1鋼鐵工藝技術路線特點及經(jīng)濟可行性

1.1當前的鋼鐵工藝技術

鋼鐵生產(chǎn)工藝大致可分為兩類，第一類是將鐵礦石還原成粗鋼的工藝，包括高爐-轉爐工藝、熔融還原和直接還原工藝。歐洲采用直接還原技術生產(chǎn)的只占極小部分。目前歐洲沒有熔融還原煉鐵廠。第二類是用電弧爐冶煉廢鋼，鑄鐵，DRI（HBI）等含鐵料工藝。

從二氧化碳減排的角度來看，電弧爐工藝是迄今為止二氧化碳排放強度最低的煉鋼工藝。隨著發(fā)電過程CO₂排放的減少，在2050年之前，電弧爐煉鋼工藝的二氧化碳排放強度會進一步下降。然而，可用廢鋼量和鋼種的質量要求，也進一步限制了電爐鋼比例的提升。

總之，在歐洲和北美自貿區(qū)，電爐鋼成本通常比高爐-轉爐低，在市場疲軟的時候就愈加明顯。電弧爐煉鋼方面，歐盟具有穩(wěn)定的廢鋼供應，結合電弧爐生產(chǎn)工藝其技術具有較高的靈活性且所需資金較低等這些優(yōu)勢，支撐起它的成功應用。然而，最近廢鋼市場的變化使得電弧爐行業(yè)的利潤率大幅惡化。伴隨著不斷提高的電力和天然氣價格，以及歐盟無力控制這些價格成本，這有可能會進一步擠壓電爐廠的利潤空間。值得強調的是，美國頁巖氣對歐盟電爐鋼鐵制造商提出了新的挑戰(zhàn)。在未來幾十年，如果廢鋼出口壓力繼續(xù)增加，以及電力和天然氣價格繼續(xù)上漲，電弧爐生產(chǎn)規(guī)模將難以擴大到遠超目前的水平，其競爭力將受到顯著威脅。

相比現(xiàn)代聯(lián)合鋼鐵工藝，直接還原技術具有降低碳排放量20％的潛力。據(jù)BCG/ VDEh的分析，新建DRI-EAF廠的投資成本低于新建同等規(guī)模的綜合鋼鐵廠，但仍遠高于現(xiàn)有的綜合工廠。此外，由于歐洲天然氣和電力價格相對較高，使得DRI-EAF工藝生產(chǎn)成本也高得驚人。

由于這些原因，雖然DRI-EAF路線與BF-BOF相比具有更高的操作靈活性，但在歐洲仍無法與之抗衡。根據(jù)BCG/ VDEh的評估，從現(xiàn)有的BF-BOF廠轉變到一個新的DRI-EAF廠，每噸二氧化碳減排成本在€260-710之間，這還不包括設備折舊成本。

在天然氣和電力價格較低的情景下，DRI-EAF工藝在主要煉鋼法中將具有競爭力。就歐洲目前煉鋼過剩的現(xiàn)狀而言，其產(chǎn)能能夠滿足到2050年鋼材需求最樂觀的預期。歐洲不會再增加新的第一類煉鋼工藝產(chǎn)能。如果需求的確大于供給，將很可能在歐盟之外，在天然氣和電力價格較低的地區(qū)，建設DRI-EAF或DRI生產(chǎn)廠。最近美國確立的DRI項目（紐柯，VOESTALPINE），就是要利用頁巖氣革命帶來的低燃氣和電力價格。

1.2潛在的煉鋼創(chuàng)新技術

為應對氣候變化，需要降低溫室氣體排放，然而以現(xiàn)有技術，難以滿足減少排放的要求，必須進行突破性技術的研究。目前歐盟主要突破性技術是ULCOS（超低二氧化碳煉鋼）, 另外還有其它區(qū)域的一些計劃，比如：美國、亞洲和澳大利亞。

