北京綠金院：邁向2060碳中和-聚焦脫碳之路上的機遇和挑戰（33頁）.pdf

1、工業部門的碳排放占比較高,且實現碳中和的技術難度大。根據世界資源研究所設置不再顯示止的研究16，2016年工業過程直接排放的溫室氣體和因工業部門使用電力而間接排放的溫室氣體在全球溫室氣體排放中的占比達24.2%。工業部門近一半的碳排放來自于生產水泥、鋼鐵、合成氨、化工等。這些重工業的碳排放的產生主要來自三個方面，一部分來自于用于生產的原料，比如生產水泥過程中的石灰石和合成氨過程中所用的天然氣;一部分來自工業生產高溫加熱的燃料燃燒，如高爐煉鐵所用的燃料;剩余部分來自其他能源需求，比如用于生產中間產品、低溫供熱等的化石燃料。對工業部門而言，現階段主要通過生產工藝流程的優化實現節能減排，但深度脫碳需

2、要進一步實現燃料替換、生產方式的轉變甚至原料的變革。以下以鋼鐵和水泥兩個主要的工業行業為例，討論其可行的脫碳技術路徑。鋼鐵行業是工業領域的碳排放大戶。2017年鋼鐵冶煉產生的碳排放占全球總碳排放的7.2%，其中有75%的用能和原料都使用煤炭(IEA，2020)。鋼鐵生產目前主要有兩種方式，其一是高爐/堿性氧氣爐(BF-BOF)路線。全球有70%以上鋼鐵使用該路線生產。該路線以鐵礦石為原材料、煤炭作為化學還原劑，并在過程中添加廢鋼來煉制鋼鐵。另一選項是通過電弧爐(EAF)路線生產，即基于廢鋼和電能，利用電弧的熱效應加熱爐料進行煉鋼，目前主要通過化石燃料為反應提供還原劑和能量。17現階段鋼鐵行業碳

3、排放強度的下降主要來自廢鋼生產和能源效率的提高,比如在鋼鐵生產過程通過工藝的優化和回收使用廢鋼來節約資源。但隨著技術進步，煉鋼效率和再利用接近技術極限，進一步脫碳需要從根本上改變生產方法。比如可利用氫氣或生物能代替煤炭作為高爐煉鋼的還原劑，并且將生產供能過程電氣化?；蛘呃肅CUS 技術清除化石燃料產生的碳排放。也可綜合利用煉鋼所產生的一氧化碳/二氧化碳作為化學工業的原料生產燃料、肥料或其他有價值的產品。根據 WRI的研究，2017年水泥行業的碳排放約占全球碳排放的3%。目前主流的水泥產品為硅酸鹽水泥，產生的碳排放主要來自兩方面。一是水泥生產時燃料(如煤炭、焦油、生物質)加熱到1600所產生，

4、這一過程的碳排放約為40%。二是來自石灰石煅燒的化學過程產生的碳排放，約占60%。因此，水泥生產的碳中和首先需要燃料端實現零碳排放，比如利用綠氫、生物質燃料等替代傳統石化燃料，對于生產過程的碳排放采用CCS 的方式予以去除。更加深刻的轉型需要對傳統生產原料石灰石進行徹底的替代?，F階段使用熟料替代品降低熟料與水泥的比例已較為普遍，比如粉煤灰和礦渣、甚至氧化鎂材料作為石灰石的替代品，但這類水泥目前可用性上受到限制，因此水泥行業深度減排仍待技術的突破創新。在碳中和過程中，下游石化行業將面臨最強沖擊，乃至顛覆性的沖擊。由于生產過程的高碳特點,化纖、塑料等與百姓生活息息相關的許多材料最終都可能被徹底替代。除此之外，新材料的替代也可能為工業部門的鋼鐵、水泥等生產提供新的脫碳路徑。一個可能的路徑是利用生物基高分子材料替代傳統石化產品。這將帶來一場底層材料革新，或將重塑整個工業體系與下游產業鏈。