行业是典型的资源、能源密集型工业，碳排放量高、减排难度大的基本属性不会改变。由此，钢铁行业脱碳进展将直接影响全国碳

24、达峰进程，而深度脱碳面临的技术挑战也将使钢铁行业成为实现碳中和目标的瓶颈和关键问题之一。为如期实现碳达峰、碳中和目标，加快推进钢铁行业低碳转型势在必行、迫在眉睫。而钢铁行业的发展事关经济发展、社会治理、资源能源开发利用等各个方面，需要深入识别和研究低碳转型中的关键问题，系统分析重点影响因素的相关性，以便科学谋划低碳发展路径。综合专题：中国钢铁低碳发展战略问题的系统分析28周年特辑二、研究方法为深入分析钢铁低碳转型进程，本课题参考麻林巍等人提出的用于分析能源转型的ESGO（能源系统-可持续性-社会治理-社会运行）框架1，进一步强调和分析了金属系统（M）在该框架中的位置和作用，提出了M-ESGO分

25、析框架（如图2-1所示）。该框架认为分析钢铁低碳转型的关键在于厘清以下问题：1）认识可持续性的约束，以及能源系统的变化如何影响碳排放（S-E过程）；2）识别影响能源消耗和碳排放的关键金属部门，并认识其物理系统特征（E-M过程）；3）了解经济/市场对金属生产消费的驱动力（M-O过程）；4）了解可供市场和决策者选择的减排技术和措施，提出政策建议（O-G过程）；5）评估相关政策如何实现可持续性（G-S过程）。图2-1 M-ESGO理论框架1.Zhang C.,Yang,H.,Zhao Y.,Ma L.,Larson E.,Greig C.Realizing Ambitions:A framework

26、 for iteratively assessing and communicating national decarbonization progress.iScience.2022;25:103695.292022中国资源能源与可持续发展：金属碳中和战略研究专题报告在M-ESGO理论框架指导下，综合课题具体研究内容和方法如下：1）首先基于能源分配分析方法和碳排放分配分析方法，从能源来源到最终服务追溯中国能源相关碳排放流动分配的全过程，进而识别出金属尤其是钢铁是导致能耗和碳排放的关键部门；2）为进一步了解钢铁系统的物理特征，利用物质流分析方法追溯中国钢铁从铁矿石到终端产品的流动情况。为识别钢

27、铁生产消费的驱动力，利用扩展投入产出方法计算各经济部门生产活动嵌含钢情况，并进一步分析国家经济发展模式对钢铁消费的影响；3）在认识钢铁系统物理系统特征及其生产消费驱动力后，为了解可供钢铁行业选择的低碳技术及政策措施，按照技术路线图方法框架，结合文献综述，从供给、需求和政策三个维度对国内和国际钢铁行业低碳发展重点行动进行梳理；4）基于上述几个层面的分析，最终为中国钢铁行业低碳发展提供可行的政策建议。三、主要发现和政策建议（一）2020年中国能源及相关碳排放流动的追溯基于能源分配分析方法，本专题首先绘制了基于计量的2020年中国能源分配桑基图，如图2-2所示。图中展示的是能源系统每个环节的一次能源

28、消费责任，而不体现任何能源损失，所以叫能源分配图。能源从左至右的分配经历5个阶段：能源来源、中间转化、终端设备、被动系统和最终服务。每条流的颜色代表能源的类型，如右侧图例所示。每条流的宽度代表能源消费责任的大小，能源单位为EJ（艾焦，1018J）。具体绘制方法和每个阶段的详细说明可参考杨宏华等人2015年中国能源分配桑基图的工作2，本专题只进行了数据更新，数据主要源于2021年中国能源统计年鉴和王庆一的2021中国能源数据。2.Yang H,Ma L,Li Z.A Method for Analyzing Energy-Related Carbon Emissions and the Stru

29、ctural Changes:A Case Study of China from 2005 to 2015.ENERGIES,2020,13(8):2076.30周年特辑基于图2-2，通过引入二氧化碳排放因子，进一步绘制了2020年中国能源相关碳流分配桑基图，如图2-3所示。碳流分配桑基图的框架与能源分配桑基图基本一致。不同箭头的颜色表示来自不同能源类型引起的碳排放责任，如图右侧的图例所示。计量单位为千万吨，绘制方法同上。根据图2-2和图2-3，2020年中国能源系统的能源分配和能源相关碳排放的总体情况如下：1）煤炭在中国能源供应和消费中仍占主体地位，占一次能源供应的52.1%，对能源相关碳