1）ULCOS

歐洲的超低二氧化碳煉鋼（ULCOS）項目主要進行以下四個技術路線的研究。

高爐爐頂煤氣循環(huán)——TGRBF

高爐爐頂煤氣循環(huán)（TGRBF）工藝是利用CO₂捕集技術，把高爐煤氣分成CO₂富集煤氣和CO富集煤氣。CO富集煤氣循環(huán)回到高爐內作還原劑使用，可降低高爐煉鐵焦比。CO₂富集煤氣則經(jīng)過一次、二次除塵凈化和壓縮后，送入CO₂管網(wǎng)或存儲器。另外，往高爐內吹氧替代預熱空氣，這就不需要從煤氣中分離N₂，可避免N₂在循環(huán)過程中的富集，同時有利于煤氣中CO₂的捕集。

先進的直接還原工藝—ULCORED

該工藝采用氣基直接還原，并輔以CO₂捕集與封存技術，以達到最大限度減少二氧化碳排放為目的，同時將能量消耗降到最低。以天然氣、煤/生物質氣化產(chǎn)生的合成氣或不含CO₂的H₂為還原劑。因此，ULCORED工藝可分為天然氣基ULCORED與合成氣基ULCORED。

新型熔融還原工藝—HIsarna

這是由Corus，DCTS和安賽樂米塔爾提出的新型熔融還原工藝。將Isarna的熔融旋渦熔煉爐和HIsmelt熔融爐相結合，并伴隨噴吹純氧。該項目被重新命名為“HIsarna”，以反映兩種概念的合并。采用該工藝有望減少二氧化碳排放20%。 如果配合CCS，二氧化碳排放量將降低80%。

電解鐵礦石工藝

有三種電解方法：水溶液中鐵離子的電解沉淀、高溫熔鹽或熔融氧化物電解。

水溶液電解方法包括酸溶液電解沉淀法，堿溶液電解沉淀法。兩種方法都在實驗室制出了鐵樣，其中堿溶液方法制出了1.6kg鐵。但是酸溶液能耗非常大，而堿溶液方法能耗非常低，且不難擴大規(guī)模。

高溫電解法中，研究了熔鹽電解法，生產(chǎn)固態(tài)鐵和熔融氧化物電解法，生產(chǎn)液態(tài)鐵。

堿溶液電解和高溫電解路線將進一步研究。

總結與經(jīng)濟可行性評估

從資本與運營成本的角度來分析，該項目比較復雜，因為迄今為止還沒有足夠的實驗能夠得出清晰的論證。采用ULCOS工藝，其投入與獲得的節(jié)能和生產(chǎn)力的提高是不平衡的。將ULCOS與CCS技術相結合，以期獲得單位二氧化碳減排量不低于50%。這些技術的實施需要大量的資金投入，同時也會大量增加生產(chǎn)成本。就單在高爐上采用CCS技術而言，冶煉每噸鋼需要消耗大約0.15兆瓦時電力。如果沒有有效地實施削減政策，這將會危及歐洲鋼鐵業(yè)的市場競爭力。

2）非歐盟及歐洲以外地區(qū)的創(chuàng)新減排工藝

除了歐盟以外，日本和美國等地區(qū)和組織，也致力于解決削減鋼鐵碳排放這一難題，雖然他們的技術并不如ULCOS先進。

日本的Course 50，其包括兩個研究領域：

l 開發(fā)技術用以減少高爐排放的二氧化碳。其主要目的是控制鐵礦石的還原過程，比如在高爐中利用氫氣做還原劑。

l 開發(fā)技術，從高爐廢氣中捕獲、分離和還原二氧化碳。

韓國POSCO在多方面運營自己的計劃，包括在COREX/FINEX（熔融還原）工藝中配置CCS技術，開發(fā)氨凈化技術等。

美國鋼鐵協(xié)會（AISI）的計劃涵蓋三個領域：1）熔融氧化物電解（MOE）；2）氫閃速熔煉（HFS）；3）雙向直缸爐（PSHF）。

巴西鋼鐵業(yè)繼續(xù)開發(fā)生物質煉鋼生產(chǎn)工藝。

雖然上述這些工藝的原理都與ULCOS類似，考慮到ULCOS工藝已經(jīng)處用于中試階段，因此這些工藝在技術應用層面上并不具備多少突破性創(chuàng)新。

