1“碳達(dá)峰”背景下，鋼鐵行業(yè)降低碳排放的必要性

2020年9月22日，我國在第七十五屆聯(lián)合國大會(huì)正式宣布，“中國二氧化碳排放力爭2030年前達(dá)到峰值，努力爭取2060年前實(shí)現(xiàn)碳中和”。根據(jù)國際能源署統(tǒng)計(jì)，全球2020年能源相關(guān)的碳排放量為315億噸，中國碳排放量達(dá)到94.5億噸，位列第一。全球二氧化碳排放中，工業(yè)排放占比24%，其中又以黑色冶煉行業(yè)居首。根據(jù)中國冶金協(xié)會(huì)測算，中國鋼鐵碳排放量占全球鋼鐵碳排放總量60%以上，鋼鐵行業(yè)碳排放量約占全國總排放量15%?！疤歼_(dá)峰”目標(biāo)下，鋼鐵將成為重要的試點(diǎn)行業(yè)。從數(shù)量上測算，一般認(rèn)為1噸鋼材冶煉對(duì)應(yīng)2噸碳排放量。

根據(jù)《鋼鐵行業(yè)碳達(dá)峰及降碳行動(dòng)方案》，2025年前，鋼鐵行業(yè)實(shí)現(xiàn)碳排放達(dá)峰。到2030年，鋼鐵行業(yè)碳排放量較峰值降低30%，預(yù)計(jì)將實(shí)現(xiàn)碳減排量4.2億噸。2021年3月底，中國鋼鐵工業(yè)協(xié)會(huì)副會(huì)長駱鐵軍在中國鋼鐵發(fā)展論壇上表示，鋼鐵行業(yè)要努力在“十四五”期間提前實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰。實(shí)現(xiàn)該目標(biāo)有五大路徑，分別是推動(dòng)綠色布局、節(jié)能及提升能效、優(yōu)化用能及流程結(jié)構(gòu)、構(gòu)建循環(huán)經(jīng)濟(jì)產(chǎn)業(yè)鏈，和應(yīng)用突破性低碳技術(shù)。除了這五大路徑，駱鐵軍還再次強(qiáng)調(diào)，實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰要從鋼鐵產(chǎn)量下降入手。

因此，我們有必要在“碳達(dá)峰”背景下，對(duì)鋼鐵行業(yè)的潛在供應(yīng)和原料的影響做出分析。正如上文所言，為應(yīng)對(duì)碳排放量降低，可行路徑包括產(chǎn)業(yè)布局、循環(huán)經(jīng)濟(jì)、技術(shù)革新和原料優(yōu)化、甚至直接降低產(chǎn)量等手段。本文側(cè)重于分析“碳達(dá)峰”長期背景下，高爐和非高爐冶煉技術(shù)優(yōu)化過程中，對(duì)鐵礦石、廢鋼等原料工藝配比和技術(shù)上的要求和影響，不涉及其他產(chǎn)業(yè)經(jīng)濟(jì)布局之類的措施。并且，本文嘗試測算通過工藝配比和煉鐵技術(shù)替代等方式對(duì)粗鋼碳排放減量的貢獻(xiàn)量，文中各生產(chǎn)環(huán)節(jié)碳排放系數(shù)均來自于學(xué)術(shù)專家文獻(xiàn)結(jié)果，由于專業(yè)限制，文獻(xiàn)結(jié)果與實(shí)際減排量或存在一定誤差。

2粗鋼冶煉碳排放減排的技術(shù)路徑

高爐煉鋼中，CO2來源主要來自焦炭和煤粉。鐵礦石在高爐中，通過碳和碳?xì)浠衔锏淖饔孟卤贿€原，產(chǎn)生CO、CO2、H2和H2O，最終產(chǎn)生CO2。根據(jù)碳平衡和物料平衡測算，1噸鐵需要0.5噸還原劑，整個(gè)過程CO2排放量約1.5噸。疊加燒結(jié)、焦化等環(huán)節(jié)，對(duì)于全流程高爐煉鐵，1噸鋼大約對(duì)應(yīng)2噸CO2排放量。從現(xiàn)有海外成功經(jīng)驗(yàn)來看，粗鋼冶煉碳排放減排的技術(shù)路徑主要包括：

