作者:華強森(Jonathan Woetzel)、許浩、汪小帆和廖緒昌

編者按??

在“中國加速邁向碳中和”系列的開篇文章中,我們暢想了2050年由電動汽車、氫氣煉鋼、光伏發電、綠色儲能等新能源元素主導的碳中和世界,這一愿景的實現也意味著全球需要在2030年將人為造成的二氧化碳凈排放量較2010年減少約45%,并于2050年達到“凈零排放”。面對目標與時間的雙重挑戰,碳中和轉型的道路亟待開啟。在各國競相開展具體的研究與落地工作之時,中國也在第七十五屆聯合國大會一般性辯論中率先提出了“碳達峰、碳中和”目標。聯合國可持續發展目標13“氣候行動”是麥肯錫中國區社會責任的關注重點之一。在此關鍵節點上,麥肯錫在中國區正式啟動中國大規模碳中和轉型研究公益項目,借助麥肯錫全球可持續發展研究的豐富經驗,結合對中國社會、行業和企業的全面理解和深刻洞見,動員全球百余人知識力量,開展橫跨各大主要工業板塊的碳中和轉型趨勢、對策和技術研究,希望能為中國早日達成碳中和目標略盡綿力。

作為該系列文章的第二篇,本文將以鋼鐵行業為樣本繼續展開碳中和轉型研究。未來我們還將陸續發布一系列文章,內容涵蓋煤化工、水泥、油氣、電力等高碳排放行業,涉及碳減排路徑剖析、新興技術研討、投資成本預測、國際實踐分享等眾多主題,也會探究傳統碳減排工藝革新、碳捕集利用與封存(CCUS)、氫能等新型碳減排技術的最新趨勢等。在持續推進此項研究的過程中,我們非常歡迎各界專家同仁不吝賜教,您可在留言區提出寶貴意見,也可直接與團隊取得聯系。我們期待與社會各界共同推進綠色中國碳中和轉型之路。

中國鋼鐵行業碳中和轉型的必要性

鋼鐵行業是我國工業的支柱性行業,約占我國GDP的5%。鋼鐵行業涉及面廣、產業關聯度高、消費拉動大,在經濟建設、社會發展、就業穩定等方面發揮著重要作用。我國鋼鐵行業在全球也舉足輕重,鋼鐵產量占全球總產量的半壁江山。然而,目前我國鋼鐵行業仍以碳排放強度高的長流程為主,粗鋼產能約占90%。在碳中和承諾以及去產能的雙重壓力下,我國鋼鐵行業面臨嚴峻挑戰。

目前,中國鋼鐵行業碳排放量約占中國碳排放總量的15%,是碳排放量最高的制造行業。全球每年生產和使用高達18億噸鋼鐵,其中將近50%的鋼產于中國內地,中國鋼鐵行業碳排放量也約占全球鋼鐵行業碳排放總量的50%。根據麥肯錫測算,如果要實現本世紀末全球平均氣溫上升不超過1.5℃的情景,到2050年中國鋼鐵行業須減排近100%,這是極具挑戰的目標,需要從鋼鐵消費、生產、技術、供應等多個關聯領域共同推進零碳轉型。

中國鋼鐵行業碳中和轉型路徑

綜合考量成本、技術成熟度和資源可用性,我們認為需求減少、能效提升,以及廢鋼再利用、碳捕集利用與封存(CCUS)、氫氣直接還原煉鋼(H2-DRI-EAF)等技術的加速推動是中國鋼鐵行業碳中和的重要抓手。據此,我們繪制了中國鋼鐵行業從2020年到2030和2050年的減排路徑圖(見圖1)。

常規情形下的需求縮減(A)預計到2050年將貢獻約35%的二氧化碳減排。對鋼鐵表觀需求的影響因素來自于三方面:新增需求、替換需求及庫存變化。隨著城市化和建筑業增速的放緩(見圖2),鋼鐵新增需求將較往年減少。此外,建筑行業材料效能提升(如使用高強鋼)、新型替代材料的突破也將進一步削減鋼鐵的替換需求。隨著國內供給側改革去庫存的進一步深化,鋼鐵企業高位庫存減少也將帶來表觀需求的下降。展望未來,如果鋼鐵行業被納入我國的碳價格體系(具體包括對鋼鐵企業碳排放進行收費、收稅、排放交易等),將可能推動鋼鐵需求進一步下降。同時,隨著歐盟排放交易體系(EU ETS)等國際碳價格體系的加速推進,我國鋼鐵出口將面臨更大的挑戰,但也會給“低碳鋼鐵產品”帶來新的市場機遇。加之國內大力控制鋼鐵產能產量的良性發展,我國鋼鐵產能將保持內需為主、出口為輔的局面。值得注意的是

