4） 通过提升工序能效水平，降低化石能源消耗，带动碳排放减少
目前国内重点钢企炼铁工序平均能耗为 385kg 标煤/吨，最低能耗 352kg 标煤/吨，最高 434kg 标煤/吨，最低企业能耗水平比平均水平低 8.6%。目前国内重点钢企焦化工序平均能耗 为 103kg 标煤/吨，焦化最低能耗 78.4kg 标煤/吨，最高 161.3kg 标煤/吨，最低企业能耗水平 比平均水平低 24%。整体来看，国内钢企在炼铁、焦化等工序的能耗水平存在较大的差异， 优秀钢企能耗水平大幅高于平均水平，这也意味国内钢铁行业未来在工序能效上存在较大的 提升空间，进一步降低化石能源消耗，最终带动碳排放减少。如炼铁、炼焦工序能耗平均水 平都下降到最低能耗，能节约 58kg 标煤/吨，如按照节约焦炭量测算，可以减少碳排放 170kg/ 吨，为长流程减碳 8%。工序能效提升案例：
提高高炉富氧率实现焦炭消耗降低，减少高炉碳排放。首钢京唐公司通过技术研发 将高炉富氧率由 3%提高至 5.5%，此举将碳排放由 0.634 吨 CO2/吨铁降低至 0.516 吨 CO2/吨铁，高炉煤气中氮气含量由 55%降低至 50%，热值由 3000kJ/m3 提高至 3500kJ/m3。同时，因高炉煤气氮气含量降低、热值升高，可使高炉煤气用户的效率 提升，同时还降低了 NOx的产生，利于环保。
提升余热余能利用效率和自发电比例，降低能源直接消耗，实现低碳生产。通过提 高余热余能资源的深度利用，实现节能减排指标快速进步和企业能源成本有效降低。 例如，钢铁企业利用余气或余热提高自发电比例，进而降低能耗，实现低碳生产。 冶金规划院统计目前钢铁行业自发电比例为 53%。
以数字转型，提升能效，缓解减排压力。充分运用 5G、大数据、工业互联网等新一 代信息技术赋能钢铁行业数字化转型，助力钢铁行业在能耗和排放、生产运营、产 业链协同、产品质量管理等方面不断优化，实现原料供应、能源使用、产能释放等 与市场需求的精准匹配，有利于减少能耗，缓解减排压力。
5） 发展清洁能源，优化钢铁外购电力结构，从源头降碳
非化石能源占比提升，预计减少钢铁行业碳排放 1.5%-2%。目前钢铁行业大约 6%的碳 排放来自于外购电力，而国内电力结构上火电占据电力供给的 71%。根据周孝信院士预测： 随着“双碳”行动推进，2025年风、光伏、生物质装机容量占比将达到 35%，占总发电量比重 19%；2030年风、光伏、生物质装机容量占比将达到 44%，占总发电量比重24%。2030年火电占总发电量比重将下降到 53%。随着非化石能源占比的进一步提升，外购电力带来的 碳排放量将减少，按照目前 6%的比重，测算预计能减少碳排放 1.5%-2%。
3.3. 行业深度减碳、实现碳中和还需要氢冶金、CCUS/CCS 等技术实现突破
1）以直接还原竖炉为载体开展氢冶金具备零碳可行性，但目前存在较大的成本约束
氢作为绿色能源，其燃烧和还原产物为 H2O，相比目前的高炉用焦炭冶炼工艺和天然气 气基竖炉，具有大幅减碳、甚至能达到零碳效果。目前海内外主流的氢冶金技术包括高炉富 氢、竖炉富氢、竖炉全氢。除日本 COURSE50 在高炉中富氢实现验证减碳 10%的效果；其 他工艺都停留在中试阶段。氢冶金大范围推广，主要受到上游氢气成本和工艺约束的制约。
氢冶金用氢气替代 C 直接还原和 CO 间接还原，但需要补充热量。氢冶金原理以 H2 取 代碳、CO 作为还原剂从 FeO 还原出 Fe，其中氢气间接还原属于吸热反应。
