“碳中和”下的钢铁行业发展趋势及机会展望

1、目录 HYPERLINK l _TOC_250010 钢铁行业能源消耗密集，减碳势在必行 6 HYPERLINK l _TOC_250009 我国钢铁行业碳排放量占我国碳排放总量近 20% 6钢铁行业碳减排方案：预计 2030 年减少碳排放 30% 7 HYPERLINK l _TOC_250008 钢铁行业重点减排路径研究 9 HYPERLINK l _TOC_250007 我国钢铁消费预计将进入平台期，2030 年后将逐步下降 9 HYPERLINK l _TOC_250006 我国将主要依靠提升电炉产能占比，减少碳排放量 11 HYPERLINK l _TOC_250005 发达国家发展

2、经验表明，电炉占比提升成为必然发展趋势 11 HYPERLINK l _TOC_250004 废钢回收迎来快速扩张期，为电炉发展奠定基础 12 HYPERLINK l _TOC_250003 废钢供给增加使电炉生产成本下降，成本优势促电炉占比提升 15 HYPERLINK l _TOC_250002 依靠电炉比例提升便可基本实现减排目标 15 HYPERLINK l _TOC_250001 “碳捕捉”“氢冶金”路径亟需解决技术和经济性瓶颈 16 HYPERLINK l _TOC_250000 预计钢铁行业减排将依托“碳限额”和提高电炉占比实现 20行业迎来“新材料”时代，钢企“转型升级”势在必

3、行 . 21图表目录图 1：钢铁生产企业温室气体排放及核算边界 6图 2：钢铁行业碳排放量及占比（亿吨、%） 7图 3：2017 年钢铁行业二氧化碳排放量来源（%） 7图 4：美国城市化率与粗钢产量（万吨、%） 9图 5：日本城市化率与粗钢产量（万吨、%） 9图 6：德国城市化率与粗钢产量（万吨、%） 9图 7：法国城市化率与粗钢产量（万吨、%） 9图 8：1950-2019 中国城市化率与粗钢产量（万吨、%） 10图 9：历年美国电炉比与粗钢产量变化情况（万吨，%） 11图 10：历年德国电炉比与粗钢产量变化情况（万吨，%） 11图 11：历年日本电炉比与粗钢产量变化情况(万吨,%) 11图

4、 12：历年中国电炉比与粗钢产量变化情况（万吨，%） 11图 13：中国云贵川地区电价优势明显（人民币元/千瓦时） 12图 14：2010-2020 废钢供应及增速（万吨，%） 13图 15：2010-2020 废钢需求及增速（万吨，%） 13图 16：长流程钢坯生产成本长期低于电弧炉钢坯成本（元/吨） 15图 17：氧气高炉技术示意图 17图 18：氢基熔融还原法技术示意图 17图 19：瑞典钢铁 HYBRIT 项目流程示意图 19图 20：德国萨尔茨吉特钢铁 SALCOS 项目设想图 19图 21：2018 年美国钢材分行业消费结构（%） 21图 22：2018 年中国钢材分行业消费结构（

5、%） 21表 1：不同流程生产一吨钢水产生的二氧化碳排放量 7表 2：发达国家钢铁产量下降幅度对比（万吨） 10表 3：我国社会钢铁蓄积量情况预测 13表 4：中国废钢资源产生量预测 13表 5：废钢铁产业“十三五”发展规划 14表 6：我国钢铁行业电炉比例提升碳减排推演测算 16表 7：钢铁行业重点公司估值表（元/股、亿股、亿元、元、倍） 21钢铁行业能源消耗密集，减碳势在必行我国钢铁行业碳排放量占我国碳排放总量近 20%我国是世界上最大的钢铁生产国和消费国。2019 年，我国粗钢产量占世界总产量的 53%。与此同时，我国也是世界上最大的钢铁消费国，钢铁行业涉及面广、产业关联度高、消费拉动大

6、，在经济建设、社会发展、就业稳定等方面发挥着重要作用，是我国工业的支柱性行业，约占我国 GDP 的 5%。钢铁行业是能源消耗密集行业，化石燃料及电力消耗是碳排放的主要来源。由发改委编制的中国钢铁生产企业温室气体排放核算方法与报告指南（试行）中明确，核算钢铁生产过程的温室气体排放源包括燃料燃烧排放、工业生产过程排放、电力和热力调入调出产生的排放和固碳产品隐含的二氧化碳排放。 图 1：钢铁生产企业温室气体排放及核算边界资料来源：钢铁生产企业温室气体排放及核算边界、研究钢铁行业碳排放量居制造业首位。截至 2017 年，中国钢铁行业碳排放量约占中国碳排放总量的 18%，是碳排放量最高的制造行业。全球每