高爐工藝： 鐵前環(huán)節(jié)，降低焦比和爐料結(jié)構(gòu)優(yōu)化；鐵后環(huán)節(jié)，碳排放捕捉。

非高爐工藝： 提高電爐煉鋼比例，氫能冶金等新工藝革新。

本文主要分析，降低碳排放目標(biāo)下，通過提高原料質(zhì)量，降低焦比、提高球團(tuán)礦比例、提高電爐煉鋼比例、氫能冶金等方式，對(duì)于現(xiàn)有鐵礦石、廢鋼等原料的供需結(jié)構(gòu)影響。并嘗試測算，不考慮技術(shù)突破，在現(xiàn)有資源容量限制下，通過技術(shù)更新和工藝手段對(duì)碳減排的潛在貢獻(xiàn)量。

3高爐低碳冶煉：降低焦比，爐料結(jié)構(gòu)優(yōu)化

3.1高爐煉鋼工藝介紹

全球煉鐵工藝主要分為高爐和非高爐。高爐煉鋼是指應(yīng)用焦炭、含鐵礦石和熔劑在豎式反應(yīng)器——高爐內(nèi)，連續(xù)生產(chǎn)液態(tài)生鐵的方法。2019年數(shù)據(jù)顯示，全球煉鋼金屬爐料中，超過65％是高爐鐵水，大約30％來自廢鋼，其余不到5％來自直接還原鐵。由于中國工業(yè)化進(jìn)程起步較晚，廢鋼供應(yīng)不足，中國目前煉鐵工藝中高爐-轉(zhuǎn)爐系數(shù)達(dá)到90%。除中國外，全球高爐煉鋼占比不到50%。

對(duì)于長流程高爐生產(chǎn)企業(yè)來說，主要煉鋼環(huán)節(jié)包括：焦化、燒結(jié)、高爐、煉鋼、軋制五大工序。據(jù)劉宏強(qiáng)等學(xué)者測算，高爐煉鐵中，二氧化碳排放主要集中高爐和燒結(jié)環(huán)節(jié)。鐵前系統(tǒng)的二氧化碳排放約占整個(gè)鋼鐵工業(yè)排放的70%以上，因此減少鐵前工序的二氧化碳排放是碳減排的重要切入點(diǎn)。

3.2高爐爐料結(jié)構(gòu)改善路徑：降低焦比

CO2排放主要來自入爐的焦炭和煤粉。因此，為實(shí)現(xiàn)低碳排放，降低焦比成為重要的實(shí)現(xiàn)方式之一。但決定焦比系數(shù)取決于高爐爐體、爐料結(jié)構(gòu)、焦炭質(zhì)量、噴吹煤等多重因素。降低焦比與其說是實(shí)現(xiàn)路徑，不如說是低碳冶煉實(shí)現(xiàn)后的綜合結(jié)果體現(xiàn)。根據(jù)寶武等測算，噸鋼焦比每降低1kg/t，可減少二氧化碳排放量0.0005噸。

70-80年代以來，以日本、歐盟為主，全球高爐經(jīng)歷大型化、集中化演變，伴隨主焦煤日漸稀缺和噴吹技術(shù)改進(jìn)，全球高爐焦比系數(shù)明顯降低。對(duì)比來看，目前國內(nèi)高爐入爐焦略高于全球。根據(jù)鋼協(xié)數(shù)據(jù)顯示，目前我國鋼協(xié)會(huì)員單位平均高爐燃料比在540kg/t，高于日本、歐盟等先進(jìn)水平40kg/t。其中，日本爐料結(jié)構(gòu)與我國相似，球團(tuán)比例不高，主要通過提高入爐礦Fe品位降低焦比。歐盟主要通過提高球團(tuán)礦比例降低焦比。隨著國內(nèi)高爐產(chǎn)能持續(xù)置換，高爐大型化推進(jìn)，國內(nèi)綜合煉鋼焦比近年有望進(jìn)一步下降。