近終形連鑄的相關加工工藝也正在開發(fā)之中，同時歐洲設備制造商也走在更傳統(tǒng)的薄板坯連鑄技術的前沿，盡管這些技術可以顯著提升能源優(yōu)化利用率和減少連鑄/軋鋼界面，但對于削減碳排放作用很小。

2 在鋼鐵生產(chǎn)中應用碳捕獲與封存技術（CCS）

2.1CCS技術特點

CCS技術是指把從發(fā)電廠和煉鐵廠等固定排放源產(chǎn)生的CO₂分離回收后，輸送到儲存層，壓入地下進行儲存，從而抑制CO₂向大氣排放的手段。降低分離回收時的能耗和成本是CCS技術研究的主要課題之一。主要采用兩種方法以提高CO₂的濃度，一是改進燃燒和氧化工藝的氧燃燒法，即用氧替代空氣進行燃燒和氧化；二是采用化學吸收、物理吸附、膜分離和深冷分離等方法對產(chǎn)生的CO₂進行分離回收。

CO₂地下儲存技術就是把CO₂壓入地下空間進行封閉儲存的技術。因此，儲存場所必須具備下列條件：儲存CO₂的空間、防止CO₂泄漏的密封層和密封的地質結構。

根據(jù)IPCC“關于CO₂分離回收儲存特別報告”的可知，至2100年CCS對減少溫室氣體排放的貢獻可達15%-55%。然而在歐洲，由于民眾反對地下儲存，所以不大可能在歐洲建立儲存點，導致鋼鐵廠將在附近沒有足夠的存儲地可用。

2.2CCS在鋼鐵生產(chǎn)中的應用

目前鋼鐵生產(chǎn)中，在不對生產(chǎn)工藝進行大的改動的前提下，只有FINEX和HYL-Energiron工藝技術可以與二氧化碳捕獲裝置相連接，可以降低25%-35%的碳排放量。在高爐生產(chǎn)工藝中，如果火電廠應用CCS技術處理廢氣，可以降低約25%的碳排放量。

除了在可行性及儲存容量方面的技術限制外，CCS技術本身的成本巨大。預計儲存每噸二氧化碳的成本在€30-60，這些附加的成本將會削弱歐洲鋼鐵業(yè)在全球范圍內的競爭力。鋼鐵作為全球性競爭激烈的商品，鋼廠將不可能通過提高售價來抵消這些增加的高額成本。就鋼鐵業(yè)而言，很難負擔CCS技術的投資應用。

關于鋼鐵業(yè)競爭力的問題應當?shù)玫匠浞挚紤]和妥善處理，否則鋼鐵企業(yè)的減排情況就不能得到保障，不能對環(huán)境保護做出應有的貢獻。所以創(chuàng)新性技術的應用需要有差別的對待。

3 2050鋼鐵低碳路線圖

目前各種研究都致力于模擬鋼鐵行業(yè)CO₂排放，建立的模型都與減排技術及氣候政策相關聯(lián)。歐洲聯(lián)合研究中心開發(fā)的ISIM模型，是一個整體性的仿真模型，用于分析鋼鐵行業(yè)至2030年的發(fā)展，涉及鋼鐵生產(chǎn)、需求、貿易、能源消耗、CO₂排放、技術動態(tài)及改造方案等。

