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山西钢铁行业低碳转型的痛点在哪里?

2023/11/3 14:14:51   中国环境      人气:7571

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“山西省计划到2025年,短流程炼钢占比提升至5%以上。虽然只提升5%,但要考虑现实情况。此外,山西省还是全国焦炭生产基地,将于2050年以后,逐步成为全国最后退出焦化的省份。”近日,在由国际非政府组织钢铁观察联合亚洲气候行动者组织、能联社共同举办的钢铁行业碳减排国际交流会上,太原理工大学经济管理学院副教授寇静娜认为,在“双碳”目标下,山西省正在全面推进钢铁及焦化行业低碳转型,但面临多重挑战。

我国钢铁行业的高碳排放属性凸显

我国是世界钢铁生产和消费中心。自1996年粗钢产量破亿吨以来,我国钢铁产量已持续26年位列世界第一。2022年,全国累计生产粗钢10.18亿吨,全球占比54.0%。

作为我国的钢铁生产大省之一,近年来,山西省钢铁行业稳步发展。2021年,全省生铁、粗钢、钢材产量分别为5988.4万吨、6740.7万吨、6173.9万吨,粗钢产量在全国各省钢铁生产中排名第五。

但目前,山西省粗钢生产大部分采用长流程炼钢工艺。据介绍,2022年,其粗钢产量为6423万吨,长流程钢占比超过95%。

长流程炼钢即从铁矿石、原煤开始,经过多道工序,制成钢材。高炉、转炉是其关键设备。与之相对应,短流程炼钢指的是以废钢为主要原料,进行钢材生产。电弧炉是其关键设备。长流程炼钢在生产过程中所排放的二氧化碳量远远大于短流程生产工艺的碳排放量。长流程炼钢的高炉工序是最主要的碳排放环节,占碳排放总量的73%。

据国家统计局发布的数据,我国钢铁行业的二氧化碳排放量已经占据全国碳排放量的16%以上。根据世界钢铁协会的估计,每生产一吨钢平均会排放2.32吨二氧化碳。世界钢铁协会报告称,2021年,高炉、转炉工艺产生的二氧化碳高达3.2Gt,估计占整个钢铁行业年度全球温室气体排放量的86%。

因此,与会专家认为,高炉决定了炼钢产业对煤炭的依赖,加剧了整个产业价值链的排放。那么,我国钢铁行业是否能摆脱对煤炭的依赖呢?

山西钢铁焦化行业低碳转型面临挑战

据专家介绍,山西省的粗钢产量目前处于达峰平台期,未来产量将进入下降区间,2030年预计下降到5660万吨。“双碳”目标下,山西省的长流程钢不断缩减,短流程钢产量比重逐步提高。到2025年,短流程炼钢占比提升至5%以上。

工信部在2020年12月31日发布了《关于推动钢铁工业高质量发展的指导意见(征求意见稿)》,要求到2025年我国电炉钢产量比例提升至15%以上,力争达到20%。从数据上看,山西省到2025年计划提升的比例虽然只有5%,但要综合考虑山西省情。

山西省目前使用短流程电弧炉炼钢的只有太钢集团。短期内大力推进电炉钢改造,提高电炉钢占比并不现实,只能推动有技术基础的企业提升电弧炉冶炼工艺占比。

寇静娜说:“山西钢铁及焦化行业低碳转型面临多重挑战。在行业层面,挑战主要在于下游需求缩减,资产搁浅风险较大;行业集中度低,议价能力偏弱且不利于化产规模化生产;产学研协同效应偏弱,创新技术难以落地;区域经济社会贡献高,未来压减退出难度大;资源综合利用效率偏低,废钢加工配送体系建设有待完善等。在企业层面,焦炉煤气燃烧是碳排放的主要来源,清洁替代技术路径相对缺乏;钢铁及焦化行业排污环节多,环境治理难度大;产业链延伸不足,产品低端化问题突出;节能改造资金缺口大,财务负担重;企业精细化管理水平不足,专业能力有待提高。”

山西省钢铁行业发展现状。寇静娜供图

山西大学资源与环境工程研究所的吴海滨等人认为,山西省钢材呈现供大于求的现状,省内年钢材需求量仅2000余万吨。这是由于钢铁产业链过度集中在产业链中游即钢铁加工制造环节,产业链下游应用市场存在较大缺口。

此外,山西省钢铁行业集中度与全国平均水平及其他钢铁大省相比,还处于低位。其中,1000万吨以上规模的只有宝武太钢一家,10余家企业钢铁产能小于200万吨。企业规模小、数量多、布局散,不具备规模效益,科技水平低,产品缺乏竞争力,抗风险能力较弱。

使用可再生能源和绿氢炼钢,尽可能利用废钢

寇静娜告诉记者:“在山西钢铁、焦化行业低碳转型的过程中,有很多正面的案例。焦化企业中,山西焦化股份有限公司、山西美锦能源股份有限公司、山西亚鑫能源集团有限公司、山西鹏飞集团有限公司、山西华鑫煤焦化实业集团有限公司在焦炉煤气深加工、煤焦油深加工、多元化转型等方面都做出了积极探索。氢气和甲烷气体在焦炉煤气中占比较大。氢能和甲醇由于是部分战略性新兴产业发展的原材料,其发展成为焦化企业非煤转型的重要方向。煤焦油作为炭黑和针状焦的制取原材料之一,具有广阔的市场需求。多元化转型指企业结合所处环境和市场需求,开拓新的经济增长点,降低甚至摆脱对煤炭的依赖,跨产业转型。钢铁企业中,也有很多积极转型的例子。比如,晋南钢铁探索高炉氢冶金。2022年2月开始,晋南钢铁的高炉开始喷吹纯氢气,开展高炉氢冶金降碳减排项目。吨铁喷吹30立方米氢气可置换12公斤焦比。按铁水年产量640万吨核算,一年可减少焦炭消耗7.7万吨,减少二氧化碳排放24万吨。此外,晋南钢铁推动氢能重卡零碳物流园区和‘新能源+储能’项目建设。”

山西省级层面,政策全面推进钢铁焦化行业高质量发展。寇静娜供图

落基山研究所驻巴黎代表刘希元说:“钢铁技术需要向深度脱碳转变。高炉—转炉当前的碳排放强度大约为2.3吨二氧化碳/吨钢,如果融合绿氢,高效生产的话,碳减排潜力大约为20%—30%。废钢—电炉工艺当前的碳排放强度大约为0.4吨二氧化碳/吨钢,如果使用可再生能换,碳减排潜力为100%。气基直接还原铁—电炉工艺当前的碳排放强度大约为1.2吨二氧化碳/吨钢,如果使用可再生能源和绿氢,碳减排潜力为100%。电解还原工艺目前还未商业化,使用可再生能源的话,碳减排潜力也能达到100%。”

因此,未来,在绿氢还原铁矿石、使用清洁能源炼钢、尽最大可能利用废钢等方面,专家认为我国钢铁行业还有较大探索空间。