降低焦比的另一個(gè)潛在突破技術(shù)在于噴吹氫作高爐還原劑的技術(shù)。已有高爐富氫技術(shù)主要通過噴吹高氫碳比燃料/還原劑來替代噴吹煤實(shí)現(xiàn)。例如用噴吹焦?fàn)t煤氣、天然氣、燃料油來部分替代噴吹煤粉。但焦?fàn)t煤氣、天然氣、燃料油、煤粉都是化石燃料或來源于化石燃料，無法改變碳排放量。因此，現(xiàn)有技術(shù)突破集中于直接噴吹氫氣來減排。目前，歐盟、日本都在進(jìn)行富氫氣體煉鐵技術(shù)開發(fā)。國內(nèi)包括寶武、山西晉南鋼鐵集團(tuán)等都在推進(jìn)這一技術(shù)革新。高爐直接噴吹氫氣技術(shù)尚未實(shí)現(xiàn)工業(yè)化，關(guān)于這一技術(shù)的難點(diǎn)和條件約束我們將在下文氫能冶煉部分一起闡述。

假設(shè)國內(nèi)高爐燃料比降低至國際先進(jìn)水平，鐵水維持9億噸，可減少二氧化碳排放量約0.18億噸（9*40*0.0005）。高爐實(shí)際生產(chǎn)數(shù)據(jù)顯示，低燃料消耗和爐料結(jié)構(gòu)的關(guān)系是十分密切的，高入爐礦品位、低渣量、高的煤氣利用率是實(shí)現(xiàn)低焦比的關(guān)鍵。因此，下文中，我們主要集中探討爐料結(jié)構(gòu)改善。

3.3 高爐爐料結(jié)構(gòu)改善路徑：球團(tuán)礦替代燒結(jié)礦

要大幅度降低碳排放，同時(shí)降低能耗，爐料結(jié)構(gòu)是物質(zhì)基礎(chǔ)。爐料結(jié)構(gòu)是指高爐煉鐵時(shí)裝進(jìn)高爐的含鐵爐料的構(gòu)成，指自然富鐵礦(塊礦)、燒結(jié)礦和球團(tuán)礦三類爐料在使用時(shí)的搭配組合。鐵礦石原礦直接開采的原礦粒度較大，需要進(jìn)行破碎之后才能入爐或者選礦。對(duì)于品位高的礦石而言，經(jīng)過破碎后，粒度在10mm-30mm范圍的鐵礦石可以直接入爐，即“塊礦”；粒度在1mm-10mm的鐵礦石可以作為燒結(jié)礦原料，即粉礦、粗粉；品位低于40%的礦石，需要經(jīng)過細(xì)磨、選礦才能達(dá)到高品位具有經(jīng)濟(jì)利用價(jià)值，這類礦石稱作“精粉”。粉礦只能用于生產(chǎn)燒結(jié)礦，精礦既可以用于球團(tuán)礦的原料，也可以與粉礦混合成為燒結(jié)礦的配料。

由于資源稟賦和環(huán)保要求的差異，國內(nèi)外高爐爐料結(jié)構(gòu)差異很大。其中，我國和日韓等國家爐料結(jié)構(gòu)相近。我國爐料中70-80%均為燒結(jié)礦，球團(tuán)占比約15%，塊礦占比5%-10%。美國、歐盟等國家大約90%以上均為球團(tuán)礦，燒結(jié)礦和塊礦比例較低。

但隨著國內(nèi)環(huán)保趨嚴(yán)常態(tài)化，燒結(jié)持續(xù)環(huán)保限產(chǎn)，我國球團(tuán)礦比例近年來逐漸提升。根據(jù)鋼聯(lián)的爐料結(jié)構(gòu)統(tǒng)計(jì)，2017年，國內(nèi)高爐球團(tuán)比例約13%，2020年年底，這一比例提高至17%。2017年之前，高爐生產(chǎn)目標(biāo)以經(jīng)濟(jì)利潤為主，即高爐配料以降低生產(chǎn)成本，經(jīng)濟(jì)利潤最大化為目標(biāo)；2017年之后，高爐生產(chǎn)目標(biāo)以經(jīng)濟(jì)利潤和環(huán)保減排為綜合目標(biāo)，高爐配料需要在二者中實(shí)現(xiàn)均衡。