ISIM模型已應用于ULCOS項目，對在不同條件下ULCOS技術方案的設計進行分析。從資金支出、生產(chǎn)成本和CO₂排放三個方面，對ULCOS技術和當前的煉鋼技術進行分析比較。由于煉鋼涉及到電力與燃料消耗，無論是外購還是回收利用廢氣，CO₂的減排效果都會受到系統(tǒng)邊界和與消耗電力對應的二氧化碳排放量這一假設的重要影響。有鑒于此，有必要首先確立一個適當?shù)暮怂憧蚣埽糜诠奖容^不同技術方法，從而為仿真模型反饋結果。

3.1 2030年里程碑：歐洲聯(lián)合研究中心的研究結果

歐洲聯(lián)合研究中心首次對碳減排的投入和成本進行了模擬，將技術分成了兩大類：最草編制品的技術（BAT）和創(chuàng)新性的技術，比如采用預還原這一創(chuàng)新性技術。分析認為CCS技術將會在2020年應用于現(xiàn)在的煉鋼技術。

隨著歐盟內部成品鋼每年保持平均1.8%的增長率，到2030年市場將會自給自足。廢鋼供應的增加會帶動電爐鋼比重，到 2030年時將達到47%。 這是根據(jù)BCG鋼鐵消耗和廢鋼模型的假設條件下，得出的增長過于樂觀數(shù)據(jù)。假設應用所有可能的最草編制品和創(chuàng)新性的技術的前提下，BCG每年采用該模型對每個設備做一個成本效益分析。

對三種情景進行分析，包括三種不同的碳排放價格措施?；鶞是榫笆翘純r格從2010年的€11/t分別上漲到2020年€25/t和2030年€39/t。另外兩種情景是在2030年時碳價格分別達到€100/t和€200/t。研究結果如下：

第一類鋼鐵生產(chǎn)工藝技術路線

要達到2030年碳排放價格基準（即2030年碳排放價格為€39/t），需要從2010年起，單位能源消耗和單位二氧化碳排放每年分別降低11%和14%。該情景涉及從2021年開始，在電廠中應用CCS及爐頂煤氣回收技術。鑒于當今上述技術的發(fā)展狀況，該情景分析結果過于樂觀。

在2030年碳排放價格為€100/t的情景下，單位能源消耗和單位二氧化碳排放每年應分別降低8%和15%。而對應于在2030年碳排放價格為€200/t的情景下，單位能源消耗和單位二氧化碳排放每年應分別降低7%和19%。

第二類鋼鐵生產(chǎn)工藝技術路線

對于第二類鋼鐵生產(chǎn)工藝技術路線，從2010年到2030年，在基準情景下，單位能源消耗和單位二氧化碳排放應分別降低6%和11%。對于碳排放價格為€100/t和€200/t的情景下，沒有其他方面的改善。

該研究還分析了后兩種情景中燃料價格的增長變化，相對于基準情景而言，其燃料成本將分別翻一番和增長五倍。這就使得在直接還原時，需要對燃料及氣體用量有一個適度的控制，這與BCG/VDEh的研究成果有矛盾并且相當不合常理，這是由于直接還原方法是基于天然氣和電力的，因此只有用低成本的天然氣和電力才會符合成本收益。這可能是在模型建立過程中，忽視了附屬于投資新電爐冶煉直接還原鐵時，燃料成本的變化。

研究結果是更高的能源價格和配額價格會使二氧化碳減排更有力度。然而值得注意的是，針對€100與€200情景下的高配額價格，相對于基準情景而言二氧化碳減排量并不會降低很多。鋼鐵行業(yè)相當有限的減排潛能和技術制約使得碳排放價格失去作用。

然而必須指出的是，這種碳排放價格對于推動行業(yè)市場是綽綽有余的。一噸鋼材的成本平均為€500。€25的減排成本將會增加邊際成本，使得邊際成本接近凈營業(yè)利潤率。在歐盟的排放交易機制框架下，這足以使鋼廠減少生產(chǎn)和放棄相應的市場份額，這是因為在國際競爭的市場環(huán)境下，減排成本的增加無法通過提高銷售價格來抵消。在歐盟的單邊氣候行動的背景下，消減成本的研究中所使用的不同級別的減排方法并不具備可持續(xù)性。