30、排放的贡献高达74.2%；2）在中间转换阶段，一次能源主要用作燃料和发电，分别占比44.6%和41.7%，对能源相关碳排放的贡献分别为41.0%和39.1%。3）在被动系统中，生产被动系统占据最大的能源消费和碳排放责任，其占能源消费比重为65%，贡献了67.9%的碳排放（62.7亿吨CO2），其中，钢铁和化工行业承担了主要的碳排放责任，分别占2020年生产被动系统排放量的32.6%和22.4%，而金属行业（钢铁和有色金属）总计占41.8%。其次为建筑被动系统，占能源消费和碳排放的比重分别为24%和20.9%。在交通被动系统中，碳排放最大的贡献者为汽车（占交通碳排放量的42.8%）；4）至于最终

31、服务，结构材料是最主要的需求，占2020年最终服务能源消费责任的52.6%，贡献了54.3%的碳排放责任（50.2亿吨）。热舒适、基本生计、客运、货运、照明、卫生和通信传媒分别占最终服务能源消费责任的13.0%、8.2%、7.1%、6.2%、5.9%、3.8%和3.2%。由此可见，2020年中国对结构材料有强劲的需求，这带动了金属部门巨大的能源消费和碳排放，其中钢铁行业是关键部门。仅钢铁一个部门就贡献了全部碳排放责任的22.1%，这包含了钢铁部门耗能所引起的直接和间接的全部碳排放。因此，钢铁行业的低碳发展是中国碳中和目标实现的重大问题。（二）中国钢铁生产、钢铁消费与经济发展的关系的揭示本专题通

32、过建立中国钢铁行业从生产侧到消费侧的钢铁流动全景，来系统揭示中国钢铁生产、消费与经济发展之间的关系。如图2-4所示，本专题绘制了2018年中国钢铁行业的铁流动桑基图，包含左312022中国资源能源与可持续发展：金属碳中和战略研究专题报告图2-2 2020年中国流能源分配桑基图（单位：EJ）32周年特辑图2-3 2020年中国能源相关碳流分配桑基图（单位：千万吨碳）332022中国资源能源与可持续发展：金属碳中和战略研究专题报告图2-4 2018年中国钢铁行业从生产侧到消费侧的钢铁流动桑基图34周年特辑半部分的钢铁材料生产侧的铁元素流向，以及右半部分的钢铁材料消费侧的铁元素足迹（嵌含铁）。该图从

33、左到右依次描绘了从铁矿石冶炼、粗钢生产、钢材加工，到下游经济部门钢材流动，再到最终需求（固定资本形成、消费、净出口）驱动的钢铁流动全过程。桑基图中不同颜色的流代表不同的钢铁材料品种，流的宽度代表钢铁材料的数量大小，白色竖线则分隔开了钢铁的不同的生产和消费过程。从钢铁的消费侧到生产侧，从右往左对2018年中国钢铁行业的流动桑基图进行分析，可以得到以下关键认识：1）中国钢铁的使用主要由投资主导，带动了2018年中国钢铁产量的75.1%，其中50.4%来自建筑的固定资本形成，24.3%来自基础设施的固定资本形成；2）我国钢材直接进出口量虽不大，但有相当一部分钢材嵌含进了（含钢的）终端产品的出口中，占

34、钢材消费总量的13%，为第二大驱动力；3）建筑业（包括建筑和基础设施）是钢铁直接消费的重点，中国国内钢铁产量的58.6%用于建筑业；4）建筑消耗大量长材，降低了我国钢铁加工的整体损耗率（5.7%），但这并不意味着制造效率先进，部分钢材的损耗率仍然较高（如覆盖涂层产品的钢材利用效率仅为19.3%），未来应当关注改善建筑行业的材料利用效率；5）虽然服务业没有直接的钢材消费，但仍以嵌含钢铁的形式拉动了我国钢材消费总量6.8%的份额；6）受历史发展路径和废钢资源的限制，高炉-转炉（BF-BOF)路线在中国钢铁生产中占主导地位（占比90%以上），这一长流程钢铁生产路线的吨钢排放（约1.7吨二氧化碳/吨粗