當前的減排路徑分析較大程度上取決于需求變化,這意味著碳中和轉型的步伐將根據需求急劇加速(或放緩)。若企業追求持續的綠色增長,應當為碳中和轉型工作做最充分的準備。

能效提升(B)是技術成熟的無悔之舉,到2050年有約1.8億噸二氧化碳的減排潛力;預計到2050年將貢獻全行業15%的二氧化碳減排。能效變革有三大主要驅動因素:

一是產能升級和替換

我們預計到2030年有約2000萬噸碳減排潛力來自小型高爐-轉爐(年均產能<1000萬噸)向大型高爐-轉爐(年均產能>2000萬噸)的自然升級,共覆蓋約2.5億噸產能;?

二是卓越運營

鋼鐵企業始終不懈追求卓越運營,通過不斷完善標準、提高標準化操作水平,同時將關鍵指標向下分解、將運營能力與績效掛鉤、改善運營流程,鋼鐵行業在過去十年實現了7.5%的能效提升。對標業內最佳能效水平,預計未來30年能效提升可達10%-15%;

三是原輔料優化

企業因碳減排而在鐵礦石、焦炭、熔劑等品類上優先利用高品質原料,實現長流程鋼鐵生產碳排放強度的降低。

電爐+廢鋼(C)是更優先、成熟且靈活的手段,鋼鐵制造過程中66%的碳排放來自于長流程(BF-BOF)中的高爐煉鐵過程,而利用廢鋼則可以采用碳排放更低的電爐短流程(EAF)進行生產,并且通過綠電實現碳減排也更具有經濟性。隨著國內廢鋼供應量的上升,預計中國未來的電爐鋼比例將由當前的約10%增加到2025年的15%,并且長流程廢鋼利用能力也可能進一步提升。我們預測,到2050年通過電爐+廢鋼替代長流程煉鋼,可貢獻鋼鐵行業二氧化碳累計減排量的20%。廢鋼有三大主要來源(如圖3):

一是國內回收:鑒于廢棄鋼材的增加,特別是來自機械和汽車兩大行業,預計80%的新增廢鋼供給將源于國內廢鋼回收;

二是回收效率提升:政府持續引導廢鋼行業整合并出臺利好的財務和稅收政策,將促使鋼鐵企業主動使用廢鋼;

三是放開進口廢鋼:2020年12月《再生鋼鐵原料》國家標準的批準和近期優質廢鋼進口的放開,預計將提高廢鋼整體供應并降低廢鋼成本。

減排缺口(D)仍需由碳捕集利用與封存、氫氣直接還原煉鋼等成本更為高昂、尚在發展之中的手段來填補。氫氣直接還原煉鋼的成本主要來自于氫氣生產,其核心是電價;碳捕集利用與封存則需要相匹配的地質條件,如靠近衰退期油田、鹽水層等。因此我們認為具體技術部署應基于區域性評估,因地制宜選擇方案。

我們建議中國鋼鐵企業考慮以下四種路徑彌補減排缺口:

一是碳捕集利用與封存規模化

代表地區為環渤海地區(東北、津冀、山東)。其有集中化的鋼廠,供應全國超過40%的鋼鐵產量,同時還有火電、油氣、水泥等其他高碳排放強度的工業,有望實現碳捕集利用與封存規模化基礎設施建設,攤薄資本支出成本(如管道等)。且其靠近衰退期油田,運輸效率高,還可通過油獲實現額外收益。

二是氫氣直接還原煉鋼試點

代表地區為西南地區(四川、云南、重慶、貴州)。其擁有豐富的綠色電力和水資源,可能實現低成本的綠氫生產,經濟性高。瑞典、德國、奧地利等國已有氫能煉鋼項目投產,國內寶武、河鋼、酒鋼等鋼鐵企業也開始了氫能煉鋼探索試點。