這并不是說碳排放價格在其他方面一無是處，而是指最有效的最草編制品的技術和最有前景的創(chuàng)新技術的實施會導致鋼鐵工業(yè)的成本分配不合比例，將鋼鐵業(yè)推向重新定位的風險之中。

3.2 2050年展望: BCG/VDEh方法

根據(jù)研究結果，BCG/VDEh首先根據(jù)一些方案確立了技術路線圖。其次從經(jīng)濟學的角度對不同的技術方案進行分析。從研究的一些成果中可以得出：歐洲鋼鐵業(yè)在特定條件下，能夠為歐洲及世界做出更大貢獻，進一步減少二氧化碳排量。1）確立基準

該研究以1990年和2010年為基準年，涵蓋煉鐵、煉鋼和熱軋領域。

對煉鋼而言，系統(tǒng)界限也包含廢氣中的二氧化碳排放，而不管廢氣是如何產(chǎn)生的。這依賴于以下假設——綜合鋼廠在電力方面是自給自足。事實上，就整個歐洲主要的煉鋼企業(yè)而言，在電力上是凈輸入的。然而對于該研究，在系統(tǒng)邊界中應用這個假設，可以規(guī)避一些在廢氣利用方面缺乏詳細數(shù)據(jù)的問題。

至于第二類煉鋼法要從電網(wǎng)購買電力，其相應產(chǎn)生的二氧化碳量，要應用國家電網(wǎng)中的二氧化碳因子修正。

煉鋼中所涉及的其他關于二氧化碳的間接排放領域包括：氧氣與石灰石的生產(chǎn)，采購的焦炭和球團礦等。

歐盟27國的碳排放量從1990年的2.98億噸下降到2010年的2.23億噸，降低了25%。這主要是由于從第一類煉鋼法轉變成第二類煉鋼法（鋼產(chǎn)量有所減少），煉鋼效率提高以及發(fā)電過程中單位二氧化碳排放略微降低。相比1990年同期，冶煉每噸鋼單位二氧化碳排放量降低了15%，從1.508 t減少到1.293 t。

2）從技術角度考慮至2050年二氧化碳減排潛能

至于2050年的減排能力，BCG/VDEh研究預計歐洲鋼鐵市場產(chǎn)能將保持每年0.8%的增長，到2050年時粗鋼產(chǎn)量達到2.36億噸。JRC的研究基于以下假設——到2030年時歐洲鋼鐵市場將會自給自足（歐洲鋼鐵消耗量=歐洲鋼鐵產(chǎn)量，這個假設忽略了貿易流通的變化）。然而，根據(jù)BCG/VDEh對鋼鐵市場年增長率的預測，鋼鐵產(chǎn)量要顯著低于JRC的估計值。從2010-2050年，歐洲市場廢鋼預計從0.96億噸增長到1.36億噸，第二類煉鋼法的比重（電弧爐生產(chǎn)方式）到2050年時，相對于2010年將增長44%。這里所采用的由BCG/VDEh給出的廢鋼模型，相比于JRC模型而言，其數(shù)據(jù)并不樂觀。

基于上述假設，BCG/VDEh進行了一項技術評價，用以確定在鋼鐵行業(yè)中相對而言最具有減排潛能的方案。評價從以下幾個不同的層面進行：

l 電力部門的碳減排

l 最具實踐技術的普及應用

l 增量技術的實施（主要是生產(chǎn)工藝流程的優(yōu)化和改進）

l 轉向替代技術（尤其是相對于第一類煉鋼法而言）

l 應用創(chuàng)新技術（是否采用CCS技術）

根據(jù)不同情景的能源價格，對增量技術進行成本效益分析。新技術的使用利用S曲線模型，這個建模的運用形成許多減排情景：

l 基準情景：假定2050年時高爐-氧氣頂吹轉爐工藝（BF-BOF）和廢鋼-電弧爐工藝（Scrap-EAF）具有相同的比重，以及在2010年時具有相同的二氧化碳排放強度（包括電力部門的二氧化碳排放）。該情景將使得二氧化碳排放在2050年達到3.05億噸。