35、钢3）要明显高于“废钢-电炉”主导的短流程生产路线（约0.6吨二氧化碳/吨粗钢3）。3.Lin Y,Yang H,Ma L,et al.Low-Carbon Development for the Iron and Steel Industry in China and the World:Status Quo,Future Vision,and Key Actions.SUSTAINABILITY,2021,13(22).352022中国资源能源与可持续发展：金属碳中和战略研究专题报告（三）全球钢铁行业低碳发展技术路线图综述在过去百余年内，钢铁消费的增加支撑着全球各国经济的发展。如今，在碳中

36、和承诺下，钢铁部门作为典型的“排放大、减排难”部门，它的低碳发展在全球范围内都备受关注。本专题希望通过对全球几大主要产钢国的钢铁低碳发展技术路线图进行梳理（表2-1），来为中国钢铁行业的低碳发展提供参考。表2-1 世界主要产钢国的钢铁低碳发展技术路线图综述3现状目标重点行动日本第三大产钢国；占本国碳排放的15%努力在2050年前碳中和推进COURSE50高炉加氢项目、铁焦加CCUS技术等在高炉中的应用发展超级创新技术，例如氢能炼钢技术回收中低温余热使用生物质提高资源效率，促进更大程度的材料循环韩国第六大产钢国；占本国碳排放的20%遵 照 N D C 目标2050年前碳中和应用创新的未来技术，例

37、如氢能和CCUS提高能效增加低碳燃料的使用减少工业过程的含氟气体排放（F-gas）发展循环经济德国第七大产钢国；占本国碳排放的10%2050年前努力实现气候中性使用氢替代焦炭来还原铁矿石在工业价值链中推进碳的充分利用使用CCUS技术捕捉无法避免的排放提高废钢/电炉路线的钢产量36周年特辑上表综述了日本、韩国和德国这几大主要产钢国的钢铁低碳发展技术路线图。可以看到目前钢铁行业适用的低碳发展措施主要可以归为以下四个方面：1）充分发掘能效提升的潜力。能效的提升是钢铁行业短期内能最快获得收益的措施，包括技术改善、流程优化、余热余能回收、智能化流程管理等具体途径；2）加快向更低排放的电炉炼钢路线转换。以

38、“废钢-电炉”为主的短流程炼钢路线的吨钢排放要更低，能显著降低钢铁生产过程中的二氧化碳排放；未来若能完全使用“零碳电力”，则更有望实现钢铁生产过程的深度脱碳；3）大力发展循环经济，推进钢铁的有效利用。未来随着经济的发展，对于钢铁的需求势必会继续增加，大力发展循环经济可在满足钢铁需求的同时减少钢铁生产，进而降低二氧化碳排放。主要措施包括提高钢铁的回收利用、延长钢铁产品的使用寿命、更高强度地使用钢铁产品、轻量化设计等；4）充分布局颠覆性的创新炼钢技术，如氢能炼钢、CCUS技术等。这些创新炼钢技术有望实现钢铁行业真正意义上的深度脱碳，甚至是零碳发展。但这些技术目前仍然处于技术发展的早期阶段，需要不断

39、的研发投入和支持来推动它们的长足发展。（四）中国钢铁行业低碳发展的政策建议针对当前钢铁的主要特点和存在的问题，本专题认为中国钢铁行业的低碳发展可从以下两方面着手：1）主动引导和控制钢铁需求。钢铁需求是根本性问题，需求巨大主要是因为大规模的固定资产投资，包括房屋、基础设施和产能建设。此前国内外研究曾数次低估了中国的钢铁需求，根源就在于不够关注固定资产投资对钢铁需求的带动规律。因此，控制钢铁需求的关键在于引导和控制固定资产投资的节奏和速度。这也是高质量发展的关键。避免投资浪费、扼制过度建设和重复建设，必须要主动引导和控制，而不是被动应对。2）尽快出台清晰明确的钢铁低碳发展技术路线图。近期来看，钢铁

