1、钢铁行业专题研究报告碳中和下钢铁行业的机遇和问题 钢铁行业专题研究报告“碳中和”下钢铁行业的机遇和问题 一、“达峰中和”持续推进，钢铁行业减排先行（一）气候变化已成全球共识，世界各地需加大减排力度全球气候变暖是当今重大问题之一，应对气候变化已经成为全世界面临的挑战。截至 2019 年，全球主要发达国家及地区的二氧化碳排放量一直呈现上升趋势。2015 年， 巴黎协定明确了 21 世纪末全球温升将被控制在不超过工业化前 2的目标，并将 1.5温 控目标确定为应对气候变化的长期努力方向。巴黎协定要求各缔约方每五年提交一次“国 家自主减排贡献”（NDC）并自主确立减排目标。然而多项研究均显示即使各国都
2、兑现自主指 定的减排目标，全球温升平均水仍非常可能超过 3，无法满足 1.5甚至 2的要求。因此全 球各国均需大幅提升减排力度，以免温度变化成为长期不可逆的问题并带来巨大风险。（二）中国积极参与全球治理，碳达峰、碳中和势在必行长期以来，中国积极参与全球治理，将温室气体排放控制并入国家五年规划和 2035 远景 目标，并通过调整产业结构、优化能源结构、提升能源利用效率、建设碳市场、增加生态碳汇 等一系列措施落实减排政策。当前中国在节能减排方面已取得些许成效，如 2019 年，中国二 氧化碳强度（单位 GDP 的二氧化碳排放量）较 14 年前降低约 48%，非化石能源占比约 15%， 已经提前完成
3、 2020 年气候行动目标并超出预期。为在全球减少碳排放行动中做出更多贡献，中国在第七十五届联大会议及气候雄心峰会上 公布了最新的国家自主贡献目标和未来期望。相较 2015 年中国的 NDC 方案，二氧化碳强度 由 2030 年左右实现达峰变更为 2030 年前实现碳达峰，2060 年前实现碳中和同时非化石能源 比重由 20%提升至 25%，森林蓄积量从 45 亿立方米提升至 60 亿立方米。中国的碳排放较美 国、欧洲而言较高，2019 年中国碳排放量比美国、欧洲分别高出约 50 亿吨、40 亿吨，但伴随， 能源结构调整、绿色发展意识的提高、粗放式经营的收敛、精细化高效的发展模式、产业结构 调
4、整、三产高精尖技术等,中国二氧化碳强度呈现明显下降趋势。因此，新的目标不仅展现了 中国积极应对全球气候变化的态度和实力，同时亦推动了全面绿色转型的实现，对加速形成绿 色、安全、清洁、高效的现代治理体系具有重要意义。（三）钢铁行业先行响应“达峰中和”若要实现碳中和，则全国需要在一定时间内通过对人为活动直接或间接产生的二氧化碳通 过碳捕集与封存或通过植树造林及其他固碳技术进行吸收，达到二氧化碳“零排放“。与欧美 等地区相比，中国实现碳中和的时间相对紧迫，任务相对繁重，即中国需要用比欧美等发达国 家或地区更短的时间实现更大体量的碳中和。此外，由于碳达峰的时间节点和峰值直接决定从 碳达峰到碳中和转变的
5、可用时间以及需要完成的减排体量，因此碳达峰的计划实施必须在充分 考虑碳中和实现过程中存在的各种可能性之前提下经过严格统筹和规划。然而目前关于中国实 现碳达峰、碳中和目标路径的研究乏善可陈，且后疫情时代下经济发展仍存在较大不确定性， 因此综合经济、科技、社会生产模式等诸多因素来看，制定出适合于中国自身发展状况的碳中 和计划非常必要。自 2020 年第七十五届联大会议及气候雄心峰会以来，中国碳达峰、碳中和在制造业引发 了讨论热潮。中国冶金报指出，钢铁行业作为国民经济重要的基础产业，碳排放量在国内占比 13%-15%，因此钢铁行业应承担起碳减排的主体责任，努力成为碳减排的先行者。工信部与 2020