高爐爐料配比目標(biāo):

1）經(jīng)濟(jì)性：總利潤 = 產(chǎn)量 * 噸鋼利潤

2）污染物減排

燒結(jié)環(huán)節(jié)是把精礦粉、無煙煤和石灰粉燒結(jié)成塊，使它有足夠大的強(qiáng)度和塊度，再送入高爐冶煉的過程。球團(tuán)生產(chǎn)中靠高溫焙燒，且燒結(jié)環(huán)節(jié)中主要燃料來自焦?fàn)t煤氣等，在所有冶煉環(huán)節(jié)污染排放量最大。部分學(xué)者研究顯示，從碳排放角度講，球團(tuán)工序的噸產(chǎn)品二氧化碳排放量約為燒結(jié)工序的 20%~45%。因此，增加球團(tuán)礦替代部分燒結(jié)礦成為了行業(yè)的主要共識(shí)之一。

這一技術(shù)路徑的認(rèn)可同樣來自歐盟等國的成功經(jīng)驗(yàn)。歐盟在碳減排方面走在世界的前列，北歐用全球團(tuán)和添加轉(zhuǎn)爐渣、鋼鐵企業(yè)固廢壓塊和廢鋼等形成了獨(dú)特的爐料結(jié)構(gòu)，也創(chuàng)造了低碳排放的世界記錄。1990年，歐洲高爐爐料以燒結(jié)礦為主，燒結(jié)礦超過80%。到1996年，歐洲高爐中球團(tuán)比例普遍達(dá)到20%，部分已經(jīng)開始達(dá)到70%。目前，歐洲高爐幾乎不用燒結(jié)礦，球團(tuán)礦比例達(dá)到90%。

制約國內(nèi)爐料結(jié)構(gòu)中球團(tuán)礦比例大幅提升的主要因素在于可供資源的稀缺。上文提到，我國目前主要進(jìn)口的澳洲、巴西粉礦主要用于燒結(jié)礦，用于造球的精粉和球團(tuán)直接進(jìn)口量較少。盡管在全球低碳排放共識(shí)下，礦山也隨著鋼廠的需求變化調(diào)整產(chǎn)品結(jié)構(gòu)，增加低硅低硫的粉礦和精粉球團(tuán)礦產(chǎn)量。但精粉和球團(tuán)等品種調(diào)節(jié)增速較慢，國內(nèi)球團(tuán)新增產(chǎn)能也在逐步建設(shè)。短期環(huán)保壓力嚴(yán)格背景下，球團(tuán)和精粉短期供應(yīng)量預(yù)計(jì)難以快速滿足環(huán)保日益趨嚴(yán)下對(duì)球團(tuán)礦的需求增量。

比例上，目前國內(nèi)鐵水中球團(tuán)礦比例約17%，即1.5億球團(tuán)用量。1.5億噸球團(tuán)礦中，約70%來自于以國內(nèi)精粉為原料的自產(chǎn)球團(tuán)礦，18%來自于以進(jìn)口精粉為原料的自產(chǎn)球團(tuán)礦，13%來自于直接進(jìn)口球團(tuán)。全球球團(tuán)可貿(mào)易量容量較小，2019年全球鐵礦石貿(mào)易中，僅有8%為球團(tuán)礦，即1.6億噸。其中，中國進(jìn)口球團(tuán)3000W噸，占全球可貿(mào)易球團(tuán)量20%左右。