40、生产低碳发展最现实的手段是极致能效，成本可接受、负面效益少。但是极致能效不宜以重复建设（例如产能置换）来实现，否则可能372022中国资源能源与可持续发展：金属碳中和战略研究专题报告入不敷出。中期来看，最大的红利在于废钢回收，实现短流程炼钢。但是这需要对社会废钢、尤其是嵌含在长寿命周期的房屋等产品中的废钢进行准确的统计的估计、预测和引导回收。这也需要主动作为，甚至需要调用全世界废钢资源。远期来看，剩余长流程需要通过重大低碳技术来实现，例如氢能炼钢、CCS和生物质替代等。但目前这些技术还不够成熟，需要持续投入大量的资金和人力进行科技攻关。总体来看，钢铁低碳发展需要多管齐下，包括统筹与固定资产投资

41、紧密相关的需求侧措施，与技术发展紧密相关的供应侧措施，以及连接供需的废钢回收和需求减量。只有从供需协调的角度入手，才能做好中国钢铁的低碳发展工作。因此，目前政策必须切实加强需求侧的协调以及连接供需的大循环经济发展。否则，仅注重生产侧政策，难以根本性、系统性解决问题，难以同时实现经济发展和低碳发展目标。为了促进以上措施的实现，本专题提出了以下几点政策建议：1）切实加强对固定资产投资建设的监控和管理，并确保所用钢铁能够得到有效利用和回收。可以考虑在固定资产投资中引入耗钢量或与此相关的碳指标进行统计监测，例如将耗钢量和蓄钢量引入经济政策指标、尽早引入钢铁产品碳标签等，以避免重复建设和过度建设；2）尽

42、快打造独立完整的废钢循环回收体系。把全球和中国的废钢资源循环利用作为战略性新兴产业、低碳重大产业来抓，而不是作为传统行业对待，尽快给予必要的支撑措施，事关重大；3）支持和鼓励钢铁行业广泛开展极致能效和重大低碳技术的研发和应用，结合行业整合，促进高能耗标准、高研发水平在全行业普及，解决低碳发展中先进与落后并存的问题，协调好接近成熟技术与研发中技术的科技政策支持。四、研究展望在下一阶段研究中，拟进一步完成对中国钢铁行业碳排放的影响因素分析。同时建立预测模型，对钢铁生产、消费及碳排放进行动态分析，评估不同减排措施在未来的影响。除此之外，综合专题将进一步融合其他专题成果，提炼政策建议。同时，增加与业界

43、交流，促进相关政策措施出台落地，加速学术成果转化。38周年特辑五、专题组成员序号姓名技术职称/职务工作单位1麻林巍长聘副教授/中心主任能源与动力工程系/清华力拓中心2杨姗姗高级工程师，研究主管清华力拓中心3杨宏华博士生能源与动力工程系4林园铖博士生能源与动力工程系5何瑞鹏博士生能源与动力工程系6袁园博士生能源与动力工程系392022中国资源能源与可持续发展：金属碳中和战略研究专题报告一、研究背景全国层面碳中和目标的实现，极大依赖于行业与地区碳中和路径的选择。钢铁工业是国民经济的重要基础产业，在全国和重点区域既是重要的支柱产业，也是碳排放大户。全国碳中和目标的明确对钢铁行业未来发展与空间布局具有

44、重要影响。同时，钢铁行业空间布局特征也会影响不同区域碳中和的路径选择，从而对全国碳中和目标的实现产生影响。因此，从区域视角研究钢铁行业实现碳中和的战略与路径，具有重要意义。从钢铁行业发展历史来看，随着行业投入产出结构的变化，空间布局产生了较大变化，依次经历过近煤、近铁、临海（近市场）等不同阶段。具体而言，十八世纪后半期和十九世纪初，由于单位产品的煤炭消费量很大，钢铁厂的位置多选择在煤炭产地。十九世纪后半期和二十世纪初，随着冶炼生铁所消耗的焦炭比例减少和贫铁矿开采量增加，钢铁工业明显出现向铁矿基地分布的趋向。二十世纪五、六十年代以来，大型（海洋）运输船的出现使大宗商品运输成本显著降低，钢铁工业向

45、沿海或向主要消费地专题一：区域视角下钢铁行业实现碳中和的战略与路径研究40周年特辑布局逐渐成为主流趋势。实现碳中和目标，影响我国钢铁行业分区域空间布局的因素有哪些？钢铁行业空间布局将呈现怎样的特征？在此基础上，如何更好加以布局、优化区域资源配置，从而更好实现全国碳中和目标，这是本研究将探索回答的主要问题。二、研究方法本专题研究调研了钢铁产业区域布局相关政策，识别了影响钢铁行业空间布局的主要因素，对未来钢铁产业区域布局整体趋势进行了研判。基于此，拟分析钢铁行业能源消费和碳排放路径的时空演变规律，提出行业转型综合战略和路径，为钢铁行业实现碳中和路径选择以及区域资源优化配置提供科学支持（图2-5）。