7、年生产高达 18 亿吨粗钢，其中超过 50%的钢产于中国内地，中国钢铁行业碳排放量约占全球钢铁行业碳排放总量的 60%。2020 年，我国粗钢产量为 10.53 亿吨，其中短流程占比约为 13%，按照长流程吨钢排放量 2.1 吨，短流程吨钢排放量 0.4 吨，测算 2020 年钢铁行业碳排放量约为 19.79 亿吨。我国钢铁生产以长流程为主，而长流程企业平均吨钢碳排放大幅高于短流程。我国钢铁行业目前以长流程的高炉生产为主，从而造成我国钢铁行业碳排放仍旧以焦炭、焦炉煤气和煤为主要排放源，该部分占比高达 76%。长流程炼钢过程中需要利用冶金煤和喷吹煤作为还原剂，其吨钢碳排放量远高于短流程。当前中国

8、长流程企业吨钢二氧化碳排放量在 2.17-2.2 吨之间，短流程企业平均吨钢二氧化碳排放量在 0.28-0.62 吨之间。我国钢铁行业仍以碳排放量大的长流程为主，2019 年，长流程粗钢产量约占 90%，因此平均吨钢碳排放水平仍旧偏高。图 2：钢铁行业碳排放量及占比（亿吨、%） 图 3：2017 年钢铁行业二氧化碳排放量来源（%）其他2%焦炉煤气3%焦炭64%其他燃气22%原煤9%焦炉煤气原煤其他燃气焦炭其他资料来源：CEADs 中国碳核算数据库、研究资料来源：CEADs 中国碳核算数据库、研究生产流程二氧化碳排放量（kg/吨）电力（kWh/t)二氧化碳总排放（kg/吨）高炉+转炉（153kg

9、PCI）21111872198高炉+转炉（250kgPCI）20841842170Corex+电炉16396321934Hismelt+电炉16003701970电炉（150kg/t 铁水）396478619电炉（100%废钢）68458282表 1：不同流程生产一吨钢水产生的二氧化碳排放量资料来源：CEADs 中国碳核算数据库、研究钢铁行业碳减排方案：预计 2030 年减少碳排放 30%我国承诺将在 2030 年实现碳达峰，2060 年实现碳中和。2020 年 9 月，我国在联合国大会上提出争取 2060 年前实现碳中和，原文为“应对气候变化巴黎协定代表了全球绿色低碳转型的大方向，是保护地球

10、家园需要采取的最低限度行动，各国必须迈出决定性步伐。中国将提高国家自主贡献力度，采取更加有力的政策和措施，二氧化碳排放力争于 2030 年前达到峰值，努力争取 2060 年前实现碳中和”。预计 2030 年，我国钢铁行业较峰值降低 30%。钢铁行业是 31 个制造业门类中碳排放量最大的行业，是实现“碳达峰、碳中和”的重要制造行业之一。据人民网报道，“在 3 月 20 日举行的 2021（第十二届）中国钢铁发展论坛上，有关人士透露，钢铁行业碳达峰及降碳行动方案（以下简称行动方案）已经形成修改完善稿，钢铁行业碳达峰目标初步定为：2025 年前，钢铁行业实现碳排放达峰；到 2030年，钢铁行业碳排放

11、量较峰值降低 30%。”1行动方案中提出，实现碳达峰目标有五大路径，分别是：推动绿色布局、节能及提升能效、优化用能及流程结构、构建循环经济产业链，和应用突破性低碳技术。1 人民网：钢铁行业碳达峰及降碳行动方案正在修订 提出五大路径/s?id=1694763419352135981&wfr=spider&for=pc推动绿色布局方面：要优化产业布局，严禁新增产能，加大绿色物流，推广全生命周期绿色产品。节能及提升能效路径：包括推广先进适用节能低碳技术、提高余热余能自发电率、应用数字化智能化技术。优化用能及流程结构路径：包括原燃料结构优化、废钢资源回收利用、发展新能源及可再生能源。构建循环经济产业链

