我国钢铁行业碳足迹及相关减排对策研究，本文主要内容关键词为：足迹论文,钢铁行业论文,对策研究论文,我国论文，此文献不代表本站观点，内容供学术参考，文章仅供参考阅读下载。
自19世纪工业革命以来，环境问题越来越突出，目前尤其以二氧化碳等温室气体排放引起的气候变暖问题最为严峻，全球变暖问题已引起了国际社会的普遍关注。如何有效地减少碳排放成为国际政治、经济及学术研究关注的热点之一。我国钢铁产业是国民经济的支柱产业，同时钢铁生产排放了大量的温室气体。然而结合钢铁行业生产过程计算碳足迹的研究还很欠缺，而该问题的研究对于我国钢铁行业的可持续发展具有重要的意义，同时也有助于我国实现碳减排的承诺。国内外对于碳足迹的研究已经开始，研究角度也多种多样，李(Lee)[1]，穆图(Muthu)等[2]，克兰斯顿(Cranston)和哈蒙德(Hammond)[3]，艾切莱(Aichele)和菲尔博梅伊(Felbermayr)[4]等从供应链、产品和城市等角度对碳足迹进行了研究。在国内纪芙蓉、罗希、蓝家程、范进和马倩倩[5～9]等分别从能源、交通运输、造纸和土地利用等方面对碳足迹进行了研究。针对钢铁行业的碳减排，国内外也已经进行了一些研究。雷涅凯维奇(Rynikiewicz)[10]研究了气候变暖和碳减排压力下欧洲钢铁产业的发展思路；李岭[11]在对中国钢铁工业节能减排现状研究的基础上，利用系统动力学，建立模型，提出了中国钢铁工业二氧化碳减排的对策；王克等[12]利用长期能源替代规划系统软件建立了LEAP China模型，利用该模型模拟了三个不同情景下中国钢铁行业2000～2030年二氧化碳排放量及相应的减排潜力；杨晓东和张玲[13]简要介绍钢铁生产过程中温室气体的产生以及目前的排放状况，探讨与钢铁生产相关的温室气体减排对策和潜力。综上所述，迄今国内针对钢铁行业碳排放的研究还不够系统，对碳排放的计算也大多是估算，没有针对钢铁生产的过程进行碳排放的核算。对于钢铁产业碳减排的对策与方法上的研究多是泛泛而谈，所提出的一些对策、方法多是一些通用方法，即不具体，也不实用。基于此，本文首先利用碳足迹分析的方法通过分析钢铁生产能源的消耗状况以及钢铁生产过程来计算我国钢铁行业总体的碳排放，再通过对近几年钢铁行业碳排放的比较分析我国钢铁行业在碳排放方面存在的问题，最后分别针对提高能源效率、优化能源消费结构等方面提出碳减排的对策。
1 钢铁行业碳足迹计算与分析
本文以整个钢铁行业碳足迹为研究对象。碳足迹一方面为某一产品或服务系统在其生命周期所排放的
总量，另一方面为某一活动过程中所直接和间接排放的总量[14]。
本文以整个钢铁行业为研究对象，采用过程分析法，依据钢铁行业能源消耗的数据，通过分析钢铁生产过程中各个环节能源消耗的状况，用IPCC指南中提供的排放因子和核算方法对我国钢铁行业的碳足迹进行计算。
1.1 钢铁生产各个环节碳排放计算
目前钢铁生产有两种方式：长流程和短流程。长流程是以铁矿石和煤炭等天然资源为原材料的高炉—转炉炼钢，短流程是以废钢电力为原材料的电炉炼钢。由于我国转炉炼钢的产量占总产量的87%左右，所以本文主要讨论长流程钢铁生产中的碳排放问题。按长流程生产的钢铁联合企业的生产过程中存在大量的燃烧、焙烧、熔炼、加热的过程，它包括烧结、球团、焦化、炼铁、高炉、转炉、轧钢等多个生产步骤。钢铁企业排放的废气大体可分为三类：第一类是生产过程中化学反应所排放的废气，如烧结、炼焦、石灰焙烧、钢铁冶炼和钢材酸洗过程中产生的废气；第二类是化石燃料在炉、窑中燃烧产生的废气；第三类是原料运输、装卸和加工等过程产生的粉尘。钢铁企业的温室气体主要由第一、第二类废气组成；另外，钢铁行业电力消耗引起的间接碳排放也记为钢铁企业的温室气体。
因此，本文对于钢铁行业碳排放的计算，是根据碳排放产生原因的不同，将碳排放分为：化石燃料燃烧产生的碳排放，生产过程中化学反应产生的碳排放，以及电力消耗引起的间接碳排放也记为钢铁企业的温室气体。
钢铁生产中碳排放的产生主要是由于生产过程中能源的消耗所致。本文所用数据均来自《中国统计年鉴》，通过查阅《中国统计年鉴》，可以得到我国钢铁行业2008年消耗的各种能源的数据，具体数据如表1所示。
下面我们将具体的分析钢铁生产的各个环节对各类能源的消耗情况，进而来计算各个环节产生的碳排放。
1.1.1 化石燃料燃烧引起的碳排放