6、年 1 月发布的关于推动钢铁工业高质量发展的指导意见（征求意见稿），将中国钢铁 碳达峰的时间点比国家目标向前推进了 5 年。而行业龙头中国宝武则在此基础上又将目标提前 至 2023 年，河钢集团定于 2021 年发布低碳冶金路线图、于 2022 年实现碳达峰，2050 年实现 碳中和。当前钢铁行业面临环境和资源两大约束以及超低排放改造和碳减排双重挑战，但从钢 铁生命周期的角度看，钢铁自身便是一种低碳材料，因此凭借此次机会，钢铁行业或可实现技 术突破，进行能源革命，转变管理模式，从而进一步增强产品及生产模式的低碳竞争力。二、钢铁企业绿色发展理念持续深入（一）环保举措已见成效，钢铁生产应考虑环境承
7、载力自 2015 年起，国内钢铁行业在绿色发展已取得一定成就。首先是超额完成 1.5 亿吨去产 能目标，并出清 1.4 亿吨以上地条钢”；其次，实施大规模超低排放改造，环保水平正在进入 世界先进行列。中钢协统计数据显示，2019 年，全国重点统计企业吨钢综合能耗、水耗、化 学需氧量、二氧化硫排放量均较 2015 年明显降低，2020 年前三季度又继续分别下降 0.05%、 4.33%、10.68%、15.43%。 中钢协副会长骆铁军指出，尽管中国较长一段时间内仍将对钢铁产品维持高需求，但高需 求并不意味着产能拥有大幅扩张空间。中国钢铁总量大，即使各企业均实现超低排放，但排放 总量对局部环境而言
8、仍将难以承受。比如津冀北、晋冀南、长三角等三大钢铁产业集群地及山 东、辽宁两大钢铁板块等，上述地区汇集了全国约 70%的钢铁产能，区域环境容量和承载力 不足的矛盾仍然显著。因此，持续推动钢铁行业绿色发展的根本是解决钢铁生产总量 超过环境容量的问题。（二）钢企环保水平仍待完善2020 年，关于推进实施钢铁行业超低排放的意见(下称意见)发布，提出到 2020 年底重点区域钢铁企业的 60%左右完成产能改造，并有序推进其他地区钢铁企业超低排放改 造。截至目标时间，全国约有 229 家钢铁企业、6.2 亿吨粗钢产能正在实施超低排放改造。尽 管改造目标基本达成，但各企业环保水平仍难满足意见标准。 首先，
9、铁前工序能耗占 70%以上，其二氧化硫、氮氧化物等污染物排放量约占全流程的 2/3，是污染物排放治理重点，因此仍需更多突破性创新治理技术使其进一步改善；其次，无 组织排放占钢铁工业颗粒物排放的 50%以上，因此无组织排放控制急需加强；最后，每吨粗 钢需 4-5 倍场外运输量，而运输过程中的污染物排放量占钢铁行业污染物排放总量的 30%以上， 因此实现清洁运输十分迫切。（三）氢能炼钢-环保炼钢技术逐步发展钢铁是国内主要碳排放行业之一。根据钢铁冶金过程环保和节能技术探讨可知，中国 钢铁冶金的吨钢能耗超过 600kg，长流程企业平均吨钢二氧化碳排放量高达 2.1 吨，而炼钢过 程中的生铁冶炼部分产生
10、的二氧化碳约占整个冶金过程的 90%。因此，控制炼铁过程中的碳 排放是绿色钢铁发展的关键。 目前世界上低碳炼铁的发展方向主要包括以氢代替焦炭的高炉炼铁技术、将高炉煤气中的 二氧化碳进行收集并存储的碳捕集和存储技术等。前者的代表是韩国浦项等 13 家签署了源其 能氢气合作协议的企业及研究部门，后者的代表包括日本 JFE、蒂森克虏伯、瑞典 SSAB 等知 名钢铁公司。此外，还有以碳捕集与利用思想为基础，将钢铁生产尾气进行收集再利用的德国 钢铁工业界。世界如此，中国亦如此。纵观国内钢铁行业，目前中国钢企也在积极发展氢气直 接还原炼铁工艺，所用氢气则期望来自于钢厂产生的含氢废气。目前中国已有一批单位正