以2025年為節(jié)點(diǎn)，假設(shè)國內(nèi)粗鋼產(chǎn)量每年增長1%，每年2.5%的球團(tuán)礦比例提高（對(duì)應(yīng)2025年球團(tuán)入爐比例達(dá)到30%），對(duì)應(yīng)球團(tuán)礦需求約每年增加2500W。這要求，國內(nèi)鐵精粉產(chǎn)量能夠每年增長2000W噸，海漂球團(tuán)礦市場每年增長2000-2500W。若將5年規(guī)劃壓縮至更短時(shí)間內(nèi)實(shí)現(xiàn)，則會(huì)帶來短期球團(tuán)供需市場失衡，再更多供應(yīng)釋放之前，球團(tuán)和精粉溢價(jià)將維持高位。

假設(shè)國內(nèi)鐵水頂部在9億噸左右(不考慮鐵水增速)，每1%的球團(tuán)礦使用系數(shù)替代燒結(jié)礦，將帶來0.032億噸碳排放降低（9*1%*2*22.24%*0.8）。假設(shè)在2025年球團(tuán)入爐比例達(dá)到30%，則對(duì)應(yīng)大約0.4億噸碳排放下降。

4非高爐減碳路徑：電爐、氫能冶煉

除高爐低碳冶煉技術(shù)之外，非高爐冶煉對(duì)于碳減排推動(dòng)更為直接。以海外經(jīng)驗(yàn)來看，美國、歐盟等國家通過電爐替代高爐已經(jīng)實(shí)現(xiàn)碳排放明顯下降?，F(xiàn)有技術(shù)革新集中“氫能冶煉”等冶煉方式。

4.1 非高爐減碳路徑：電爐煉鋼

電爐煉鋼原料為廢鋼，電爐法主要利用電弧熱，冶煉過程一般分為熔化期、氧化期和還原期。根據(jù)姚聰林等多為行業(yè)專家測算，電爐煉鋼碳排放比例僅有高爐煉鋼的1/2不到。電爐煉鋼比例的提高將明顯降低整體煉鋼的碳排放總量。世界主要電爐產(chǎn)區(qū)集中：中國、北美、歐盟、印度、土耳其等國家。但其在各個(gè)經(jīng)濟(jì)體內(nèi)部的產(chǎn)量占比分化較大。中國產(chǎn)量中，僅有10%為電爐鋼，全球除中國外，50%產(chǎn)量為電爐鋼。其中，歐洲、美國等電爐鋼占比超過50%，中東87%，土耳其76%.

2000年以來，全球都在大力發(fā)展電爐鋼。除中國外電爐鋼比例從2000年的40%提高至2020年50%左右。中國在2016年之前，廢鋼煉鐵主要以環(huán)保污染極大的非法中頻爐為主。2017年以來，電爐鋼進(jìn)入高速發(fā)展期，但絕對(duì)值比例仍僅有10%。截止2020年年底，全國電爐總產(chǎn)能1.6億噸。2021-2023年期間，全國將要投產(chǎn)電爐2000多萬噸。不過，盡管電爐產(chǎn)能持續(xù)增長，但因?yàn)槌杀静痪邆溟L期優(yōu)勢，實(shí)際電爐產(chǎn)能利用率近年來僅維持著在60%-70%之間，產(chǎn)能利用率未能打滿。

以美國、土耳其等海外經(jīng)驗(yàn)拉看，發(fā)展電爐鋼、提高電爐產(chǎn)能利用效率的主要方向?yàn)椋?）廢鋼資源非常豐富；2）能源成本低廉。普遍認(rèn)為，廢鋼價(jià)格長期低位運(yùn)行，是促使電爐鋼發(fā)展的重要前提。廢鋼價(jià)格的長期低位運(yùn)行，表明本國內(nèi)Fe元素供應(yīng)持續(xù)過剩。以美國為例，美國粗鋼產(chǎn)量于1965年進(jìn)入峰值，1969年，美國廢鋼鐵積蓄量已經(jīng)達(dá)到75億噸，是當(dāng)年粗鋼產(chǎn)量的5.85倍。廢鋼大量供應(yīng)導(dǎo)致美國廢鋼價(jià)格持續(xù)低位，1965年之前，美國廢鋼價(jià)格僅有30美元/噸。1960-70年代，美國廢鋼比例持續(xù)增加，1965年，美國廢鋼比例僅有10%，2020年，這一比例達(dá)到70%。