l 最具實踐技術的普及應用與增加廢鋼利用率情景：該情景下2050年二氧化碳排放為2.71億噸，且廢鋼-電弧爐工藝生產(chǎn)的粗鋼產(chǎn)量占比將達到44%。這包括電力部門二氧化碳減排效果的作用。

l 在不采用CCS技術的情況下，理論上最大限度的二氧化碳減排情景：從傳統(tǒng)的BF-BOF部分升級到直接還原鐵電弧爐技術（DRI-EAF），2050年二氧化碳排放為1.84億噸。該情景下增量技術的實施在經(jīng)濟上是可行的。

l 采用CCS技術——理論上最大的減排情景：在第一類煉鋼法中完全采用CCS技術，利用最具實踐技術和增量技術，以及電力部門部分碳減排技術，這樣在2050年時鋼鐵業(yè)的排放大約在1.30億噸的水平。

在采用CCS的情況下，所有用鐵礦石的煉鋼技術其二氧化碳排放強度相同（每噸鋼產(chǎn)生約0.7噸CO₂），可以得出以下結論：對現(xiàn)有高爐利用TGR技術進行改造是最為明智的選擇，在歐盟范圍內，CCS技術應該以有競爭力的價格廣泛應用。關于這點，有必要指出完全配置CCS技術，理論上會使2050年碳減排量相對于1990年降低約60%，但仍然低于歐盟80%的目標。

3）從經(jīng)濟角度考慮至2050年二氧化碳減排潛能

由BCG/VDEh對兩種模型的最大理論減排情景進一步分析，得出結論：如果現(xiàn)在占主導地位的立法和經(jīng)濟條件不能從根本上有所改變，那么兩種情景既不現(xiàn)實，經(jīng)濟上也不可行。

從傳統(tǒng)BF-BOF技術轉變到DRI-EAF技術，每噸鋼二氧化碳減排成本在€260-710之間（不考慮折舊成本）。成本之高是因為摒棄現(xiàn)有的設施，更新?lián)Q代會花費更高的運營成本（DRI-EAF技術路線嚴重依賴天然氣和電力，而這兩項成本在歐洲相對較高）。

此外，TGR技術僅進行了一個中試，優(yōu)勢有待證實。根據(jù)示范性試驗數(shù)據(jù)，其二氧化碳減排成本預計至少達到€50/t。

如果不考慮碳減排成本，TGR技術沒有顯示出任何競爭優(yōu)勢。較高焦煤價格會導致經(jīng)濟性降低。

至于CCS技術，研究還指出了許多困難，例如公眾認可度，有限的區(qū)域碳封存能力（儲存點每年必須封存大約200-800萬噸），二氧化碳運輸及儲存成本。

總之，在以上這些情景下鋼鐵工業(yè)將完全失去競爭力，除非在未來幾十年中，一些條件發(fā)生根本性的變化。

由BCG/VDEh認為的經(jīng)濟情景下，到2050年鋼鐵工業(yè)的二氧化碳排放量大約為2.58億噸（相對于1990年降低了13%）。碳排放降低的驅動力包括：

l 電力部門持續(xù)應用碳減排技術

l 廢鋼利用率提高

l 最具實踐技術的普及應用

l 低成本增量技術的應用

該經(jīng)濟情景中與2010年相比較，到2030年和2050年二氧化碳排放強度分別降低10%和15%。這表明提高碳減排的潛能較低，因為現(xiàn)在的生產(chǎn)工藝已經(jīng)處于較高的優(yōu)化水平了。