12、路径：包括区域能源整合、固废资源化利用和推动钢化联产。应用突破性低碳技术路径：包括应用氢冶炼技术等多个方面。钢铁行业重点减排路径研究研究分析认为，当前实现钢铁行业减排的主要举措将依次为：提高能源利用率、超低排放改造和提高电炉比例。在未来的发展过程中，同时发展绿色循环经济、钢化联产；低碳冶金技术、碳捕捉等其他技术路径也将获得探索式发展，但是认为短期无法形成主流。我国钢铁消费预计将进入平台期，2030 年后将逐步下降发达国家钢铁消费在城市化率 70%后，基本进入平台期，且逐步小幅下降纵观发达国家如美国、日本、德国、法国均在 40、50 年代至 70 年代有快速的发展。一方面，战后经济复苏，各国产业

13、结构调整，工业化快速发展扩大钢铁需求，钢铁工业成为许多国家重点发展行业。另一方面，城市化伴随工业化崛起，从而进一步催生建筑、基础设施等对于钢材的需求。同时，钢铁行业技术发展，氧气顶吹转炉与连铸等技术广泛应用使得钢铁生产能力得以加强。城镇化伴随工业化发展，是钢铁行业发展的内生动力。参考日本钢铁行业产量的增加，其和日本城镇化发展的速度高度相关，1946-1973 年日本钢铁产能加速发展的阶段也正是其城市化率快速攀升的这一阶段。 图 4：美国城市化率与粗钢产量（万吨、%） 图 5：日本城市化率与粗钢产量（万吨、%）1600014000120001000080006000400020001900190

14、81916192419321940194819561964197219801988199620042012090%80%70%60%50%40%30%20%10%0%14000120001000080006000400020000100%80%60%40%20%0%190019081916192419321940194819561964197219801988199620042012美国粗钢产量美国城市化率(%)-右轴日本粗钢产量日本城市化率(%)-右轴资料来源：国际钢铁协会、研究资料来源：国际钢铁协会、研究 图 6：德国城市化率与粗钢产量（万吨、%） 图 7：法国城市化率与粗钢产量（万吨、%

15、）7000600050004000300020001000190019081916192419321940194819561964197219801988199620042012080%78%76%74%72%70%68%66%64%62%30002500200015001000500090%80%70%60%50%40%30%20%10%0%190019081916192419321940194819561964197219801988199620042012德国粗钢产量德国城市化率(%)-右轴法国粗钢产量法国城市化率(%)-右轴资料来源：国际钢铁协会、研究资料来源：国际钢铁协会、研究根据世

16、界城镇化发展普遍规律，30%-70%这一阶段一般是城镇化率的快速发展区间，对于钢材需求的拉动也十分明显。全球主要发达国家美国、日本、德国、法国均符合这一特点。而在城市化率迈过 70%向更高占比提升时对钢材需求的拉动却不明显。我们认为城市化的前期伴随着工业化，第二产业包括制造业和建筑业是城市化的主要拉动，从而拉动钢材需求。而城市化后期主要由第三产业拉动，对于钢材需求的拉动有限。表 2：发达国家钢铁产量下降幅度对比（万吨）德国美国日本1974 年/1973 年59401368096042019 年396387607121降幅（%）-33%-36%-26%资料来源：国际钢铁协会、日本钢铁工业联合会、

17、研究注：1、钢铁消费达峰时间，德国为 1974 年，美国和日本均为 1973 年。2、日本因钢铁出口规模较大，而采用数据为：粗钢产量-净出口量受我国人口基数庞大影响，预计当前我国钢铁消费在城市化率达到 60%后，便开始进入平台期，且随着时间推移钢铁消费量将逐步下降。对比中国，我国的城镇化率经过第一阶段(19491978 年)的起步徘徊时期，第二阶段 (19792000 年)稳定快速发展时期。当前正处于第三阶段(2000 年至今)加速型发展时期的后期，大中型中心城市规模不断扩大，城市经济活跃，城市综合发展水平得到极大提高。截至 2018 年，国内的城市化率达到 59%，这一阶段平均每年城市化率增

18、加 1.29 个百分点。由于中国仍属于发展中国家，我们认为当前中国城市化率已经超过 60%，已经进入加速发展时期的后期。随着我国城市化率和建筑业增速的放缓，钢材新增需求将逐步减少，且建筑行业材料效能提升（如使用高强钢）、新型替代材料的突破也将进一步削减钢铁的替换需求，预计后期国内钢铁需求将逐步企稳并小幅回落。由于我国钢材需求逐步进入平台期，为确保钢铁行业平稳健康运行，粗钢产量也将进一步得到控制。2020 年，中国粗钢产量为 10.53 亿吨，未来随着需求逐步企稳并小幅回落，预计粗钢产量也将逐步下降。从节能减排方面来看钢铁去产量的问题，我们认为主要可以通过减少长流程炼钢产量来达到“碳达峰、碳中和