11、在筹划复合铁焦技术（氢气替代部分焦炭），计划通过搬迁对钢 厂进行相应改造亦实现铁焦的实际应用。此外，中国钢企亦聚焦于利用钢铁流程煤气制取化工 产品的新模式。在对上述钢企对 技术的引进、研究及发展为中国钢铁行业进行绿色发展，实现与化工及能源行业的联动奠定了 良好基础。（四）发展电炉钢对减碳意义重大中国钢铁积蓄量尽管已达 100 亿吨左右，但由于尚未到报废期，因 此每年回收废钢比例仅约 2%，2019 年中国废钢资源量为 2.4 亿吨，富宝 147 加钢厂废钢库存 约 400 万吨。此外，国内钢企生产模式以长流程高炉炼钢为主，因此废钢产出严重不足。然而 近几年由于中国铁矿石对外依存度持续变高、社会
12、钢铁积蓄量不断增加，叠加“地条钢”的清 除使得废钢资源重回企业视线，短流程炼钢模式逐渐获得重视。据不完全统计，2019 年中国 电炉钢比例仅为 10.5%，相较世界平均水平 28%、美国 70%、欧盟 40%、韩国 33%、日本 24%， 仍存在明显差距。2018 年，中国完成废钢比达到 20%的目标任务。根据中国工程院预测，2025 年，中国钢 铁积蓄量将达到 120 亿吨，废钢资源两将超 2.8 亿吨；到 2030 年，废钢资源量将超过 3.3 亿吨。按此算法，中国年废钢增长量为 1000-1500 万吨，2035 年左右或将迎来废钢资源高峰，而后 伴随钢铁需求回落逐步达成废钢供需动态平衡
13、。电炉钢的碳排放量较长流程约低 30%，对铁矿石、焦煤、焦炭的消耗量更少。发展电炉 钢对实现碳中和具有重要意义。假设采用全废钢为原料，废钢比每 增加 10%，相应可降低吨钢能耗 50 千克标准煤，减少二氧化碳排放 0.14 吨。国家当前国内钢 铁行业新建产能中约 74%为长流程，下一步在针对废钢资源相对丰富地区以及少矿地区的产 能减量置换行动中适当鼓励短流程钢厂建设，最终形成长短流程兼顾、布局合理、低碳排放的 可持续发展钢铁生产局面。三、钢铁减碳过程中面临的问题（一）污染物排放量大，不锈钢污染严重且产能过剩国家统计局数据显示，2020 年全国生产生铁 88752 万吨，同比增长 9.66%；粗
14、钢产量 105300 万吨，同比增长 5.69%。然而钢铁作为排放工业大户，2017 年，黑色金属冶炼和压延加工业 二氧化硫、氮氧化物、颗粒物排放量分别为 82.31 万吨、143.42 万吨、131.12 万吨，分别占工 业源大气污染物排放总量的 15.6%、22.2%、10.3%。 不锈钢生产以废钢为原料，冶炼过程需加入氟化钙（萤石）以加强钢水流动性。因此，不 锈钢生产将得到含有铬、锰、镍、氟等有毒物质的冶炼渣。由关于推进钢铁行业绿色高质量 发展的建议一文可知，每吨不锈钢将产生固废危废约 500 千克，总量可达千万吨。该水平至 少相当于钢铁行业其他钢铁产品生产加工过程产生危废的加和。国外因
15、其产生危害较多，因此 常出现不锈钢生产增量不足的情况。然而中国 2019 年不锈钢产量为 2940 万吨，表观消费量 2405 万吨，同比增长约 13%，占全球消费总量 40%以上。当前中国不锈钢产量占世界不锈钢 总产量的 50%以上，但在建及规划的相应产能仍在快速扩大。因此，伴随钢铁工业绿色发展 理念的深入，以及钢铁产能置换计划的推进，预计未来不锈钢扩建产能或将伴随政策调整得到 释放。（二）氢元素炼钢或成方向指引，废钢添加比提升及短流程化成未 来方向钢铁属于长流程高能耗行业。假设吨钢综合能耗 600kgce（能源消耗量）计算，则相应煤 炭消耗为 6 亿吨/年甚至更多。由于疫情控制得当，经济处