46、图2-5 专题一研究路线图412022中国资源能源与可持续发展：金属碳中和战略研究专题报告三、主要发现和政策建议（一）钢铁产业区域布局相关政策为适应经济社会高质量发展要求，工信部、国家发改委、生态环境部等部门出台多项政策，引导钢铁产业结构调整与合理转移（表2-2）。这些政策包括产能置换、能耗和污染物排放限值等约束性政策，也包括引导产业转移与产业结构调整的激励类政策。总体来看，当前政策导向是严格控制钢铁产能，实施区域差异化发展策略，鼓励结合地方环境承载力、资源能源禀赋、产业基础、市场空间、物流运输等条件，有序推进产业梯度转移。表2-2 钢铁产业布局优化相关政策领域年部门政策名称主要内容产能置换相

47、关2021工信部钢铁行业产能置换实施办法明确哪些钢铁项目建设必须实施产能置换，明确可以用于产能置换的类别，明确产能核定方法，新建氢冶金和Corex、Finex、Hlsmelt等非高炉炼铁项目需产能指标。产业结构调整相关2019国家发改委产业结构调整指导目录（2019年本）涉及钢铁鼓励类13项、钢铁限制类21项、钢铁淘汰类36项产业转移相关2018工信部产业发展与转移指导目录（2018年本）提出东北地区、东部地区、中部地区和西部地区的钢铁工业引导方向2021工信部、科技部和自然资源部“十四五”原材料工业发展规划一是引导原材料工业合理布局，优化新建产能布局。二是推进规范化集群化发展2022工信部、

48、发展改革委、生态环境部关于促进钢铁工业高质量发展的指导意见鼓励重点区域提高淘汰标准。鼓励有环境容量、能耗指标、市场需求、资源能源保障和钢铁产能相对不足的地区承接转移产能。42周年特辑环境约束相关2019生 态 环 境部、发 改委、工信部等五部门关于推进实施钢铁行业超低排放的意见全国新建（含搬迁）钢铁项目原则上要达到超低排放水平。现有钢企方面，到2025年底前，重点区域钢铁企业超低排放改造基本完成，全国力争80%以上产能完成改造2019生态环境部关于做好钢铁企业超低排放评估监测工作的通知对于超低的认证、验收提出了新的要求2019生态环境部关于加强重污染天气应对夯实应急减排措施的指导意见开展重点行

49、业绩效分级，并逐年对其进行修改完善。实行差别化停限产。2018国务院打赢蓝天保卫战三年行动计划重点区域从京津冀“2+26”城市扩大到长三角和汾渭平原地区2021国家发改委完善能源消费强度和总量双控制度方案进一步强化了能耗双控制度的导向性2021国家发改委关于严格能效约束推动重点领域节能降碳的若干意见到2025年，通过实施节能降碳行动，钢铁行业达到标杆水平的产能比例超过30%。到2030年，能效基准水平和标杆水平进一步提高2022国家发改委高耗能行业重点领域节能降碳改造升级实施指南（2022年版）提出了节能降碳改造升级的具体目标和方向432022中国资源能源与可持续发展：金属碳中和战略研究专题报

50、告（二）影响钢铁行业空间布局的主要因素钢铁行业空间布局与钢铁碳中和路径选择密切相关。综合来看，影响钢铁行业未来空间布局的主要因素将包括产业基础、废钢资源、绿色电力和绿色氢能资源、可匹配的碳封存潜力资源、市场需求与环境容量限制等。1）产业基础我国已形成以京津冀、长三角和东北地区为主要钢铁企业聚集地的钢铁产业布局。河北、江苏、山东三省是我国钢铁生产排名前三大省，三省2020年粗钢产量合计4.5亿吨，占全国总产量的42%（图2-8a）。从铁矿石资源来源以及产业链成熟度来看（图2-8b），这些省均具有较好的产业基础，未来仍将是我国钢铁产业布局的主要区域。从行业技术水平来看，由于基数较大，河北、江苏和山