該研究調查了不同情景對歐洲鋼鐵業(yè)二氧化碳排放強度的影響，在表2中總結如下：

需要指出的是，在經(jīng)濟情景下，到2030年二氧化碳減排的效果被產(chǎn)量增長的作用抵消。因此，鋼鐵業(yè)在2030年二氧化碳總排放量將會比2010年高7%。這就需要與由JRC研究的更多積極成果相比較，其估計2030年時碳排放有14%的減少。這就部分解釋了JRC研究所得出的相當樂觀的技術假設。JRC研究認為TGR和CCS技術將會在2020年得以應用，與BCG/VDEh得出的技術評價相比，眾多的“增量技術”具有更高的二氧化碳總體減排潛能。

3.3更多的二氧化碳削減

由BCG/VDEh研究預計二氧化碳減排量最多能削減60%，要想繼續(xù)提升需要尋求其他技術發(fā)展方向。

在利用BF-TGR情景中，要進一步降低二氧化碳排放需要考慮加熱機組（爐、窯、再加熱爐），這些機組現(xiàn)在大多數(shù)利用天然氣/液化石油氣或聯(lián)合工廠中的廢熱。原則上在每個煉鋼爐上應用CCS技術是可以預見的（需要改動一些加熱工序，比如增加氧氣用量）。

需要指出的是，BF-TGR技術的應用降低了可利用的廢氣量。因此，再利用剩余的廢氣（焦爐煤氣和轉爐煤氣）用于加熱變得更加重要，在綜合鋼鐵廠中僅留下了很小的空間配置電氣化加熱系統(tǒng)。

在一定程度上可以選擇沼氣或者合成氣（由生物質氣化而成）用以替代廢氣。然而，利用生物質需要解決一些可持續(xù)利用的問題，尤其考慮到涉及大量的能源。

幾個正在進行的項目是利用氫氣作為第一類煉鋼法的主要還原劑（輸入到高爐中或者直接還原過程中）。通過采用這種不產(chǎn)生二氧化碳的氫氣原料（氫氣由水電解獲得）可以使二氧化碳的排放量達到最低，但這是以消耗大量的能源為代價的。

根據(jù)示范階段的結果，像一些如同HIsarna（熔融還原） 和ULCORED（直接還原）技術，當與CCS技術結合時，其具有使二氧化碳減排大約80%的潛力。

電力部門的碳減排也可以促進二氧化碳的進一步減排，尤其是在利用電弧爐時。在這種技術方案下，通過電解煉鋼（ULCOWIN）也是一種選擇。還可以考慮電氣化加熱設備，該技術現(xiàn)在應用于較少工序條件下的小批量煉鋼（在感應爐或電阻爐中）。目前，技術上的制約使得以上技術并不適合企業(yè)所需求的生產(chǎn)力水平。

4 總結

根據(jù)以上假設、情景和模型，至2050年的鋼鐵行業(yè)二氧化碳減排路線圖有不同的模式。未來全球與各地區(qū)的能源價格、氣候和能源政策具有很大的不確定性，而這將會影響貿易方式并在技術選擇上起重要作用。最好的例子就是美國的頁巖氣革命，頁巖氣是煉鋼所用的新的直接還原能源。這將會給美國的鋼鐵行業(yè)帶來巨大的優(yōu)勢，與此同時，它區(qū)別于其他任何的技術創(chuàng)新，能夠獨力地降低二氧化碳的排放。