阻礙短期電爐產(chǎn)能釋放的因素在于：廢鋼資源可供應(yīng)量和缺乏持續(xù)性成本優(yōu)勢。從2016年以來的國內(nèi)鐵水-廢鋼價(jià)差可以看到，電爐和高爐成本呈現(xiàn)動(dòng)態(tài)平衡，電爐煉鋼并不具備趨勢性成本優(yōu)勢。

復(fù)盤海外廢鋼和鐵礦石，在2000年之前，電爐產(chǎn)量比例不高，發(fā)達(dá)國家工業(yè)化后期廢鋼供應(yīng)量大幅增加，電爐工藝較高爐工藝長期呈現(xiàn)成本優(yōu)勢。但在進(jìn)入2000年以后，電爐產(chǎn)量大幅增加，與海外廢鋼供應(yīng)基本匹配。近5年來，海外可貿(mào)易廢鋼量基本維持在1億噸左右。盡管2021年中國廢鋼進(jìn)口放開，但考慮價(jià)格倒掛和中國固廢法約束，1-2月份實(shí)際進(jìn)口僅有2萬噸。中國電爐發(fā)展，需要更多依賴國內(nèi)廢鋼的供應(yīng)周期回升。

根據(jù)鋼鐵行業(yè)十四五規(guī)劃，計(jì)劃推動(dòng)產(chǎn)業(yè)鏈、供應(yīng)鏈多元化，鐵、錳、鉻等礦石資源保障能力顯著增強(qiáng)，其中鐵金屬國內(nèi)自給率達(dá)到45%以上，國內(nèi)年產(chǎn)廢鋼資源量達(dá)到3億噸。根據(jù)現(xiàn)有廢鋼供應(yīng)模型（0.14*即期粗鋼產(chǎn)量+0.5*20年前粗鋼產(chǎn)量），2020-2025年期間，廢鋼供應(yīng)量每年以1000-1500萬噸增幅增長，2025年之后每年供應(yīng)增速增加3000-4000萬噸。

隨著我國15-20年前的粗鋼產(chǎn)量進(jìn)入報(bào)廢期，未來5年國內(nèi)廢鋼供應(yīng)量較為充裕。電爐鋼長期產(chǎn)能增加，產(chǎn)能利用率提升，需要其冶煉成本曲線長期低于高爐。而在2016年電爐迅速發(fā)展以來，國內(nèi)鐵水-電爐成本整體呈現(xiàn)收斂態(tài)勢，電爐成本優(yōu)勢尚不明顯。電爐增產(chǎn)或需要更多政策扶持。

同樣假設(shè)鐵水和粗鋼在當(dāng)前的9億噸和10.56億噸見頂，電爐鋼每增加1000W，即可減少碳排放0.1億噸。假設(shè)國內(nèi)電爐產(chǎn)能在2025年增加至3億噸，產(chǎn)能利用率從當(dāng)前的70%提高至90%，則對(duì)應(yīng)電爐鋼產(chǎn)量增加1.58億噸至2.7億噸，對(duì)應(yīng)減少碳排放量1.58億噸。可見，相較于高爐爐料結(jié)構(gòu)改善，電爐煉鋼比例提高對(duì)碳排放減排效果更為突出。

4.2、非高爐減碳路徑：氫能冶煉（H-DR）

氫能煉鋼是指在用可再生電力生產(chǎn)的氫替代傳統(tǒng)煉鐵使用的焦炭。在傳統(tǒng)高爐煉鐵工藝中，焦炭中的碳與鐵礦石中的氧反應(yīng)生成一氧化碳作為還原劑，如果使用氫氣替代焦炭，氫氣將與鐵礦石中的氧氣反應(yīng)生成水，實(shí)現(xiàn)煉鐵過程的零排放。部分業(yè)內(nèi)專家表示，“煉鐵環(huán)節(jié)中，除了通過基于氫氣的直接還原技術(shù)和碳捕獲與封存技術(shù)實(shí)現(xiàn)減排以外，當(dāng)前沒有更多的方式?！薄皻錃鉄掍摗笔卿撹F工業(yè)當(dāng)前已知的最佳減排技術(shù)。

