2021-05-31-布鲁金斯学会-重工业脱碳的挑战（英文）_31页_1mb

重工业脱碳挑战总结

核心内容

重工业是现代生活中不可或缺的产业，但同时也是全球二氧化碳排放的重要来源。钢铁、水泥和化工行业是排放量最高的三个行业，占全球工业二氧化碳排放的约70%。这些行业在技术、经济和贸易方面面临脱碳挑战，需要综合解决方案。

主要观点

• 排放来源：钢铁、水泥和化工行业是全球工业排放的主要贡献者，其中钢铁行业占全球能源使用的8%，水泥行业占工业排放的约60%，化工行业使用大量化石燃料。
• 技术挑战：
  • 需要极高温度的热源，通常依赖化石燃料。
  • 化学反应过程中会产生二氧化碳，如钢铁炼制中的碳还原反应和水泥制造中的石灰石分解反应。
• 经济挑战：
  • 低利润、高资本投入、长资产寿命，导致企业难以自主投资脱碳技术。
  • 产品同质化严重，买家主要关注价格，难以推动技术升级。
• 贸易挑战：
  • 重工业产品如钢铁、化工品和铝制品通常在全球贸易，可能引发碳泄漏问题，即排放控制措施将生产转移至其他地区。

关键信息

钢铁行业

• 主要排放源：钢铁生产主要依赖煤炭，其中75%的能源来自煤炭，且炼铁过程中会产生大量二氧化碳。
• 脱碳路径：
  • 使用氢气替代煤炭作为还原剂和热源，如氢直接还原炼铁（Hydrogen Direct Reduction, HDR）。
  • 钢铁可完全回收，但全球回收率不足，无法满足全部需求。
  • 回收钢铁比生产原生钢铁节省74%的能源。
• 现状与前景：
  • 目前无企业大规模采用HDR技术，但瑞典有计划建设示范工厂。
  • 氢气替代可减少约20%的原生钢铁排放，但成本较高。
  • 研究显示，氢气可部分替代现有炼铁工艺中的化石燃料，减少排放。

水泥行业

• 主要排放源：水泥生产过程中，石灰石分解产生约60%的二氧化碳排放，其余来自燃料燃烧。
• 脱碳路径：
  • 二氧化碳捕集与封存（CCUS）是关键技术，尤其针对熟料生产过程。
  • 替代熟料使用其他材料，如粉煤灰、矿渣、石膏等，可减少约27%-37%的排放。
• 现状与前景：
  • CCUS技术尚未广泛应用于水泥行业，但已有试点项目。
  • 替代熟料材料的供应可能受限，随着能源结构变化，生物燃料和废弃物的供应可能减少。

化工行业

• 主要排放源：有机化学品主要依赖化石燃料作为碳源，而无机化学品如氨则可能使用氢气。
• 脱碳路径：
  • 使用可再生能源和低碳氢气（如电解水制氢）生产化学品。
  • 通过替代原料（如生物质、废弃物）减少排放。
  • 使用CCUS技术处理排放的二氧化碳。
• 现状与前景：
  • 甲醇生产主要依赖天然气，但也可用煤、生物质等原料，排放强度不同。
  • 烯烃和芳香烃的生产依赖蒸汽裂解和催化重整，产生氢气。
  • 中国将煤转化为烯烃，但环境成本较高。

行业共同挑战与解决方案

• 技术挑战：高温热源、化学反应排放、氢气使用。
• 解决方案：
  • 推广CCUS技术，用于无法完全消除排放的环节。
  • 推动工艺电气化，如钢铁行业使用电弧炉。
  • 使用低碳氢气作为还原剂和热源。
  • 提高材料回收率，尤其是钢筋和包装材料。
  • 改善产品设计以促进回收。
  • 政策支持：政府需提供资金、创造市场需求、保护国内低碳产业免受高碳进口产品竞争。

政策与未来展望

• 政策作用：由于重工业的高资本需求和低利润特性，政策支持至关重要，包括财政补贴、碳定价、贸易保护等。
• 未来趋势：
  • 重工业将继续是低碳经济基础设施的关键部分。
  • 随着技术进步和政策推动，脱碳路径将逐步实现。
  • 需要多管齐下，包括技术革新、材料回收、政策引导和国际合作。