中國(guó)作為全球最大鋼鐵生產(chǎn)國(guó)，2021年粗鋼產(chǎn)量10.33億噸，占全球粗鋼產(chǎn)量50%以上。我國(guó)鋼鐵工業(yè)二氧化碳排放量約占全國(guó)總量的15%，是制造業(yè)31個(gè)門類中碳排放量最大的行業(yè)。
  21世紀(jì)經(jīng)濟(jì)報(bào)道此前從中國(guó)鋼鐵工業(yè)協(xié)會(huì)了解到，《鋼鐵行業(yè)碳達(dá)峰實(shí)施方案》已由國(guó)家發(fā)改委、工信部等有關(guān)部門牽頭編制完成。
  中國(guó)鋼鐵行業(yè)將如何進(jìn)行綠色低碳轉(zhuǎn)型？哪些技術(shù)可以適應(yīng)當(dāng)前轉(zhuǎn)型的需求？
  近期，21世紀(jì)經(jīng)濟(jì)報(bào)道記者（以下稱《21世紀(jì)》）專訪了中國(guó)寶武鋼鐵集團(tuán)中央研究院首席研究員張永杰。張永杰表示，在實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰碳中和這場(chǎng)廣泛而深刻的經(jīng)濟(jì)社會(huì)系統(tǒng)性變革中，鋼鐵要形成自身獨(dú)特的低碳競(jìng)爭(zhēng)力。
  鋼鐵綠色低碳轉(zhuǎn)型的必要性與途徑
  《21世紀(jì)》：中國(guó)鋼鐵行業(yè)碳達(dá)峰實(shí)施方案以及碳中和技術(shù)路線圖基本成型，鋼鐵行業(yè)在推動(dòng)實(shí)現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)方面的優(yōu)勢(shì)是什么？
  張永杰：首先，鋼鐵材料綠色屬性優(yōu)勢(shì)。鋼鐵是高度可循環(huán)的綠色產(chǎn)品，是綠色經(jīng)濟(jì)的引擎，制造鋼鐵會(huì)產(chǎn)生一定的碳排放，但先進(jìn)鋼鐵材料作為減排推動(dòng)者產(chǎn)生的碳減排效益更加顯著。
  波士頓咨詢集團(tuán)和聯(lián)邦德國(guó)鋼鐵工程師協(xié)會(huì)【BCG and VDEh (2013), Steel’s Contribution to a Low-Carbon Europe 2050】研究認(rèn)為：鋼鐵推動(dòng)的二氧化碳減排量較鋼鐵生產(chǎn)過程中二氧化碳排放量平均多出6倍。鋼鐵作為對(duì)國(guó)家經(jīng)濟(jì)建設(shè)和社會(huì)發(fā)展貢獻(xiàn)最大的基礎(chǔ)材料之一，通過工藝創(chuàng)新，強(qiáng)度更高、壽命更長(zhǎng)、效能更好的鋼鐵產(chǎn)品將有力支撐社會(huì)實(shí)現(xiàn)低碳轉(zhuǎn)型。
  其次，市場(chǎng)選擇支撐其向零碳轉(zhuǎn)型。在全社會(huì)綠色低碳轉(zhuǎn)型過程，鋼鐵材料的市場(chǎng)需求與日俱增，這是市場(chǎng)選擇了鋼鐵這一綠色低碳材料的結(jié)果，屬于需求推動(dòng)。但是，由于全球?qū)︿撹F總量需求巨大，帶來巨大的能耗和資源消耗及排放不容忽視，鋼鐵的綠色低碳轉(zhuǎn)型是突破環(huán)境資源硬約束的需要。從產(chǎn)業(yè)間競(jìng)爭(zhēng)與國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)角度，以及從全產(chǎn)業(yè)鏈與全生命周期角度看，鋼鐵低碳競(jìng)爭(zhēng)力既是行業(yè)發(fā)展的需要，也是中國(guó)作為制造大國(guó)鋼鐵下游產(chǎn)業(yè)參與國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)的需要。
