宝武集团中央研究院首席研究员张永杰：钢铁绿色低碳竞争力的形成，蕴藏万亿商业机会

  2022年03月02日 18:27 21世纪经济报道 21财经APP 李德尚玉

  钢铁绿色低碳竞争力的形成，蕴藏着万亿商业机会。钢铁低碳技术创新，是今后几十年钢厂、低碳技术供应方以及低碳技术创新生态圈各方的热土。

  21世纪经济报道记者李德尚玉 实习生任怡北京报道日前，工信部、国家发改委、生态环境部等三部委联合发布的《关于促进钢铁工业高水平发展的指导意见》(以下简称《意见》)提出，力争到2025年，钢铁工业基本形成布局结构符合常理、资源供应稳定、技术装备先进、质量品牌突出、智能化水平高、全球竞争力强、绿色低碳可持续的高水平质量的发展格局。钢铁行业“确保2030年前碳达峰”。

  21世纪经济报道此前从中国钢铁工业协会了解到，《钢铁行业碳达峰实施方案》已由国家发改委、工信部等有关部门牵头编制完成，将于2022年适时发布。中国作为全球最大钢铁生产国，2021年粗钢产量10.33亿吨，占全球粗钢产量50%以上。中国钢铁工业二氧化碳排放量约占全国总量的15%，是制造业31个门类中碳排放量最大的行业。

  中国钢铁行业碳达峰实施方案以及碳中和技术路线图基本成型，钢铁行业将会从哪几个方面着手进行绿色低碳转型？哪些技术能适应当前转型的需求？中国宝武提出要创新高炉-转炉生产方式和构建富氢碳循环高炉技术体系和氢冶金技术来减碳，重构工艺流程后，对钢铁生产过程中最大的变化影响是什么？

  近期，21世纪经济报道记者（以下称《21世纪》）带着以上问题，专访了中国宝武钢铁集团中央研究院首席研究员张永杰。张永杰表示，钢铁作为产业之米，是绿色经济的引擎，在实现碳达峰碳中和这场广泛而深刻的经济社会系统性变革中，钢铁要形成自身独特的低碳竞争力。这不仅需要钢铁材料技术与制造技术方面的系统创新，重视颠覆性、前瞻性、突破性技术对行业的影响，以技术重构推动钢铁绿色低碳转型发展，同时要求钢厂、钢铁行业乃至上下游相关产业运行体系进行变革，构建并不断完善低碳技术创新架构，推动形成钢铁绿色低碳发展体系。

  《21世纪》：中国钢铁行业碳达峰实施方案以及碳中和技术路线图基本成型，钢铁行业在推动实现“双碳”目标方面的优势是什么？

  张永杰：首先，钢铁材料绿色属性优势。钢铁是高度可循环的绿色产品，是绿色经济的引擎，制造钢铁会产生一定的碳排放，但先进钢铁材料作为减排推动者产生的碳减排效益更加显著。

  波士顿咨询集团和联邦德国钢铁工程师协会（BCG and VDEh (2013), Steel’s Contribution to a Low-Carbon Europe 2050）研究认为：钢铁推动的二氧化碳减排量较钢铁生产过程中二氧化碳排放量平均多出6倍。钢铁作为对国家经济建设和社会发展贡献最大的基础材料之一，通过工艺创新，强度更高、寿命更长、效能更好的钢铁产品将有力支撑社会实现低碳转型。

  其次，市场选择支撑其向零碳转型。在全社会绿色低碳转型过程，钢铁材料的市场需求与日俱增，这是市场选择了钢铁这一绿色低碳材料的结果，属于需求推动。行业有识之士认为，钢铁是碳“答案”而非碳“问题”。但是，由于全球对钢铁总量需求巨大，带来巨大的能耗和资源消耗及排放不容忽视，钢铁的绿色低碳转型是突破环境资源硬约束的需要。从产业间竞争与国际竞争角度，以及从全产业链与全生命周期角度看，钢铁低碳竞争力既是行业发展的需要，也是中国作为制造大国钢铁下游产业参与国际竞争的需要。

  第三，政策化引领与人才驱动优势。最近工信部、发改委、生态环境部三部委出台了《关于促进钢铁工业高质量发展的指导意见》。我国作为全球最大钢铁生产国，钢铁产业也是最为市场化的产业之一，产业的体量及具备的技术人员、技术基础，有足够的能力支撑其转型。

  《21世纪》：钢铁行业将会从哪些方面进行绿色低碳转型，进而为全社会绿色低碳发展赋能？目前有哪些相关技术能适应转型的需求？

  张永杰：“双碳”目标实现、低碳竞争力形成，技术很重要，科技是解决发展难题的金钥匙。钢铁绿色低碳发展应遵循能源与原料结构创新、钢铁材料设计与应用创新、工艺装备流程创新等。