由表1可知钢铁行业消耗的化石燃料主要有：煤炭、原油、汽油、煤油、柴油、燃料油和天然气等。对于由化石燃料燃烧产生的碳排放的计算可用下面公式计算(公式来源：IPCC指南)：
由IPCC指南[15]和国家发改委、财政部文件《节能项目节能量审核指南》中公布的能源发热量系数值进行折算，可得各种能源的碳排放系数，见下表。
在钢铁行业消耗的煤炭中有大约30%用于燃烧消耗，剩余的70%用于炼焦。焦炭中有大约75%左右用于燃烧，而其余的25%用于还原剂。利用公式(1)和表1和表2中的数据计算，可以得到钢铁生产中由于化石能源燃烧所产生的碳排放量如表3所示。
1.1.2 钢铁生产中化学反应产生的碳排放量计算
钢铁生产过程中化学反应产生的碳排放主要是炼铁工序中还原反应所产生的。炼铁工序是用还原剂将铁矿石中的铁的氧化物还原成金属铁。在这个工序中的还原剂主要是焦炭。这个工序中焦炭还原时会产生还原反应
，并会产生大量的二氧化碳，是产生温室气体的关键工序。同时由于还原的不彻底会造成一些一氧化碳等有毒气体排放到空气中。
根据IPCC指南，计算该工序产生的碳排放量主要有两种办法：
方法1：根据还原剂消耗的量来计算排放量，采用与估算燃烧排放相似的排放因子。它所采用的公式为：
排放量=还原剂质量×排放因子(2)
方法2：分别计算炼铁和炼钢的排放，为了提高准确性最好是利用企业的数据，它采用的公式为：
排放量生铁=排放因子×还原剂质量+(铁矿石中碳的质量-粗铁中碳的质量)×44/12
排放量粗钢=(炼钢生铁中的碳的质量-粗钢中碳的质量)×44/12+排放因子×炼钢的产量
由于本文采用的行业数据，从宏观层面对钢铁行业碳足迹进行计算，所以将利用公式(2)进行计算，从表1中可以得出还原剂质量为焦炭消耗量的25%，通过查阅IPCC指南可以得到排放因子为3.1，所以带入数据计算可得该工序中碳排放量为：19745.28×
。
1.1.3 由于电力消耗产生的碳排放量的计算
除了上面两部分的能源消耗外，电力消耗产生的的排放也是我国钢铁生产产生碳排放的主要部分。我国钢铁行业的电力生产主要靠煤炭火电，所以可以按照下面的公式将钢铁产业的电力消耗折算成煤炭消耗：
电力等同煤炭消耗量=电力消耗量×当年火电比重×折标煤系数×折煤炭系数(3)
其中，当年火电比重依据历年《中国统计年鉴》中的“电力平衡表”计算；折标准煤系数与折煤炭系数来自历年的《中国能源统计年鉴》。所以带入数据计算可得2008年电力等同煤炭消耗量为5302.82×。再用该数据乘以煤炭的碳排放系数，就可以得到钢铁行业电力消耗产生的碳排放量为10488.45×。
由以上三部分可知，2008年我国钢铁行业化石燃料燃烧、化学反应、电力消耗产生的碳排放量分别为：73618.98×、19745.28×、10488.45×。由此可计算得到2008年钢铁行业总的碳排放量为：103852.71×。
1.2 2004～2008年钢铁行业碳排放计算及其分析
如表4所示，我们根据上面的方法可以计算得到2004～2008年我国钢铁行业碳排放情况。
由表4中数据可知，2004～2008年我国的钢铁产量增长了几乎一倍，而与此同时我国钢铁行业的碳排放总量也增长了0.7倍。从表4和图1中可以看出，我国钢铁行业吨钢二氧化碳排放量，除2005年稍有上升以外其余年份均呈下降的趋势，这充分说明了我国钢铁行业节能减排取得了很大的成绩。在看到取得成绩的基础上，也应看到与世界先进水平相比还有很大的差距，我国2000年的吨钢排放量为3471.78kg，而德国2000年的吨钢排放量为1300kg，日本2001年的吨钢排放量为1652kg，由此可见我国与发达国家还有着很大的差距。
从表4中可以看出，2004～2008年我国钢铁行业的碳排放中燃料燃烧产生的碳排放量在总的碳排放量中占有相当大的比例，2004～2008年分别占到72.06%、71.96%、71.55%、70.72%、70.89%，由此可见钢铁生产的过程中碳排放的产生主要是由于燃料燃烧所致，所以提高燃料燃烧的效率就成为了钢铁行业减少碳排放的主要途径。通过分析燃烧过程所用燃料的种类可以发现，所用的煤炭类能源燃烧产生的碳排放占绝大多数，2004～2008年分别占到97.75%、98.23%、98.63%、98.78%、98.41%，产生这一现象的原因是由于煤炭在钢铁产业中属于重要的还原剂和生产原料，最根本的原因则在于我国目前以煤炭为主的能源消费结构。由此也可以看出，优化我国钢铁行业的能源消费结构也是碳减排的主要途径，优化的核心就是减少煤炭类能源的消耗。