  第三，政策化引領(lǐng)與人才驅(qū)動(dòng)優(yōu)勢(shì)。最近工信部、發(fā)改委、生態(tài)環(huán)境部三部委出臺(tái)了《關(guān)于促進(jìn)鋼鐵工業(yè)高質(zhì)量發(fā)展的指導(dǎo)意見》。我國(guó)作為全球最大鋼鐵生產(chǎn)國(guó)，鋼鐵產(chǎn)業(yè)也是最為市場(chǎng)化的產(chǎn)業(yè)之一，產(chǎn)業(yè)的體量及具備的技術(shù)人員、技術(shù)基礎(chǔ)，有足夠的能力支撐其轉(zhuǎn)型。
  《21世紀(jì)》：鋼鐵行業(yè)將會(huì)從哪些方面進(jìn)行綠色低碳轉(zhuǎn)型，進(jìn)而為全社會(huì)綠色低碳發(fā)展賦能？目前有哪些相關(guān)技術(shù)可以適應(yīng)轉(zhuǎn)型的需求？
  張永杰：“雙碳”目標(biāo)實(shí)現(xiàn)、低碳競(jìng)爭(zhēng)力形成，技術(shù)很重要，科技是解決發(fā)展難題的金鑰匙。鋼鐵綠色低碳發(fā)展應(yīng)遵循能源與原料結(jié)構(gòu)創(chuàng)新、鋼鐵材料設(shè)計(jì)與應(yīng)用創(chuàng)新、工藝裝備流程創(chuàng)新等。
  能源結(jié)構(gòu)創(chuàng)新是指采用風(fēng)光水電、核能、生物質(zhì)能等零碳、低碳非化石能源在鋼鐵企業(yè)中的應(yīng)用，原料結(jié)構(gòu)創(chuàng)新是指低碳原材料的投入使用，如廢鋼、低碳的直接還原鐵（DRI）等；鋼鐵材料設(shè)計(jì)與應(yīng)用創(chuàng)新則是開發(fā)高強(qiáng)耐候耐侵蝕輕型長(zhǎng)壽的綠色產(chǎn)品，提高材料效率和循環(huán)利用效率，支撐下游用戶減碳等；工藝裝備流程創(chuàng)新則更多聚焦于具有顛覆性、前瞻性、突破性的新技術(shù)以實(shí)現(xiàn)流程脫碳，如氫能冶金、富氫碳循環(huán)高爐技術(shù)、二氧化碳捕集、利用或儲(chǔ)存技術(shù)(CCUS)等。
  另外，要深化智慧制造，將5G、大數(shù)據(jù)、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、人工智能等新一代信息技術(shù)應(yīng)用到企業(yè)的設(shè)計(jì)研發(fā)、生產(chǎn)制造、市場(chǎng)營(yíng)銷等各個(gè)環(huán)節(jié)，通過數(shù)字化賦能協(xié)力推進(jìn)鋼鐵制造綠色化以及制造綠色鋼鐵。鋼鐵行業(yè)要與多行業(yè)協(xié)同低碳，如鋼鐵-化工聯(lián)產(chǎn)，鋼鐵-建工聯(lián)產(chǎn)。所有這些，均有助于社會(huì)轉(zhuǎn)型發(fā)展。
  技術(shù)重構(gòu)推動(dòng)鋼鐵低碳競(jìng)爭(zhēng)力
  《21世紀(jì)》：之前中國(guó)寶武提出要?jiǎng)?chuàng)新高爐-轉(zhuǎn)爐生產(chǎn)方式和構(gòu)建富氫碳循環(huán)高爐技術(shù)體系和氫冶金技術(shù)來進(jìn)行減碳，在工藝流程重構(gòu)的過程中，技術(shù)創(chuàng)新的方向是什么？重構(gòu)工藝流程后，對(duì)鋼鐵生產(chǎn)過程中最大的變化影響是什么？
  張永杰：目前世界上主流的工藝是高爐-轉(zhuǎn)爐（BF-BOF）工藝和電爐(EAF)工藝，我國(guó)高爐-轉(zhuǎn)爐長(zhǎng)流程工藝占主導(dǎo)地位，2020年我國(guó)電爐鋼產(chǎn)量占比僅10.4%，與世界平均水平30%左右、美國(guó)近70%、中國(guó)以外其他地區(qū)50%左右相比，有較大差距。