國內(nèi)外多家鋼廠均已在開展“氫能煉鋼”實(shí)驗(yàn)，并計(jì)劃于5-10年內(nèi)投入商業(yè)使用。其中，蒂森克虜伯開始在高爐中使用氫氣；薩爾茨吉特?cái)y手西門子建風(fēng)電制氫工廠；奧鋼聯(lián)“綠氫試驗(yàn)工廠”正式投產(chǎn)。國內(nèi)的寶武集團(tuán)、河鋼集團(tuán)、酒鋼集團(tuán)等鋼鐵企業(yè)都曾發(fā)布?xì)淠軣掍撓嚓P(guān)的規(guī)劃，其中以寶武集團(tuán)的“核能制氫+氫能冶金”最為令人矚目。根據(jù)中核集團(tuán)測算，一臺(tái)60萬千瓦高溫氣冷堆機(jī)組可滿足180萬噸鋼對(duì)氫氣、電力及部分氧氣的能量需求，每年可減排約300萬噸二氧化碳，減少能源消費(fèi)約100萬噸標(biāo)準(zhǔn)煤。即，相較于傳統(tǒng)高爐煉鐵，“氫能煉鋼”可幾乎實(shí)現(xiàn)無碳排放。

但氫能冶煉有兩點(diǎn)限制，一是，前期投資巨大，尤其是氫儲(chǔ)能技術(shù)和其相關(guān)固定資產(chǎn)投資；二是，需要定制無碳化球團(tuán)礦。盡管這一技術(shù)在海外已經(jīng)有成功試點(diǎn)，但配套氫儲(chǔ)能和運(yùn)輸仍然尚未達(dá)到商業(yè)化和規(guī)?；?，氫環(huán)節(jié)的制約，決定了短期內(nèi)我國還無法使用該技術(shù)能夠替代的高爐冶煉。

5“碳達(dá)峰”背景下，主要原料供需結(jié)構(gòu)變化

對(duì)于原料供需方面：根據(jù)鐵礦石長期平衡表測算，隨著2021年海外生鐵恢復(fù)結(jié)束，全球鐵礦石供需在2022年將重回供大于求格局?？紤]球團(tuán)對(duì)粉礦替代、廢鋼對(duì)粉礦替代，預(yù)計(jì)2022年之后，“碳達(dá)峰”驅(qū)動(dòng)下，鐵礦石粉礦供需壓力將進(jìn)一步增加。整體礦價(jià)長期中樞將向60-90美元/噸收斂。與此同時(shí)，“碳達(dá)峰”背景下，對(duì)精粉和球團(tuán)等“好料”需求的快速增加，將導(dǎo)致精粉和球團(tuán)的結(jié)構(gòu)性溢價(jià)居高不下。因此，長期來看，伴隨自身供需扭轉(zhuǎn)，礦價(jià)中長期價(jià)格中樞下移，但精粉和球團(tuán)的結(jié)構(gòu)性溢價(jià)將持續(xù)擴(kuò)大。

廢鋼：電爐等短流程煉鋼對(duì)于鋼鐵行業(yè)“碳達(dá)峰”的實(shí)現(xiàn)至關(guān)重要。電爐冶煉比例提升，需要廢鋼等原料成本持續(xù)低于高爐鐵水。參考美國經(jīng)驗(yàn)，若從市場化角度演變，需要粗鋼整體產(chǎn)能過剩+廢鋼供應(yīng)增速遠(yuǎn)大于鐵礦供應(yīng)增速等條件配合。當(dāng)前粗鋼、鐵礦石供需偏緊背景下，尚難看到電爐通過成本優(yōu)勢市場化替代高爐冶煉，電爐冶煉大力發(fā)展需要更多政策扶持。