  能源结构创新是指采用风光水电、核能、生物质能等零碳、低碳非化石能源在钢铁企业中的应用，原料结构创新是指低碳原材料的投入使用，如废钢、低碳的直接还原铁（DRI）等；钢铁材料设计与应用创新则是开发高强耐候耐侵蚀轻型长寿的绿色产品，提高材料效率和循环利用效率，支撑下游用户减碳等；工艺装备流程创新则更多聚焦于具有颠覆性、前瞻性、突破性的新技术以实现流程脱碳，如氢能冶金、富氢碳循环高炉技术、二氧化碳捕集、利用或储存技术(CCUS)等。

  另外，要深化智慧制造，将5G、大数据、工业互联网、人工智能等新一代信息技术应用到企业的设计研发、生产制造、市场营销等各个环节，通过数字化赋能协力推进钢铁制造绿色化以及制造绿色钢铁。钢铁行业要与多行业协同低碳，如钢铁-化工联产，钢铁-建工联产。所有这些，均有助于社会转型发展。

  张永杰：首先，钢铁是技术密集型行业，钢铁应做到低碳技术创新引领，并将其输出到其他行业。

  第二，突出钢铁材料及其副产品的绿色属性，钢铁材料替代支撑下游应用减碳，副产品如钢渣替代水泥生产，引导公众、社会转变对钢铁的认知。

  第三能源的发展离不开钢铁，钢铁行业应关注绿色能源研发并参与到风电、光伏和氢能等能源工程、绿色装备领域基础建设中，支撑钢铁行业获得充足且廉价的绿色能源。

  第四，参与政府机构、协会、联盟等活动中，开展政策建议或参与制定，实施标准引领，并争取绿色公共资金的支撑。

  第五，创建跨行业、跨产业的低碳创新生态圈，从国家标准层面顶层设计、通盘考虑推动钢铁与上下游用户协同减碳。设想一下，20年推倒重建的建筑与百年土木工程碳排放强度的变化，标准引领、上下游协同减碳绝不是一句空话。中国宝武联合全球钢铁企业及生态圈伙伴成立了“全球低碳冶金创新联盟”，尝试钢铁绿色低碳重构，带动行业绿色发展。

  《21世纪》：之前中国宝武提出要创新高炉-转炉生产方式和构建富氢碳循环高炉技术体系和氢冶金技术来进行减碳，在工艺流程重构的过程中，技术创新的方向是什么？重构工艺流程后，对钢铁生产的全部过程中最大的变化影响是什么？

  张永杰：目前世界上主流的工艺是高炉-转炉（BF-BOF）工艺和电炉(EAF)工艺，我国高炉-转炉长流程工艺占主导地位，2020年我国电炉钢产量占比仅10.4%，与世界中等水准30%左右、美国近70%、中国以外别的地方50%左右相比，有较大差距。

  电炉路线发展是趋势，一种是以废钢资源为冶炼原料，另一种是以直接还原铁（DRI）为冶炼原料，DRI可利用氢气、甲烷等低碳能源直接还原铁矿石获得。BF-BOF路线低碳化也将是创新重点，高炉是极高效率的反应器，能源效率高达90%以上。

  富氢碳循环高炉、高炉煤气CCUS以及转炉大废钢比等，是欧洲ULCOS项目、日本COURSE50项目和韩国POSCO的研发重点，从能源效率角度分析，这些技术的应用相比于新兴工艺技术其碳排放不一定高很多。美国劳伦斯伯克利实验室认为该工艺可实现高炉流程减碳50%，这也许就是企业家们重视技术创新、投资技术创新，目前多种技术路线百舸争流的精彩所在。

  工艺流程重构后，钢铁能量流和铁素流将发生明显的变化，对应的能源网络体系将面临重建。例如，传统流程的副产焦炉煤气、高炉煤气和转炉煤气量将发生巨大变化，而且其含有的氢气、一氧化碳用作还原剂可能更有经济性；另一方面，随着绿电技术进步，其成本进一步下降。流程重构带来钢厂整体用能方式的变化，也将带来能源系统重构；宝钢股份2020年获冶金行业科学技术进步一等奖的一个项目就是尝试分布式能源与物理信息融合系统（CPS）技术应用对传统钢铁能源的重构与实践，该工作在双碳背景下将进一步深化与推广应用。

  张永杰：中国宝武长期关注钢铁技术重构，不断探索突破性低碳技术，贡献解决行业共性难题发挥有突出贡献的公司引领作用，宝武集团率先在行业内提出实现“双碳”目标时间表和路线图，发起设立全球低碳冶金创新联盟、宝武碳中和股权投资基金。