19、”目的。 图 8：1950-2019 中国城市化率与粗钢产量（万吨、%）资料来源：国家统计局、研究10我国将主要依靠提升电炉产能占比，减少碳排放量发达国家发展经验表明，电炉占比提升成为必然发展趋势发达国家和地区钢产量达到顶峰后，电炉工艺出现了高速发展。发达国家随着城市化率进入 70%以上以后，基建、房地产用钢需求快速下降。钢铁需求由螺纹钢为主，逐步转变为机械设备、精工制造等高品质钢材需求；而与此同时，经过长期的积累，经济流通环节开始产生大量的废钢，因此以电炉为代表的的短流程生产得到快速发展。美国在粗钢产量达到峰值后，电炉比（电炉工艺产量占钢产量的比例）开始快速上升，目前达到 68%。德国的发展

20、过程中也有相似的情况，目前电炉比在 30%。日本在 1971 1996 年也出现类似增长，但在 1996 年后电炉比反而下降，目前在 25%。短流程生产是否具有成本优势才决定行业长期趋势。我们分析判断德国和日本电炉比例维持在 25-30%左右的主要原因是电价昂贵，电弧炉相较于长流程没有成本优势，其次德国、日本的产品结构以汽车、家电用的扁平材为主，电炉工艺暂时无法替代。美国则以建筑业的结构钢为主。图 9：历年美国电炉比与粗钢产量变化情况（万吨，%） 图 10：历年德国电炉比与粗钢产量变化情况（万 吨，%）160001400012000100008000600040002000080%70%60%

21、50%40%30%20%10%36629225479803610593131491570618263208202337625933284903104733603361603871741274438300%7000600050004000300020001000040%35%30%25%20%15%10%5%190019061912191819241930193619421948195419601966197219781984199019962002200820140%美国粗钢产量电炉占比(%)-右轴德国粗钢产量电炉占比(%)-右轴资料来源：国际钢铁协会、研究资料来源：国际钢铁协会、研究图 11

22、：历年日本电炉比与粗钢产量变化情况(万 吨,%)图 12：历年中国电炉比与粗钢产量变化情况（万 吨，%）1400012000100008000600040002000040%35%30%25%20%15%10%5%1900190719141921192819351942194919561963197019771984199119982005201220190%12000010000080000600004000020000025%20%15%10%5%190019071914192119281935194219491956196319701977198419911998200520122019

23、0%日本粗钢产量电炉占比(%)-右轴中国粗钢产量电炉占比(%)-右轴资料来源：国际钢铁协会、研究资料来源：国际钢铁协会、研究目前我国电价具备优势，按照全国工业电价均价计算，略高于美国，但是远低于日本、德国。而我国云贵川地区电价优势明显，云南地区远低于美国；而四川、贵州电价基本与美国相当，具备大规模发展电炉潜力。 图 13：中国云贵川地区电价优势明显（人民币元/千瓦时）资料来源：国家能源局，图说电价，研究注：美国、日本、德国、中国为 2019 年工业电价；云南、四川、贵州、上海、山东和河北北网电价为能源局公布 2018 年平均售电价废钢回收迎来快速扩张期，为电炉发展奠定基础需求快速增加，目前国内

24、废钢供给紧平衡目前我国废钢供应偏紧。根据中国废钢铁应用协会数据，由于各方面的原因，废钢加工企业的数量未能有确切的统计数量。自 2015 年工信部开展废钢铁加工企业准入活动后，至 2020 年共有 478 家企业成为工信部准入企业，加工能力 1.5 亿吨，如果按入围企业能力占总能力 55%计算，整个废钢加工企业加工能力接近 2.7 亿吨。2020 年，我国废钢供给 2.6 亿吨，进口量忽略不计。将废钢加工企业产能和社会回收废钢相比较，2020 年我国废钢加工企业产能利用率为 95%，供给偏紧。在需求环节，根据中国废钢铁应用协会数据，2020 年钢铁企业用废钢 2.3 亿吨，铸造企业用 2025