16、于苏醒状态，预计钢铁产量将经历 持续增加态势，届时碳排放亦将相应提高。尽管碳中和相关政策的启动将减碳需求列入重要考 虑因素之一，但国内钢企仍然面临来自能源结构的巨大挑战。首先，以氢为核心的冶金“流派” 虽然在业内引发轰动，但在其正式大规模投入实际冶炼之前，其巨大环保潜力仍然是且只是钢 铁行业环保方面的发展方向。结合国内目前资源使用率较低、钢铁生产原料单一等实际情况， 提高资源利用率、调整钢铁企业原料及生产结构，如鼓励增加废钢用量、鼓励短流程炼钢等， 或许是尽早实现碳排放峰值并达到碳排放下行拐点的迅速且有效的途径。 2019 年，国内重点钢铁企业的吨钢能耗按照长、短流程看分别为 552.06kg
17、cc、106.77kgcc （关于推进钢铁行业绿色高质量发展的建议）。此时中国粗钢产量接近 10 亿吨，铁水产量超 8 亿吨。由此计算可知，中国钢铁工业铁钢比约 0.82，较世界平均值高 15.7%。采用废钢短流 程工艺的吨钢综合能耗约占以铁矿石焦炭为主原料的长流程工艺的 20%。若能在长流程工艺 中采用相应技术措施提升废钢比，则降低铁钢比将大幅降低中国钢铁工业总能耗及二氧化碳排 放量。然而如前文所述，中国废钢资源相对较少，叠加近期中国出台了限制非钢进口政策，因 此废钢价格被抬升。所以尽管我国新增百余台短流程大型电炉，却不得不形成闲置产能。此外， 由于国内钢铁工业产能大多集中于东部靠海地区，高
18、电价亦限制了电炉短流程炼钢环保优势的 发挥。短流程炼钢原料以废钢和少量铁水为主。废钢经处理后装入电弧炉中，利用石墨电极与废 钢之间产生电弧所发生的热量熔炼废钢，并配以精炼炉完成脱气、调成份、调温度、去夹杂等 功能，得到符合标准的钢水。相比长流程，短流程炉内电弧区温度可精准调控，最高可达 3000 以上，可以冶炼难熔合金原料；炉体维护成本较低，容积较小，可满足小批量特钢的生产需要； 原料为废钢，电力为能源，对于厂区所在的环境较为友好。（三）钢铁行业绿色发展相关建议目前国内钢铁社会累计保有量约 11 亿吨，仍处于快速增长态势。为了尽快实现“碳达峰” 余“碳中和”目标，相关部门应鼓励钢铁企业进行科技
19、研发、加大对环保科技及流程改革等生 产要素进行改革同时保证产能置换计划的有序推进促进国内钢铁行业的绿色可持续发展，在进 行冶炼工艺余技术设备更新的同时进行制度改革，加大对积极有效控制碳排放量企业的财政支 持力度，从根本上提升企业坚持绿色发展、升级自身冶炼工艺设备的动力。具体建议可考虑如 下三点： 首先，将钢铁生产的产物（余热、固废、煤气等）进行收集处理，并将其中可利用部分转 变成可利用资源向周边城市设施进行供给，由此可在减少碳排放的同时提高能源利用率并降低 能源使用成本；其次，科学进行产能置换，利用钢企闲置设备进行研发活动，加强对氢等清洁 能源使用的科学探索，为钢铁行业贯彻绿色发展理念提供技术
20、支持；再次，充分提升废钢利用 率，如放松废钢进口政策以降低废钢使用成本，对不锈钢产能进行控制以降低环境所受污染影 响；最后，建议国家通过科技立项与财政政策支持以促进钢铁行业流程优化、探索节能减排新 技术，同时深入推进潭水交易市场的建设，促使节能环保理念在实际生产过程中得以切实发挥 指导作用，从而为钢铁行业进行低碳生产转型提供支持。四、短流程企业、特钢行业或受益（一）成本优势及环保政策带来的比较优势，短流程或受更多关注中国长流程企业平均吨钢二氧化碳排放量约 2.1 吨，短流程吨钢二氧 化碳排放量仅 0.9 吨。而 BHP 数据显示，中国平均吨钢二氧化碳排放量约 1.8 吨，除略低于印 度外高于全