  宝武的低碳冶金技术路线规划包括：钢铁流程极致能效减碳、重构高炉工艺技术减碳、氢冶金技术减碳、短流程近终型制造技术减碳、循环经济减碳、二氧化碳资源化利用技术减碳等。我带领的团队主要聚焦钢铁极致能效研发技术，并于2019年在冶金工业出版社出版《钢铁低碳高能效共性难题研发技术与应用》一书，希望能给行业分享宝武集团绿色低碳研发技术实践。

  一方面谋求颠覆性技术上取得突破，另一方面中国钢铁产业规模大，发展不均衡，现有最佳可行技术（BAT）的行业推广节能减碳潜力也不可以小看。“双碳”背景下，在现有BAT基础上二次开发再创新，其商业经济价值凸显。国际能源署（IEA）认为，现存技术重构到2050年累计可减碳21%。全流程能源效率提升是钢铁行业减碳的优先工作，瞄准余热余能资源化、提升界面能效的创新与应用，挑战极致能效，实现应收尽收。2020年我国吨钢综合能耗为0.545 吨标煤/吨钢，极致能效有望实现在此水平上继续减碳3%至5%。

  此外，材料创新和绿色能源应用也是宝武关注的重点。材料方面，高强耐候耐侵蚀轻型长寿的绿色产品是产品研发的趋势。能源方面，除外购绿色能源，截至2020年，宝钢股份建成世界最大屋顶光伏发电项目97MW，2022年计划开展风电建设。

  《21世纪》：钢铁行业在进行碳减排的过程中，还存在着很多困难，目前有咋样的技术方式来确保钢铁如期实现碳中和？

  张永杰：绿色发展是系统工程，钢厂重视各工序的低碳技术，也重视工序间、全流程系统低碳技术，而且有必要推进跨专业、跨厂界、跨产业重构技术，与别的行业广泛互动，构建绿色低碳产业生态链，深化产业合作，推动协同发展。

  某种程度而言，单个行业的碳中和，存在很多难以克服的问题，目前的认识水平是最终还需要兜底的技术CCUS（carbon capture，utilization and storage，碳捕捉、利用与封存）。

  除此之外，钢铁行业也可与农林行业的资源互通，合作共赢。2021年，我和指导的博士生团队，参加Musk基金会出资1亿美元委托XPrize组织全球碳去除征集比赛，获学生组最高奖，也是中国仅有的两支队伍之一。通过生物能源与碳捕获和储存( BECS)技术，利用钢铁工业余热为农林废弃生物质干燥、热解炭化提供全部或部分热源，热解产生的生物质炭可制备炭基复合肥用于盐碱地、荒漠地土壤改良，同时实现土壤“碳汇”，形成负碳技术。

  张永杰：首先是共性技术供给问题。共性技术是指一种有可能应用到大范围的产品或工艺中的概念、部件，或工艺，或科学现象的深入研究，英文原文的意思是（商业）竞争前技术。

  钢铁共性技术的研发与应用有利于钢铁低碳技术变革与重构，但往往一方面由于共性技术的外部性导致纯市场机制的共性技术供给不足，造成“市场失灵”；另一方面单个个体由于能力所限难以实现共性技术供给，而合作又难以实现共性技术的商业经济价值造成“组织失灵”。双重失灵造成研发技术推广困难。

  这需要政府、行业有突出贡献的公司及其联盟、行业专业研究开发院所发挥作用。一方面促进共性技术的创新研发与推广应用，确定共性技术的共享层次；另一方面推动法律和法规制度健全，创造公平公正的竞争环境，提供共性技术开发所需的部分资金支持。

  其次是知识产权保护。新技术、共性技术研发完成后，面临外部侵权使用及规模扩散，导致研发投入损失和维权损失，并造成新技术研发的掣肘。除了研发部门做好知识产权保护和应用保护外，还需要钢厂作为使用方要格外的重视知识产权保护，同时需要政府建立完整并落实知识产权保护和惩罚机制。

  最后是碳市场和绿色金融赋能钢铁技术创新及成果产业化。碳市场的常规化运行对于钢铁绿色低碳发展是风险也是机遇。钢铁企业要充分把握碳市场的机遇，结合自己发展的新趋势和特色，引导公共资金和绿色资金的关注。

  钢铁作为最具有全球竞争力的产业之一，在绿色低碳转型发展中，如果能实现低碳技术重构、低碳技术创新体系重构、低碳运行体系技术重构，将对整个中国社会的绿色低碳转型，以及中国作为制造大国的低碳竞争力提升起到中流砥柱作用。

  钢铁绿色低碳竞争力的形成，蕴藏着万亿商业机会。钢铁低碳技术创新，是今后几十年钢厂、低碳技术供应方以及低碳技术创新生态圈各方的热土。

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