25、万吨，其它企业用 1000 万吨，合计约 2.6 亿吨。近几年废钢需求的快速增加主要来自于钢铁企业需求的快速攀升。近几年钢铁企业废钢应用量在 2015 年到达阶段性低谷，从 2016 年开始明显增加，2020 年我国主要钢铁企业（转炉+电炉）废钢使用量约1.88 亿吨，较 2015 年增长了 175%。综上，我们认为当前国内废钢供需总体偏紧，当前随着短流程产量的增加以及长流程废钢添加量增长，使得我国从 17 年开始废钢需求量陡增。而在供给端，由于在废钢加工环节目前国内废钢加工产能增加不及需求，导致整体供需偏紧，废钢价格较高。 图 14：2010-2020 废钢供应及增速（万吨，%） 图 15：

26、2010-2020 废钢需求及增速（万吨，%）300002500020000150001000050000中国废钢产量：合计合计增速（右）80%70%60%50%40%30%20%10%0%-10%-20%300002500020000150001000050000合计需求合计增速（右）70%2602560%50%40%30%20%10%0%-10%-20% 资料来源：Mysteel、研究资料来源：Mysteel、研究废钢储蓄量增加，政策加大支持回购加工；叠加进口放开，废钢供给逐步宽松根据中国电炉炼钢科学发展论坛上发表的中国废钢资源状况及未来电炉流程趋势，中国的钢铁蓄积总量预计到 2020 年

27、将接近 100 亿吨，到 2030 年将接近 130 亿吨，中国废钢铁产生量预计 2020 年为 2.092.14 亿吨，2030 年达到 3.223.46 亿吨。目前看这一预测由于低估了近两年国内粗钢产量从而低估了 2020 年相应的钢铁储蓄量和废钢资源产生量。而根据中国废钢铁应用协会预测，我国废钢供给将在 2025 年、2030 年、2035年分别达到 2.9 亿吨、3.4 亿吨、3.9 亿吨。年份社会钢铁蓄积量/亿t年份社会钢铁蓄积量/亿t201572.42023E113.4201678.52024E117.1201784.62025E120.4201890.22026E123.3201

28、995.32027E126.42020E100.22028E129.12021E104.72029E1312022E109.12030E132.6资料来源：中国废钢资源状况及未来电炉流程趋势、申万宏源研究表 3：我国社会钢铁蓄积量情况预测年份社会钢铁蓄积量折算法/亿t钢铁产品生命周期法/亿 t20151.581.5520161.711.6920171.961.8720182.001.9020192.041.982020E2.142.102021E2.262.152022E2.382.242023E2.492.40表 4：中国废钢资源产生量预测年份社会钢铁蓄积量折算法/亿t钢铁产品生命周期法/亿

29、 t2024E2.612.642025E2.723.042026E2.823.122027E2.933.222028E3.033.282029E3.123.352030E3.223.46资料来源：中国废钢资源状况及未来电炉流程趋势、研究近几年，为了更好地规范废钢产业，以及促进产业发展，国家出台了一系列的政策标准和支持。2012 年工业和信息化部发布废钢铁加工行业准入条件和废钢铁加工行业准入公告管理暂行办法，意在规范行业发展。2015 年 7 月商务部等 5 部门印发再生资源回收体系建设中长期规划（2015-2020），鼓励各类资本进入再生资源回收、分拣和加工环节，积极推进跨地区、跨行业、跨所有

30、制资产重组，促进产业集聚和整合。2016 年 12 月，中国废钢铁应用协会发布了废钢铁行业“十三五”发展规划。序号目标1炼钢的废钢比比“十二五”翻一番达到 20%，其中转炉废钢比力争达到 15%以上，电炉钢比要逐步提高，并力争摆脱电炉转炉化2废钢铁加工行业准入企业达到 300 家，加工量达到年消耗量的 50%以上3提高废钢铁加工装备水平，先进的加工设备（破碎线、门式剪切机、移动加工设备等）能力超过 60%4加快钢铁渣开发利用步伐，全力推进渣尾渣的高附加值利用及资源化产品的推广应用5重点开展废钢铁加工企业大型设备和质检等关键岗位人员培训，培训率达 95%以上6崇尚生态文明价值观，大力发展废钢铁产

31、业文化表 5：废钢铁产业“十三五”发展规划资料来源：废钢铁产业“十三五”发展规划、研究支持钢企与废钢回收企业合作，建设一体化废钢铁加工配送中心。2020 年 7 月，工业和信息化部印发京津冀及周边地区工业资源综合利用产业协同转型提升计划(20202022年)，其中提到统筹区域内资源配置，发挥现有产能优势，引导废旧金属资源向优势企业集聚。推进钢铁企业短流程炼钢技术应用，支持一批钢铁生产企业与废钢回收加工企业合作，建设一体化大型废钢铁加工配送中心。以精细拆解、清洁提取、高效富集为导向，以智能化和数字化管理为手段，在区域内培育一批再生铜、再生铝高值化利用标杆企业。再生钢铁原料发布实施，推动再生钢铁原