21、球其他主要地区，长流程比例偏高应是主要原因根据统计数据，2013-2015 年我国长流程炼钢占比相较前几年出现回升，可能原因如下： 首先，2013 年铁矿石价格处于高位，而后出现明显下降，因此长流程炼钢因成本优势更大而 出现占比提升；其次，诚如前文所述中国相对其他发达国家而言，废钢资源回收体系不完善且 废钢使用比较低，而我国焦炭资源丰富、长流程单位成本相较短流程更低、产量一定时速度更 快，因此我国长流程仍占主导地位。2020 年我国铁矿石库存处于较低水平，因为受疫情影响，我国从巴西进口的铁矿石数量 出现下降，尽管从澳洲进口的铁矿石供给相对稳定，但由于我国疫情控制措施较为得当，后期 复工复产均恢
22、复顺利，因此对铁矿石的需求水平高于贴而矿石进口水平，因此铁矿石港口库存 出现下滑。2020 年世界铁矿石价格水平持续上涨，而我国由于议价能力较低、铁矿石品位较 难满足生产要求，因此在铁矿石供给不振的催化下承担了较高水平的铁矿石价格及进口数量。 考虑到海外铁矿石价格近期已接近 200 美元/吨（百川盈孚数据），同比提升约 97%。当前铁矿 石价格自 2017 年以来已属高位，而后期预计将因下游行业复苏导致的供需缺口二维持稳中有 增态势。根据世界金属导报信息，假定废钢价格与铁水价格相同，则电炉炼钢成本高于转炉炼 钢成本，电炉原料为全废钢及兑30%铁水两种情况下总成本相较长流程分别增加约833元/吨
23、、 602 元/。比较下来，废钢价格比较坚挺且可能在一段时间内维持高位，但国内废钢供给逐渐 宽松，对于电炉炼钢成本具有有一定正面影响，结合未来加强环保力度的政策形势，短流程炼 钢相比铁矿石的优势要大。且国内 2021 年铁矿石表观需求量约 87388 万吨，相对 2020 年高出 215 万吨，因此我国对铁矿石的需求量或无下降。当前由于铁矿石价格已达高位，假设全球铁 矿石供需基本保持平衡，则 2021 年铁矿石价格难有回落，因此我国以铁矿石为主要生产原料 的钢企将增加原料成本，长流程钢企盈利能力或将受到负面影响。短流程炼钢因原料以废钢为 主，自身环保优势远超长流程炼钢工艺，结合工信部关于推动钢
24、铁工业高质量发展的指导意 见（征求意见稿）中提到力争 2025 年将电炉钢产量比例提升至 15%且力争 20%，故短流程炼钢企业或将受到更多关注。（二）钢结构建筑综合碳排放降低，特钢需求或将增加自 2021 年初，多地出台政策以加大力度推动装配式钢结构建筑的发展。与传统建筑相比， 钢结构建筑碳排放优势主要体现在建材生产阶段与建筑施工阶段中，通过消耗更多钢铁以替代 部分钢筋混凝土的使用，以降低钢筋混凝土的综合碳排放量。从生命周期角度看，钢结构住宅 亦有利于废钢回收以为短流程炼钢提供原料，进而降低钢铁冶炼的碳排放量。中国建筑金属结 构协会会长郝际平指出。目前国内的装配式钢结构占比较少，未来须加大推
25、广力度。因此钢结 构用钢前景较好。此外，制造业升级、国产替代、产业结构优化调整等原因使得特钢的抗周期更强，也更符 合国家高质量发展的战略方向。特钢行业属于成长性行业，2019 年我国特钢产量 0.36 亿吨， 与同期粗钢产量比值为 3.6%，远不及德国等特钢发达国家。德国钢材的下 游需求中（2018 年）建筑为 35%，低于中国（2019 年）的 54%；使用特钢的汽车工业占比 26%，中国特钢出口量自 2016 年起出现逐年下滑，2020 年受疫情影响下滑至 1700 万吨，出口 金额也一路下行，海关总署数据显示特钢出口单价于 2020 年跌至 5000 元/吨附近，相比 2008 年 8000 元/吨以上差距明显。然而 2020 年国内疫情控制效果较好，中国制造业在海外制造业 遭受打击时发展重回正轨。与此同时，国内高端制造领域的进口替代趋势亦不断加强，特钢在 国内大力发展高端制造业、需求恢复较为顺利的前提下具备较大潜力。因此，特钢产品升级和 进口替代有望为中国特钢行业提供正向刺激。-全文完-
