高炉脱碳成本几何?

但由于预计所有钢铁生产链条上减碳相关的成本都比目前使用的主流技术更加昂贵，该转型也将带来巨大的成本支出。本期行业洞察我们对钢铁生产环节中排放体量最大的高炉环节简要评估：碳价要达到什么水平才会推动对高炉减排技术的资金投入。

高炉减排：从何入手，如何实现？

面对政策制定者和其他利益相关者的脱碳压力，世界各地的高炉钢厂都在认真思考如何能够在不影响自身竞争力的前提下，改变自己的工艺流程以减少碳排放。

本文将重点分析最有效的两条高炉环节减碳途径：

1. 以球团矿代替烧结矿，提高炉料质量。

2. 更换通过风口注入高炉的还原剂。目前，不可再生的煤粉喷吹工艺应用最为普遍。但另有三种领先的替代气源可以达到减排目的，它们是：

1. Natural gas 天然气
2. Blue H2 and 蓝氢，和
3.Green H2 绿氢

作为对钢铁行业边际减排成本研究的一部分，我们使用了CRU钢铁成本模型来测算碳价需要上涨多少才能在全球范围内激励企业广泛采用这两种减排途径。

改用球团矿可减少高炉15%的排放量

在全球钢铁上游产业（不包括采矿和运输）中，如果使用烧结与球团配比为3:1的炉料，则高炉生产每吨铁水的平均排放量（包括所有直接和间接排放）为1.71吨二氧化碳。如果世界各地的高炉钢厂可以将其炉料组合中的所有烧结矿转换为球团矿，则每吨铁水将可减少0.27吨二氧化碳排放。其中，减少烧结矿用量贡献的减排量为每吨铁水0.14 吨二氧化碳。其余0.13吨减排量或占高炉排放量的10%可归功于高炉料层透气性的改善和相应焦炭消耗量的降低。

在使用球团的同时喷吹天然气，可减少25%的排放

在使用球团的基础上，如果将煤粉喷吹工艺改为成熟的喷吹天然气工艺，高炉排放量可以进一步减少10%。许多亚洲和欧洲的高炉冶炼厂在八十年代后期改用煤粉喷吹技术以降低成本。 但美国和其他天然气价格较低的国家仍然继续使用天然气。使用此工艺的高炉，每生产一吨铁水可减少0.16吨二氧化碳排放。

在使用球团矿的同时喷吹氢气，可减少 40% 的排放

目前正在试验的氢气喷吹工艺比例较低。一旦该项技术实现商业化，结合球团炉料的使用，高炉排放量将可减少约 40%。具体而言，使用蓝氢可减少38%的排放量，而使用绿氢可减少42%的排放量。

碳价如何在绿色钢铁转型过程中发挥作用

使用 CRU 的钢铁成本模型，我们分析了在四种碳价情景下，上述不同高炉脱碳途径的全球平均铁水生产成本。所有情景的成本计算均基于 2021 年原材料平均价格，未考虑其对碳价的敏感性。我们假设全球适用相同碳价，并且所有钢厂都按照欧盟碳排放交易体系（EU ETS）第四阶段（Phase IV Stage I）的规定获得了免费配额，同时可以轻松地以市场价格出售其多余的碳配额。

情景假设1：

目前，亚洲和欧洲的高炉钢厂采用煤粉喷吹工艺，美国和俄罗斯的高炉钢厂采用天然气喷吹工艺，即使全球都实行欧盟2021年65美元/吨的平均碳价，这些高炉钢厂也仍会维持目前的工艺流程不作改变。

情景假设2：

随着碳价上涨至 85 美元/吨，改用球团可为高炉带来最优成本。但如果所有高炉钢厂都试图改用球团炉料，那么能否以当前市场价格保证球团供应将成为主要制约因素。有关该主题的更多详细信息，请参阅我们的《最新球团市场分析》（仅限 CRU 订阅客户），CRU 《铁矿石市场展望》的订阅客户可同时阅览。

情景假设3：

碳价需要达到180 美元/吨，才能激励全球使用天然气作为高炉喷吹气源。由于目前全球天然气价格飙升，达到这一目标所需的碳价门槛应该还会高于我们估算的水平。

情景假设4：

假设每吨铁水注入25公斤氢气，置换率为每公斤煤粉0.19公斤氢气，则碳价要达到275美元/吨才会激励企业使用蓝氢。尽管蓝氢比绿氢的生产成本更低，但此种工艺需要解决的问题是，如此大规模地利用或储存二氧化碳是否可行，以及在其生产中完全避免碳排放的实际操作限制。

根据我们的估算，目前向高炉中注入绿氢生产1吨铁水的成本比注入蓝氢高119 美元，而其每吨铁水的减排量仅比蓝氢多0.06吨，这使其目前尚不具备可行性。然而预计未来几年，绿氢的成本将是四种减排途径中下降速度最快的，这可能会缩小绿氢和蓝氢之间的差距，潜在提高高炉喷吹绿氢的可行性。

本文重点分析了高炉减排的高昂成本，以及改善高炉炉料和喷吹工艺的一些限制因素。随着钢铁脱碳进程逐渐越过约40%的减排量，高炉工艺将需进行一系列新的改进，才能确保其在炼铁工艺中的主导地位。