三是電爐+廢鋼的循環經濟

代表地區為沿海地區(浙江、福建、廣東)。其特點是鋼鐵需求高,廢鋼供應充足,但區域長流程鋼鐵產能低,目前供應主要靠區域外輸入。未來,廢鋼-電爐的循環經濟模式可能成為區域鋼鐵供應的主要模式。在此基礎上只要實現電力的低碳供應,即可很好地實現碳中和轉型。

四是關注過渡性技術

即不能實現鋼鐵碳中和但能顯著降低碳排放強度的新技術,例如爐頂煤氣循環、高爐噴吹氫氣、直接熔融還原等;鋼鐵行業實現碳中和還需要30年的歷程,過渡技術能夠補足一部分減排缺口,給零碳鋼鐵技術的發展創造空間。

此外,鋼鐵行業也在持續推動超低二氧化碳排放煉鋼工藝(ULCOS)技術的發展,包括生物質煉鋼、新型直接還原工藝(ULCORED)、新型熔融還原工藝(HISarna)和電解鐵礦石工藝(ULCOWIN/ULCOLYSIS)。這些探索距離工業化還有一定距離,但隨著技術不斷發展成熟,未來有可能更好地支持鋼鐵行業碳中和轉型。

對鋼鐵企業的啟示

一、大刀闊斧,建立流程碳排基線,尋找碳減排機會

深入理解“十四五”時期國家碳中和目標對鋼鐵產業鏈的影響,根據企業目前碳排情況制定減排目標,并在資產層面制定具體減排措施,計算其減排潛力和投資回報情況,即經濟效益、投資成本、運營成本和風險預估,從中找出最可行、最經濟的碳減排路徑。

二、伺時而動,分析碳中和轉型對需求的影響,抓住增長客戶群體

評估主要下游客戶在低碳環境下的需求變化,找到低碳增長點。對新增長機會,分析潛在收益來確定重點發展方向,并制定進入方案。例如,提前布局廢鋼回收企業以確保廢鋼供應,在產能升級置換過程中對選擇長、短流程的科學評估,特鋼企業可探索“零碳鋼鐵產品”帶來的新出口機遇,等等。

三、未雨綢繆,預測碳中和轉型對鋼鐵產業鏈的影響,提前布局潛在機遇

對于鋼鐵企業來說,從中長期看需要因地制宜地評估未來碳捕集或氫能煉鋼技術的產業布局。鋼鐵行業領先的頭部企業也可考慮進入新能源、電動車、氫能、生物質能及碳捕捉等新興領域,率先投資未來十年低碳技術的新浪潮。

結束語

實現“零碳中國 ”,需要未來十年持之以恒的關鍵舉措與實際行動。我們認為,碳中和轉型早已不是“可選項”,而是如箭在弦的“必選項”。我們希望通過近期推出的一系列文章為盡快落實碳中和轉型提供思路和洞見,觸發更多思維激蕩和觀點碰撞,與社會各界協力構建零碳社區,推動各方共同努力實現深度變革。

在近期的一系列微信推文中,我們將就重點產業碳減排(包括煤化工、水泥、油氣產業等)、電力行業碳減排以及新型碳減排技術(碳捕集利用與封存、氫能等)展開深度論述。歡迎各界同仁在留言區與我們交流觀點,或直接與團隊取得聯系。

自2021年起,麥肯錫中國區以每年投入相當于全體員工1%工時的公益服務為目標,聚焦聯合國可持續發展目標“優質教育”“氣候行動”與“性別平等”,提供跨行業連接、戰略賦能和洞見分享平臺,鼓勵員工與各界伙伴的深度參與。

作者:

華強森(Jonathan Woetzel
麥肯錫資深全球董事合伙人及麥肯錫全球研究院聯系院長,常駐上海分公司

許浩
麥肯錫全球董事合伙人,常駐北京分公司

汪小帆
麥肯錫全球董事合伙人,常駐上海分公司

廖緒昌
麥肯錫資深項目經理,常駐香港分公司

本文作者感謝馮梓君、高雅、黃逸楠、李雅婷、廖建凱、林天惠、盧奕丞、謝瑢、姚宇涵、葉婧文、于冰清、袁子葳、張明亮、趙佳茵(按姓氏字母順序排名)對本文的貢獻。

 

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