同樣的，未來在均衡的國際氣候協(xié)議下，歐洲鋼鐵業(yè)的狀況將完全不同于現(xiàn)在單邊碳排放約束的情形。

撇開不同假設固有的復雜性，能夠推動歐洲鋼鐵業(yè)二氧化碳減排進程的措施主要包括：

l 未來將提高廢鋼的利用率，并且會提升第二類煉鋼法的比重，對鋼鐵業(yè)二氧化碳的減排做出貢獻。

l 持續(xù)的電力部門碳減排將會對二氧化碳的排放做出重要貢獻，同時伴隨著第二類煉鋼法應用的增加。

l 增量技術在一個相對適中的程度可以為減排做出貢獻，尤其是在BF-BOF工藝條件下。

l 更高要求的二氧化碳減排目標需要在第一類煉鋼法方面進行技術改進，比如借助于要么直接還原或者改造現(xiàn)有的高爐，進行爐頂煤氣回收技術；BF-TGR改造相對于DRI-EAF工藝而言，在經(jīng)濟上更為可行。

l 將上述技術與CCS技術相結合，可以使鋼鐵業(yè)單位碳排放量進一步降低，與2010年相比，到2050年減少約60%。

要想進一步降低碳排放需要利用以下一些技術，比如：HIsarna （熔融還原）和ULCORED（直接還原）技術，兩者都與CCS技術或基于氫氣還原技術相關聯(lián)，它們已經(jīng)被驗證在技術上是可行的。在完全脫碳的電力情景中，電解法可以被視為一種潛在的解決辦法。從現(xiàn)在的角度來看，不可能預測到哪一種或者某些聯(lián)合技術將會在未來最有可能應用。由BCG/VDEh研究模型得出的鋼鐵業(yè)的減排路線圖見圖1。

根據(jù)BCG/VDEh模型，直接還原技術的應用可以使碳排放在2050年相對于1990年而言減少38%。然而該技術需要應用大量的天然氣和電力，如果上述價格持續(xù)保持現(xiàn)有水平的話，那么該情景在經(jīng)濟上是不可行的。此外，該技術需要替換現(xiàn)在運轉良好和優(yōu)化整合了的設備。在這個背景下，也有必要強調該行業(yè)現(xiàn)在面臨以及未來將要面對的大量成本——用以滿足工業(yè)排放要求所耗費的設備調試開銷。

與1990年相比，2050年歐洲鋼鐵業(yè)可以達到的最大二氧化碳減排量大約為60%。為了達到這一點，需要對歐洲現(xiàn)在所有的高爐進行改造——采用TGR和CCS技術，在大規(guī)模高爐上應用以上兩個技術在技術上被證實是可行的，同時在經(jīng)濟上也具有競爭力。然而，如果歐盟仍是單邊氣候政策，由于所投入的成本高昂，這將會造成嚴重的企業(yè)競爭力問題，鋼鐵業(yè)情形將會惡化。這個減排情景還可以通過在直接還原鐵時應用CCS技術得以實施，然而，這種做法相對于改造現(xiàn)有的高爐而言成本太過高昂。

基于滿足低成本高效益方式的最大二氧化碳減排潛力的經(jīng)濟情景，相對于1990年，2050年鋼鐵業(yè)的碳排放將減少13%。同時該情景與2030年，這一里程碑年份緊密相關，因為屆時CCS和TGR技術不可能得以廣泛應用。與2010年相比，這將在2030年和2050年分別減少10%和15%的碳排放量。

原則上經(jīng)濟情景也會帶來一些有關競爭力的問題，這是因為兩個理論上最大減排情景都依賴于電力企業(yè)的碳減排技術。因此，如果電價快速上漲的話，與不采用上述情景的企業(yè)相比，利用脫碳技術的企業(yè)將會喪失市場競爭力。

總之，即使在合適的時間擁有可行的技術，如果沒有達成全球性協(xié)議用以提供一個公平的競爭環(huán)境，鋼鐵業(yè)仍將無法實施上述情景。因此，如果未來歐盟氣候政策征收統(tǒng)一的碳排放價格，而不顧鋼鐵業(yè)在技術上和經(jīng)濟上的碳減排潛能，這將會給歐盟鋼鐵業(yè)帶來沉重壓力，迫使整個制造價值鏈的大部分產(chǎn)業(yè)將逐漸退出歐洲地區(qū)。