实现低成本钢铁减排的技术路线

应对气候变化需要各经济部门协同行动。钢铁行业作为最大的工业排放源，占全球二氧化碳排放量的7%，且由于城市化和工业化推动的钢铁需求激增，排放量预计还将增加。钢铁脱碳已成为战略重点，欧盟碳边境调节机制、美国《通胀削减法案》等政策及众多国家和钢铁企业的净零承诺进一步强化了这一趋势。然而，钢铁生产因高度依赖化石燃料及设施的碳锁定效应，脱碳难度极大，传统能效提升策略未来仅能再减排15-20%，实现碳中和需采用尚处发展初期且成本高昂的低碳和零碳技术。

多种脱碳策略已被识别，包括废钢回收、碳捕集、氢能、生物能源等，但其可行性取决于技术成熟度、经济性及与现有工厂的兼容性。全球数千家钢厂在工艺路线、生产成本、厂龄、位置及低碳能源获取等方面差异显著，“一刀切”策略无法满足各厂独特需求，可能阻碍碳中和目标实现。现有研究虽考虑了工厂差异，但缺乏对脱碳技术的综合 techno-economic 分析及厂级成本预测，未能定制成本效益路径。

为此，本研究开发了钢铁行业厂级净零路径模型（NZP-steel），整合全球工厂级数据集与技术成本预测，为2020-2050年全球各钢铁厂定制成本效益技术路径。该模型兼顾利益相关者经济利益与气候目标，为工厂提供可操作的脱碳策略。

当前，全球约4900家钢铁厂中，1967家贡献了98%的产量和80-90%的排放。不同工艺路线（如高炉-转炉、直接还原铁-电弧炉等）的生产成本差异显著，受原材料、能源价格、地区政策及规模效应影响。中国和欧盟的高炉-转炉钢厂成本较高，印度因本地铁矿石成本低而成本最低。

研究构建了包含20种脱碳技术的工具箱，结合组件学习曲线与厂级成本数据库预测未来成本。所有技术成本均随时间下降，但成熟度和成本差异大。短期（2030年前），能效提升是最成熟廉价的低碳选项，全球工厂应用后平均可降低生产成本20美元/吨钢，碳减排成本为-50美元/吨二氧化碳。长期（2030年后），带碳捕集的熔融还原技术（SR–BOF + CCS）将成熟且经济可行，中国工厂减排成本为7-15美元/吨二氧化碳，日韩欧工厂为26-75美元/吨二氧化碳。2040年后，绿氢炼钢预计在欧洲工厂额外减排0.3Gt二氧化碳，成本27-44美元/吨二氧化碳。

模型在不同政策情景下设计厂级路径：无政策干预时，仅少数工厂通过负成本能效提升减排，2050年仍排放2.8Gt二氧化碳；需政策干预推动深度脱碳。中部署情景（首次改造采用低碳技术，最后改造采用零碳技术）最具成本效益，2020-2050年累计减排22.4Gt二氧化碳，平均成本24.7美元/吨二氧化碳，优于早部署（减排更多但成本高）和晚部署（减排少）情景。

研究强调，需针对不同工厂定制路径：欧盟工厂2050年前需部署绿氢或SR–BOF + CCS等零碳技术；中国10年以上厂龄的高炉-转炉厂需分阶段改造；印度等需求增长地区需提前规划新建厂技术。同时，能效提升作为“低垂果实”可低成本减排7.8Gt二氧化碳，各国需标准化技术性能、加强运营管理。此外，脱碳成本高昂，政府需提供财政支持，如英国为钢铁企业提供资助、欧盟通过绿色创新基金支持研发。