高炉冶炼大比例增加氢气使用量存在工艺约束。传统高炉冶炼通过 C、CO 在高温下还 原置取铁，并伴有炉料物理形态由软化到熔融过程；在高炉风口喷吹氢气和天然气、焦炉煤 气等含氢介质，高炉富氢还原炼铁在一定程度上能够有效促进提高生铁产量，但由于该工艺 是基于传统的高炉，焦炭的骨架作用无法被完全替代，同时氢还原需要补充热量，因此在高 炉中喷吹氢气量存在极限值。该工艺下的碳排放减量有限，根据新日铁 course50 试验，高炉 富氢还原的碳减排幅度可达 10%，欲实现减碳 30%，还需要与 CCS/CCUS 配合使用；如果 CCS/CCUS 技术无法取得较大突破，高炉富氢对于钢铁行业大规模深度降碳可操作性不大。
直接还原竖炉具备大规模使用氢气冶炼的可行性。直接还原炼铁法是以气体燃料、液体 燃料或非焦煤为能源，在铁矿石、氧化球团或含碳球团呈固态即软化温度以下进行还原而获 得金属铁，相比高炉铁水，其杂质含量高；但由于不存在熔融状态，对透气性要求低，不需 要焦炭充当骨架的功能，全氢冶炼不存在工艺约束。综合对氢气成本评判，在气基直接还原 竖炉增加氢气使用量，逐步代替一氧化碳作为还原剂，将铁矿石转化为直接还原铁（DRI）， 之后再将其投入电炉进行进一步冶炼。二氧化碳排放量将会得到有效控制。相较于富氢还原 高炉，采用气基直接还原竖炉工艺进行铁矿石冶炼的吨二氧化碳排放量大幅减少。按照瑞典 SSAB 的测算，全氢冶炼流程下钢厂的碳排放强度相比目前减少 80%。这对于钢铁行业实现大 规模深度减碳提供有效支撑。
目前氢冶金存在成本约束：从瑞典 SSAB、日本钢铁工业协会、日本产经省公布的数据 来看，受制氢成本高的影响，氢冶金成本整体高于目前传统工艺。
SSAB 在 2018 年初公布的研究结果表明：按照 2017 年底的电力、焦炭价格和二 氧化碳排放交易价格，HYBRIT 项目采用的氢冶金工艺成本比传统高炉冶炼工艺高 20%~30%。目前日本生产每立方米氢气的成本约为 1.64 美元，远高于其制定的 2030 年降本目标。根据日本经济产业省测算的数据，要实现氢能的大规模商业化应用， 到 2030 年，日本的氢气生产成本需降至 0.29 美元/立方米左右。
据日本经济产业省估算，目前氢气的流通价格为每标准立方米 100 日元左右。日本 政府的目标是通过大规模生产，到 2030 年将氢价降至每标准立方米 30 日元，但也 有大型钢铁企业的高管认为，要想在钢铁行业实现氢基 DRI 的普及生产，氢气价格 必须降至每标准立方米 10 日元以下。
现有条件下由于氢还原的强吸热效应导致全氢竖炉煤气量大幅增加、还原速率同样也会 受到影响、全氢对设备与操作等要求高等问题，全氢冶金技术还不能得到真正意义上的大面积推广与实际应用。综合以上，碳达峰与碳中和的大背景下，短期内气基直接还原竖炉工艺 将会是我国主流氢冶金技术探索的手段，该工艺的进一步成熟化也将是行业的实现碳中和的 主要探索方向。
2）CCUS/CCS 减排潜力大，但受制于经济、技术、环境等影响，目前大规模化发展的 时机还不成熟