32、料进口。2020 年 12 月 14 日，国家市场监督管理总局批准发布再生钢铁原料推荐性国家标准，该标准已于 2021 年 1 月 1日起正式实施。再生钢铁原料标准的出台，不仅可以推动优质再生钢铁原料资源进口，提高我国铁素资源保障能力，缓解钢铁行业过度依赖铁矿石的现状，还能提高再生钢铁原料品质，满足我国钢铁行业高质量发展的需求。我们认为随着国内钢铁储蓄量的增加，以及政策规范和支持下，我国废钢产业将健康发展，产能将逐步提高。同时废钢再进口的放开也能够进一步增加国内废钢的供给，使得国内废钢供给可以跟得上快速发展的需求，供需改善下废钢价格有望具备性价比。废钢供给增加使电炉生产成本下降，成本优势促电炉

33、占比提升当前由于国内废钢供给偏紧，因而其市场价格较高，使用废钢炼钢的成本一般高于铁水炼钢成本。2015 年之前，短流程电弧炉由于成本过高，钢厂通常将电炉“转炉化”，原料以铁水为主，以短流程方式生产的电炉几乎没有。2017 年之后去产能和淘汰中频炉见效显著，行业盈利提升，同时由于淘汰中频炉使得废钢需求下降，废钢价格下跌，电弧炉废钢冶炼相较于长流程一度具备成本优势。另外，对于长流程企业来说，废钢作为铁水的替代品可以一定程度上提高钢厂产量，这使得长流程企业在行业盈利较好的阶段，大量的添加废钢，以追求产量的最大化。 图 16：长流程钢坯生产成本长期低于电弧炉钢坯成本（元/吨）资料来源：Wind、研究由

34、于成本劣势，我国电炉产粗钢增长一直低于总产量增长，电炉产量占比整体下降。得益于供给侧改革带来的整体行业盈利的回暖，电炉作为边际产能在近几年快速复产，产量占比得以提升，2019 年达到 11%。我们分析认为如果国内废钢价格随着废钢回收在政策推动下逐步实现产业链专业化，使得废钢供给不断增加，废钢价格预计呈下降态势；叠加高炉长流程生产，在“碳达峰、碳中和”背景下，减排成本不断上升，最终导致电炉短流程生产成本低于高炉长流程生产成本，未来国内短流程粗钢占比将有明显提升。依靠电炉比例提升便可基本实现减排目标参考发达国家发展历程，预计 2025 年我国钢铁产量达到顶峰 10.8 亿吨，其后钢铁产量逐年下降，

35、预计到 2030 年我国钢铁产量较顶峰下降 11%，至 9.8 亿吨；到 2060 年我国钢铁产量较顶峰下降 30%，下降至 7.5 亿吨。在各项技术指标不变的前提下，预计随着我国废钢回收的增加，尤其是产业链专业化回购推广后，单靠电炉比例的提升便可以完成我国碳排放减少目标。到 2030 年我国钢铁碳排放将较 2020 年下降 29%，到 2060 年下降 87%。基本完成“碳达峰、碳中和”减排目标。20192020E2025E2026E2027E2028E2029E2030E2060E粗钢产量(万吨）99542104519107655106578104446101313982749532575

36、307增长率（%）5%3%-1%-2%-3%-3%-3%-21%转炉钢（废钢单耗/ kgt-1）149149149149149149149149149电炉钢（废钢单耗/ kgt-1）467467514524534544554564984废钢消耗总量（万吨）183141956225000265002800029500310003250080000废钢消耗总量增加（万吨）15001500150015001500长流程粗钢产量（万吨）88592919779022486311811557483468748628855410短流程粗钢产量（万吨）10950125421743120267232912647

37、9295263244169898长流程粗钢占比（%）89%88%84%81%78%74%70%66%7%短流程粗钢占比（%）11%12%16%19%22%26%30%34%93%转炉钢铁量（kg/t）10621062106210621062106210621062电炉钢铁（kg/t）984984984984984984984984984转炉钢（铁水单耗/kgt-1）913913913913913913913913电炉钢（铁水单耗/kgt-1）517517470460450440430420铁水需求（万吨）86546904599056788125845767997475463710390长流程吨