  電爐路線發(fā)展是趨勢(shì)，一種是以廢鋼資源為冶煉原料，另一種是以直接還原鐵（DRI）為冶煉原料，DRI可利用氫氣、甲烷等低碳能源直接還原鐵礦石獲得。BF-BOF路線低碳化也將是創(chuàng)新重點(diǎn)，高爐是極高效率的反應(yīng)器，能源效率高達(dá)90%以上。
  富氫碳循環(huán)高爐、高爐煤氣CCUS以及轉(zhuǎn)爐大廢鋼比等，是歐洲ULCOS項(xiàng)目、日本COURSE50項(xiàng)目和韓國(guó)POSCO的研發(fā)重點(diǎn)，從能源效率角度分析，這些技術(shù)的應(yīng)用相比于新興工藝技術(shù)其碳排放不一定高很多。
  工藝流程重構(gòu)后，鋼鐵能量流和鐵素流將發(fā)生變化，對(duì)應(yīng)的能源網(wǎng)絡(luò)體系將面臨重建。例如，傳統(tǒng)流程的副產(chǎn)焦?fàn)t煤氣、高爐煤氣和轉(zhuǎn)爐煤氣量將發(fā)生巨大變化，而且其含有的氫氣、一氧化碳用作還原劑可能更有經(jīng)濟(jì)性；另一方面，隨著綠電技術(shù)進(jìn)步，其成本進(jìn)一步下降。流程重構(gòu)帶來鋼廠整體用能方式的變化，也將帶來能源系統(tǒng)重構(gòu)；寶鋼股份2020年獲冶金行業(yè)科技進(jìn)步一等獎(jiǎng)的一個(gè)項(xiàng)目就是嘗試分布式能源與物理信息融合系統(tǒng)（CPS）技術(shù)應(yīng)用對(duì)傳統(tǒng)鋼鐵能源的重構(gòu)與實(shí)踐，該工作在“雙碳”背景下將進(jìn)一步深化與推廣應(yīng)用。
  《21世紀(jì)》：中國(guó)寶武在現(xiàn)有技術(shù)創(chuàng)新重構(gòu)方面都做出了哪些探索和努力？
  張永杰：寶武集團(tuán)率先在行業(yè)內(nèi)提出實(shí)現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)時(shí)間表和路線圖，發(fā)起設(shè)立全球低碳冶金創(chuàng)新聯(lián)盟、寶武碳中和股權(quán)投資基金。
  寶武的低碳冶金技術(shù)路線規(guī)劃包括：鋼鐵流程極致能效減碳、重構(gòu)高爐工藝技術(shù)減碳、氫冶金技術(shù)減碳、短流程近終型制造技術(shù)減碳、循環(huán)經(jīng)濟(jì)減碳、二氧化碳資源化利用技術(shù)減碳等。
  一方面謀求顛覆性技術(shù)上取得突破，另一方面中國(guó)鋼鐵產(chǎn)業(yè)規(guī)模大，發(fā)展不均衡，現(xiàn)有最佳可行技術(shù)（BAT）的行業(yè)推廣節(jié)能減碳潛力也不容小覷。“雙碳”背景下，在現(xiàn)有BAT基礎(chǔ)上二次開發(fā)再創(chuàng)新，其商業(yè)價(jià)值凸顯。國(guó)際能源署（IEA）認(rèn)為，現(xiàn)有技術(shù)重構(gòu)到2050年累計(jì)可減碳21%。全流程能源效率提升是鋼鐵行業(yè)減碳的優(yōu)先工作，瞄準(zhǔn)余熱余能資源化、提升界面能效的創(chuàng)新與應(yīng)用，挑戰(zhàn)極致能效，實(shí)現(xiàn)應(yīng)收盡收。2020年我國(guó)噸鋼綜合能耗為0.545 噸標(biāo)煤/噸鋼，極致能效有望實(shí)現(xiàn)在此水平上繼續(xù)減碳3%至5%。
  此外，材料創(chuàng)新和綠色能源應(yīng)用也是寶武關(guān)注的重點(diǎn)。材料方面，高強(qiáng)耐候耐侵蝕輕型長(zhǎng)壽的綠色產(chǎn)品是產(chǎn)品研發(fā)的趨勢(shì)。能源方面，除外購綠色能源，截至2020年，寶鋼股份建成世界最大屋頂光伏發(fā)電項(xiàng)目97MW，2022年計(jì)劃開展風(fēng)電建設(shè)。
