不同冶炼流程对中、日、韩和OECD欧洲国家2050年碳强度的影响预测

 

在本文研究的所有区域，无论是EAC情景还是DAC情景，2020年至2050年（即IEO2021的预测期），煤炭使用量普遍下降，而钢铁行业的电力使用量增加。煤炭和电力消耗的这些变化是由于在两种替代情景下电炉钢产量增加的假定条件下发生。在这些情景下，天然气消耗增加将超过参考情景，因为电炉钢产量增加意味着需要用更多的直接还原铁，以补偿转炉钢产量下滑。此外，根据EAC情景更早实现（到2030年）可再生能源生产的氢气成本与基于化石燃料生产的氢气成本一致的更大胆假设，而天然气消费趋势略低于DAC情景，电力消费略高于DAC。发生这种变化是因为我们假设可再生能源生产的氢气成本更早达到化石燃料成本，这意味着氢气产量和可再生能源发电量增加，并导致利用重整天然气生产的直接还原铁减少。

 

在另一种情景下，中国钢铁行业的整体能源强度下降，这是由转向能源强度较低的电炉生产推动的。然而，这种能源强度下降受到直接还原铁产量增长所需的天然气增长缓慢的限制。日本、韩国和经合组织欧洲国家总体能源强度的相对变化大于中国，因为其电炉钢和转炉钢份额变化更大。

 

钢铁工业作为一个碳密集型产业，采用废钢的电炉生产流程比采用高炉-转炉流程的碳强度和能源强度低得多。钢铁目前已经是世界上回收利用最多的材料，进一步降低钢铁行业碳强度的努力必须包括更多的废钢回收利用。但是废钢回收是有限度的。废钢回收的有限性和废钢冶炼的钢材洁净度的关注，使得采用其他低碳强度工艺生产高纯度粗钢成为必要选择。

 

为了实现这些目标，在本文分析中，重点关注使用可再生能源提高电炉钢产量，并使用由可再生能源供电的电解氢还原生产直接还原铁补充废钢原料不足。通过以下方式量化了四个国家（地区）钢铁行业不同的二氧化碳减排潜力：

 

★增加电炉炉料中使用的直接还原铁比例；

 

★增加直接还原铁生产中使用的可再生能源生产的氢气用量；

 

★增加用于电炉冶炼的可再生能源使用。

 

对四个国家（地区）研究的情景展示了各个地区钢铁行业所需新增可再生能源的数量存在差异，且其取决于所在区域的电力构成。例如，从《国际能源展望2021》给出的参考情景来看，到2050年，韩国碳强度降低22%需要新增25%的可再生能源发电量，而在经合组织中的欧洲国家，碳强度降低30%以上只需要增加9%的可再生能源发电量。

 

尽管没有详细说明氢气的生产、运输、储存或分配，但这些情景说明了相对于参考情景的结果，钢铁行业部分脱碳存在区域性差异。与参考情景相比，到2050年，中国粗钢生产的碳强度下降14%，日本下降24%，韩国下降22%，经合组织欧洲国家下降31%。但碳强度的降低意味着要求对四个国家（地区）钢铁生产过程控制以及对可再生能源发电进行投资。