38、钢碳排放量（吨）2.12.12.12.12.12.12.12.12.1短流程吨钢碳排放量（吨）0.270.270.260.260.250.250.240.240.2非化石能源发电占比（%）32.10%32.50%35%36%37%38%39%40%50%碳排放合计（亿吨）18.919.6519.418.6417.6316.3715.1613.982.53表 6：我国钢铁行业电炉比例提升碳减排推演测算资料来源：统计局、Mysteel、研究“碳捕捉”“氢冶金”路径亟需解决技术和经济性瓶颈除减少长流程粗钢占比外，短期钢企还可以通过全流程能效提升，降低吨钢碳排放。钢铁企业可以采用诸多低成本减排技术，从

39、生产源头、生产过程以及运输环节降低能耗，进而减少碳排放量。除了上述提高电炉比例外，还可以全流程能效提升、提高副产煤气利用；实现超低排放改造、实施清洁运输改造等，均可有效降低吨钢碳排放量。但中长期来看，利用低碳技术改造现有的长流程炼钢工艺，是实现钢铁行业实现“零排放”的长效路径。在降低当前钢铁冶炼工艺能耗的基础上，目前有两条技术路径可实现 “净零碳排放”：（1）使用可持续生物质和含固废的燃料结合碳捕捉、利用和封存技术减排二氧化碳；（2）使用氢气直接还原工艺路径。相比之下，使用碳捕捉、利用和封存技术对传统的钢铁生产工艺改动不大，属于初步阶段；而使用氢气冶金是未来技术发展的方向和最终目标，目前成本较

40、高。目前根据行业技术发展现状，可以进一步探索发展的低碳冶金技术路径有：氧气高炉技术：主动提高二氧化碳浓度，以便于捕捉封存氧气高炉技术可提升现有高炉的冶炼效率，且有效降低碳排放。该技术主要通过采用大量喷吹煤粉替代焦炭，用纯氧代替热空气鼓风，同时提高炉顶煤气利用率的方式。该技术一方面可以有效提高高炉冶炼效率 50%-200%，另一方面，整体碳排放强度可以减少约 15%-20%，且有效地提高高炉尾气中的二氧化碳浓度达到近 40%（传统高炉仅为约 20%），更有利于实现减排和碳捕捉技术的应用。氧气高炉是欧盟超低二氧化碳炼钢技术研发项目的技术路线之一。 图 17：氧气高炉技术示意图资料来源：国际钢铁协会

41、、研究熔融还原技术：以煤为基可以增加二氧化碳浓度，以氢为基可以减排 20%熔融还原不依赖焦炭提供对炉内炉料的支撑。煤基熔融还原技术仍然采用煤作为还原剂，但它并不依赖焦炭提供对炉内炉料的支撑。工艺不使用焦炭，不需建焦炉和化工设施。该工艺尾气中的二氧化碳浓度极高（约为 90%），使其非常适合与碳捕捉、利用和封存技术结合使用，可将碳排放强度降低高达 80%。该技术工艺共有 30 余种，但到目前为止，只有奥钢联开发的 COREX、韩国 POSCO 和奥钢联联合开发的 FINEX 炼铁工艺发展到了工业化规模。 图 18：氢基熔融还原法技术示意图资料来源：内蒙古赛思普科技有限公司，研究氢基熔融冶金技术就是

42、利用氢作为还原剂代替碳还原剂，从而实现减少二氧化碳排放的目的。内蒙古赛思普科技有限公司年产 30 万吨氢基熔融还原法高纯铸造生铁项目已经于2020 年底试车。该 30 万吨熔融还原项目可实现喷氢量 1 万吨/年，年减排二氧化碳 10.5万吨/年的目标。本工艺取消了污染较大的烧结、球团和焦化工序，二氧化碳排放指标仅相当于传统高炉的 80%。该技术因为氢气成本较高，仅适用于生产高附加值产品，主要应用于风电、核电、高铁等高端铸件领域。而以上氧气高炉技术和熔融还原技术，均一定程度上以来“碳捕捉”技术方可以实现大规模减排。当前碳捕捉技术极不成熟，根据波士顿咨询公司的报告，目前钢铁冶炼行业的碳捕捉成本在