碳捕集利用与封存（CCUS/CCS）是指将二氧化碳（CO2）从工业排放源中分离后或直 接加以利用或封存（CCUS 含 CO2 的资源化利用），以实现 CO2减排的工业过程。CCS/CCUS 工艺路线上包括捕捉、运输、封存/利用。捕捉工艺上先提高 CO2 的浓度，改进燃烧和氧化工 艺的氧燃烧法，即用氧替代空气进行燃烧和氧化；然后采用化学吸收、物理吸附、膜分离和深冷分离等方法对产生的 CO2 进行分离回收。运输模式包括管道、汽车、船舶运输；目前主 要的储存方式有地质储存、海洋储存、矿物固化以及森林和陆地生态系统储存等。CCUS 技 术的应用主要有物理应用、化工应用和生物应用等；包括：石油三采的驱油剂,生产无机和有 机精细化学品、高分子 材料,微藻固碳转化为生物燃料和化学品，生物肥料、食品和饲料添加 剂等。
目前安米、日本制铁、JFE 均开展 CCUS 项目投资建设，其中日本制铁在君津制铁所投 入了两套 CCUS。目前国内钢厂对 CCUS/CCS 仍然停留在研究阶段，同时从国内发展趋势 来看，仍然存在三方面的挑战，还需要在技术、成本有大的突破，才能实现大规模推广应用。
技术和能耗挑战：目前，我国 CCUS 全流程各类技术路线都分别开展了实验示范项 目，但整体仍处于研发和实验阶段，而且项目及范围都太小。虽然新建项目和规模 都在增加，但还缺少全流程一体、更大规模的可复制的经济效益明显的集成示范项 目。
成本相对过高：根据 IPCC 研究目前国外 CCS 不包括运输和封存成本，国外捕集二 氧化碳的成本约为 11 至 57 美元/吨；
泄漏风险和环境挑战：CCUS 捕集的是高浓度和高压下的液态 CO2，如果在运输、 注入和封存过程中发生泄漏，将对事故附近的生态环境造成影响，严重时甚至危害 到人身安全。特别是 CCUS 的地质复杂性带来的环境影响和环境风险的不确定性。
整体来看，CCUS 减排潜力大，作为一种发展中的很有前途的新技术，CO2 的工业利用 也极具前景。但受制于经济、技术、环境等方面存在着一些短时间难以解决的问题，结合我 国国情，大规模化发展 CCUS 项目的时机还不成熟。
3）电解铁矿石工艺目前仍然停留在实验研究阶段
电解铁矿石工艺目前仍然停留在实验研究阶段。目前可研接提出有三种电解方法：水溶 液中铁离子的电解沉淀、高温熔盐或熔融氧化物电解。 水溶液电解方法包括酸溶液电解沉淀 法，碱溶液电解沉淀法。两种方法都在实验室制出了铁样，其中碱溶液方法制出了 1.6kg 铁。 但是酸溶液能耗非常大，而碱溶液方法能耗非常低，且不难扩大规模。 高温电解法中，研究 了熔盐电解法生产固态铁，熔融氧化物电解法生产液态铁。 碱溶液电解和高温电解路线将被 进一步研究。
3.4. 结论：成熟度高、实用性强的低碳冶金技术将在未来十年迎来大 规模推广
在未来推进碳达峰、碳中和过程中，电炉炼钢、球团制造、DRI、能效提升等成熟度高、 实用性强的低碳冶金技术具备降碳潜力。
十四五粗钢产量进入平台区，同时伴随部分成熟度高、实用性强的低碳冶金技术运用， 将更好地促进行业从总量上实现碳达峰。在达峰的基础上，行业进一步推广电炉炼钢、增加 球团比、DRI 等技术成熟度高的实用性技术，带动钢铁制造流程工艺的优化，同时各工序能 效提升，减少化石燃料消耗，降低碳排放强度，能够较好低实现减碳 30%的目标。最终实现 深度减碳、实现碳中和还需要全氢冶金、CCUS/CCS 等技术实现突破；目前以直接还原竖炉 为载体开展氢冶金具备零碳可行性，但目前存在较大的成本约束。CCUS/CCS 减排潜力大， 但受制于经济、技术、环境等影响，大规模化发展的时机还不成熟。 从技术成熟度实用性和减碳幅度两个视角来看，电炉炼钢、球团制造、气基 DRI、能效提升等技术将在未来十年迎来大规模推广；富氢冶金随着工艺进步逐步推广。