  鋼鐵低碳技術(shù)創(chuàng)新將成熱土
  《21世紀(jì)》：鋼鐵低碳產(chǎn)業(yè)技術(shù)創(chuàng)新存在哪些難點(diǎn)？如何突破？
  張永杰：首先是共性技術(shù)供給問題。共性技術(shù)是指一種有可能應(yīng)用到大范圍的產(chǎn)品或工藝中的概念、部件，或工藝，或科學(xué)現(xiàn)象的深入研究，英文原文的意思是（商業(yè)）競(jìng)爭(zhēng)前技術(shù)。
  鋼鐵共性技術(shù)的研發(fā)與應(yīng)用有利于鋼鐵低碳技術(shù)變革與重構(gòu)，但往往一方面由于共性技術(shù)的外部性導(dǎo)致純市場(chǎng)機(jī)制的共性技術(shù)供給不足，造成“市場(chǎng)失靈”；另一方面單個(gè)個(gè)體由于能力所限難以實(shí)現(xiàn)共性技術(shù)供給，而合作又難以實(shí)現(xiàn)共性技術(shù)的商業(yè)價(jià)值造成“組織失靈”。雙重失靈造成技術(shù)研發(fā)推廣困難。
  這需要政府、行業(yè)龍頭企業(yè)及其聯(lián)盟、行業(yè)專業(yè)研究開發(fā)院所發(fā)揮作用。一方面促進(jìn)共性技術(shù)的創(chuàng)新研發(fā)與推廣應(yīng)用，確定共性技術(shù)的共享層次；另一方面推動(dòng)法律法規(guī)制度健全，創(chuàng)造公平公正的競(jìng)爭(zhēng)環(huán)境，提供共性技術(shù)開發(fā)所需的部分資金支持。
  其次是知識(shí)產(chǎn)權(quán)保護(hù)。新技術(shù)、共性技術(shù)研發(fā)完成后，面臨外部侵權(quán)使用及規(guī)模擴(kuò)散，導(dǎo)致研發(fā)投入損失和維權(quán)損失，并造成新技術(shù)研發(fā)的掣肘。除了研發(fā)部門做好知識(shí)產(chǎn)權(quán)保護(hù)和應(yīng)用保護(hù)外，還需要鋼廠作為使用方要高度重視知識(shí)產(chǎn)權(quán)保護(hù)，同時(shí)需要政府建立健全并落實(shí)知識(shí)產(chǎn)權(quán)保護(hù)和懲罰機(jī)制。
  最后是碳市場(chǎng)和綠色金融賦能鋼鐵技術(shù)創(chuàng)新及成果產(chǎn)業(yè)化。碳市場(chǎng)的常規(guī)化運(yùn)行對(duì)于鋼鐵綠色低碳發(fā)展是風(fēng)險(xiǎn)也是機(jī)遇。鋼鐵企業(yè)需要充分把握碳市場(chǎng)的機(jī)遇，結(jié)合自身發(fā)展趨勢(shì)和特色，引導(dǎo)公共資金和綠色資金的關(guān)注。
  鋼鐵作為最具有全球競(jìng)爭(zhēng)力的產(chǎn)業(yè)之一，在綠色低碳轉(zhuǎn)型發(fā)展中，如果能實(shí)現(xiàn)低碳技術(shù)重構(gòu)、低碳技術(shù)創(chuàng)新體系重構(gòu)、低碳運(yùn)行體系技術(shù)重構(gòu)，將對(duì)整個(gè)中國(guó)社會(huì)的綠色低碳轉(zhuǎn)型，以及中國(guó)作為制造大國(guó)的低碳競(jìng)爭(zhēng)力提升起到中流砥柱作用。
  鋼鐵綠色低碳競(jìng)爭(zhēng)力的形成，蘊(yùn)藏著萬億商業(yè)機(jī)會(huì)。鋼鐵低碳技術(shù)創(chuàng)新，是今后幾十年鋼廠、低碳技術(shù)供應(yīng)方以及低碳技術(shù)創(chuàng)新生態(tài)圈各方的熱土。