43、50 美元230 美元/每吨范围内，成本较为高昂，仍存在一些技术和成本的壁垒，尚未被应用到长流程炼钢工艺中，IPCC 也承认碳捕捉技术进步存在极大不确定性，在其预测的全球 2050、2100 年电源结构中，配套碳捕捉的化石能源及生物质能下限均接近零，而上限较高。氢气冶金技术：已不存在冶金技术障碍，主要是氢储存和成本问题难以解决。高炉富氢喷吹，作为热源和还原剂。该技术主要从高炉风口喷吹氢气，既可以是纯氢，也可以是富氢气体，例如焦炉煤气（氢含量约为 55%）或天然气。通过风口喷吹的氢气不仅可以作为热源，还可以作为还原剂，部分替代喷吹煤。尽管该技术有一定的前景，但由于氢气还原反应吸热，其喷吹比例受到

44、限制，因此，其最高仅可降低碳排放强度约 15%左右。目前，安赛乐米塔尔集团和蒂森克虏伯钢铁正在研究该项技术。氢气直接还原炼钢是可行且能够大规模实施的脱碳技术路线。目前氢气还原炼钢技术已在天然气直接还原铁（DRI）工艺中得以应用，DRI 工艺还原剂中氢气占比达到 60%，吨钢碳排放较长流程可下降 30%。目前全球相对较为成熟且运行的项目主要是瑞典钢铁的 HYBRIT 项目。HYBRIT 项目的基本思路是：在高炉生产过程中用氢气取代传统工艺的煤和焦炭（氢气由清洁能源发电产生的电力电解水产生），氢气在较低的温度下对球团矿进行直接还原，产生海绵铁（直接还原铁），并从炉顶排出水蒸气和多余的氢气，水蒸气在

45、冷凝和洗涤后实现循环使用。但是 HYBRIT 项目采用的氢冶金工艺成本比传统高炉冶炼工艺高 20%30%。除此之外，德国萨尔茨吉特钢铁公司发起的 SALCOS（萨尔茨吉特低碳炼钢）项目和由奥钢联发起的 H2FUTURE 项目也从不同角度设想工艺流程实现“氢冶金”循环经济。 图 19：瑞典钢铁 HYBRIT 项目流程示意图 图 20：德国萨尔茨吉特钢铁 SALCOS 项目设想图 资料来源：国际钢铁协会、研究资料来源：国际钢铁协会、研究目前国内龙头钢企正积极布局低碳冶金技术。由于低碳冶金技术投资量大，龙头钢企具有明显资金和技术优势，目前国内主要龙头钢企正积极布局低碳冶金技术。河钢集团：2020 年

46、 11 月，河钢与卡斯特兰萨特诺恩签订了合同，建设氢能源开发和利用工程，这该项目主要包括一座年产 60 万吨的 ENERGIRON 直接还原厂。该直接还原厂将使用含氢量约 70%的补充气源。除了氢冶金之外，河钢与中国工程院战略咨询中心、中国钢研、东北大学四方联合共建了“氢能技术与产业创新中心”，并自行建设加氢站，以配合开展氢能重卡钢铁物流运输示范项目。酒钢集团：2019 年 9 月，酒钢集团公司成立氢冶金研究院。目前，酒钢集团公司正在建设世界上首套煤基氢冶金中试装置及配套的干磨干选中试装置，已顺利完成煤基氢冶金中试基地热负荷试车及部分中试试验。技术已经不存在障碍，瓶颈在于氢能存储和降低生产成本

47、。另外技术依旧依赖使用铁矿石，与我国废钢大规模增加的行业背景相悖。目前国际钢铁公司的技术探索可见当前氢气还原炼钢技术问题已被实现，实现氢气直接还原炼铁的关键是需要有足够的、低成本的可再生或者绿色氢气，且需要有配套的氢气传输和存储设备。目前高密度氢气储存一直是世界级难题，氢的密度仅为 0.0899kg/m，是水的万分之一。目前储氢方法主要分为低温液态储氢、高压气态储氢及储氢材料储氢三种。低温液态储氢存在成本高、材料要求高的不经济性弊端，而高压气态储氢则占用空间大、且存在泄漏爆炸隐患，储氢材料储氢可以解决上述两种方式的弊端，但是目前存在技术瓶颈尚未解决。氢气价格方面，根据国际能源署汇总数据，在中国生产氢气各种不同技术路径的成本：电网电解水制氢成本最高（约 5.5 美元/kg）；可再生能源发电制氢成本（约 3 美元/kg）；天然气加碳捕捉与贮存制氢（约 2.5 美元/kg）；天然气制氢（约 1.8 美元/kg）；煤制氢（1 美元/kg）；煤加碳捕捉与贮存制氢（1.5 美元/kg）。