不過，我們上文中也在反復(fù)提及，盡管球團(tuán)、廢鋼等對(duì)主流粉礦需求有一定替代。但這一替代進(jìn)程非常緩慢，且需要上游礦山產(chǎn)品結(jié)構(gòu)調(diào)整、廢鋼資源釋放等資源限制。工藝改進(jìn)對(duì)于原料的短期影響十分有限。

焦炭：伴隨高爐爐料優(yōu)化和整體焦比下降，焦炭長期需求面臨增速下滑。假設(shè)鐵水總量維持9億噸，到2025年實(shí)現(xiàn)40kg/t的焦比下降即對(duì)應(yīng)720萬噸/年（9*0.004/5）的焦炭需求下滑。即，伴隨焦比下降，長期焦炭需求增速將小于鐵水產(chǎn)量總體增速。不過，伴隨高爐爐料優(yōu)化和高爐大型化，對(duì)焦炭強(qiáng)度等要求也在提升，高品質(zhì)焦炭與低品質(zhì)焦炭的結(jié)構(gòu)性價(jià)差同樣會(huì)持續(xù)擴(kuò)大。

6總結(jié)及建議

綜上，作為全球碳排放第一的工業(yè)行業(yè)，十四五“碳達(dá)峰”背景下，鋼鐵行業(yè)如何實(shí)現(xiàn)碳減排將成為長期影響因素之一?，F(xiàn)有鋼鐵冶煉碳減排技術(shù)主要集中高爐鐵前和非高爐冶煉替代。高爐鐵前核心在于爐料配比結(jié)構(gòu)改善，用品位較高、生產(chǎn)污染小的球團(tuán)礦替代將品位較低、生產(chǎn)污染較高的燒結(jié)礦。根據(jù)鋼鐵行業(yè)規(guī)劃，計(jì)劃在未來5年內(nèi)將球團(tuán)礦使用比例從當(dāng)前的17%提高至30%左右，對(duì)應(yīng)碳減排大約0.4億噸。但球團(tuán)礦比例的提高要求充裕的原料資源支撐，需要全球球團(tuán)、精粉產(chǎn)量、中國精粉產(chǎn)量持續(xù)增長以配合。

非高爐冶煉對(duì)高爐冶煉的替代集中于電弧爐和氫能冶煉等工藝。其中，電弧爐對(duì)高爐-轉(zhuǎn)爐碳減排的影響較高。每增加1噸電弧爐鋼材替代高爐鋼材，即可較高爐-轉(zhuǎn)爐生產(chǎn)工藝降低1噸碳排放量。隨著我國15-20年前的粗鋼產(chǎn)量進(jìn)入報(bào)廢期，未來5年國內(nèi)廢鋼供應(yīng)量較為充裕。電爐鋼長期產(chǎn)能增加，產(chǎn)能利用率提升，需要其冶煉成本曲線長期低于高爐。而在2016年電爐迅速發(fā)展以來，國內(nèi)鐵水-電爐成本整體呈現(xiàn)收斂態(tài)勢，電爐成本優(yōu)勢尚不明顯。電爐增產(chǎn)或需要更多政策扶持。

從數(shù)量上測算，一般認(rèn)為1噸鋼材冶煉對(duì)應(yīng)2噸碳排放量。在不假設(shè)鐵水、粗鋼產(chǎn)量變化的前提下，通過高爐爐料結(jié)構(gòu)改善、電弧爐冶煉工藝替代等方式可以降低碳排放約2億噸，較當(dāng)前碳排放量下降約10%左右。但考慮中國需求尚未見頂，粗鋼產(chǎn)量在未來5年內(nèi)共計(jì)仍有8-10%左右增量。僅僅依賴爐料改善、技術(shù)替代等方式尚難以實(shí)現(xiàn)碳減排目標(biāo)，2025-2030期間碳減排更多依賴于粗鋼產(chǎn)量自身見頂回落。

風(fēng)險(xiǎn)提示

海外需求變化，國內(nèi)環(huán)保政策變化，鋼鐵控產(chǎn)量政策變化。