上面通过分析揭示了我国钢铁行业碳排放的主要因素，初步得出了提高燃料燃烧的效率和减少煤炭类能源的消费是主要的碳减排的途径，下面通过分析二氧化碳排放量与钢铁行业产量之间的关系来阐述二氧化碳排放与钢铁行业发展的关系。因此我们定义二氧化碳排放弹性系数如下：
二氧化碳排放弹性系数=二氧化碳排放增长率/钢铁产量的增长率
图1 2004～2008年钢铁行业吨钢排放量
由以上的公式计算可得2004～2008年的二氧化碳排放的弹性系数分别为：1.78、0.88、0.55、0.07，从总体上来看我国钢铁的产量一直呈增长的趋势，与此同时钢铁行业二氧化碳的排放量增长却不太显著，从而导致二氧化碳排放弹性系数在不断地降低。由此可以看出，我国钢铁行业在2004～2008年快速的发展，而与此同时在碳减排方面有了长足的进步。
我国钢铁行业二氧化碳排放的增长主要是由于我国钢铁行业急剧扩张的同时能源效率的提高速度却比较慢，产生这一现象的原因主要是由于我国钢铁行业产量的增加依赖于能源消耗的增加，而技术发展的限制是根本的原因，要解决这一问题需要从技术上取得突破。
综上所述，通过以上的分析，可以得到下面的结论：
(1)从钢铁生产的碳足迹来看，钢铁生产产生二氧化碳排放量最多的环节是燃料的燃烧，而且占到了相当大的比例，而在燃烧的能源中，煤炭类能源占到了绝大多数，由此可以看出钢铁行业实现碳减排的主要途径是提高燃料燃烧的效率和优化能源消费的结构，降低煤炭类能源在能源消费中的比重。
(2)从二氧化碳排放弹性系数来看，我国钢铁行业在2004～2008年迅速的发展壮大，而与此同时在碳减排方面也取得了长足的进步。从吨钢的二氧化碳排放量来看，从2004～2008年基本上呈现出逐年降低的趋势，这也充分说明了我国钢铁行业碳减排的工作取得了很大的进展，但是也应看到与国际先进水平还有很大的差距，还有很大的碳减排的潜力。
(3)我国钢铁产量的增加伴随着二氧化碳排放量的增加，主要是由于我国钢铁生产对于能源消耗的依赖，而我国钢铁行业能源效率提高的速度也比较慢，解决这一问题主要是要引进先进的技术，在碳减排技术上取得突破，从而在根本上解决能源效率提高的问题。
2 钢铁行业碳减排对策分析
从上一部分的分析可以看出钢铁行业实现碳减排主要从提高能源效率、提高燃烧效率、优化能源消费结构等几方面来考虑。下面就针对以上几个方面来提出钢铁行业碳减排的对策。
2.1 提高能源效率方面
中国钢铁行业经过多年的发展，节能降耗取得了显著的成效，能源利用的效率也得到了很大的提高。但是由于中小型企业较多、产业集中度比较低、技术落后等原因，我国钢铁行业的能源效率和吨钢的综合能耗同先进国家还有一定的差距。
我国钢铁行业提高能源效率，在宏观层面应该从行业结构调整、产品结构调整和进出口调整等方面考虑。首先，行业结构调整就是要淘汰落后的产能，中国钢铁工业协会从产能、能耗、品种质量等方面都设定了入会的标准，但是目前纳入中国工业统计的重点钢铁企业产能仅占总产能的80%左右，所以淘汰落后的产能对钢铁行业二氧化碳的减排起着至关重要的作用。其次，要进行产品结构调整，应提高高附加值产品的比重。最后，虽然2006年起中国钢材产品实现了净出口，但是进出口贸易中大部分是出口低附加值产品、进口高附加值产品，如果能调整钢材进出口结构，就会降低单位产值的二氧化碳排放的强度。
在技术层面，应该鼓励技术革新，加快产业升级。要提高能源效率关键在于技术革新，如采用大型先进的焦炉、高炉、转炉、电炉等设备，普及热装热送、连铸连轧等工艺流程，回收焦炉气、高炉气、转炉气，实现联合循环技术发电和供热，采用二次能源的回收技术，普及成熟的节能技术，如CDQ、干式TRT、CCPP、蓄热式轧钢加热炉等，还有二氧化碳的回收利用也可以成为一项有效的方法。
2.2 优化能源消费结构方面
我国钢铁行业中由于煤炭类能源的燃烧产生的碳排放占到了燃烧过程产生碳排放总量的98%左右，而煤炭和焦炭属于热值较低、二氧化碳排放系数较高的能源，燃烧对于温室气体贡献率比较大。单位热值的煤炭和焦炭引起的二氧化碳的排放比使用原油、汽油和天然气都要高许多。
我国钢铁行业优化能源结构，应减少使用低热值、高碳排放的煤炭类能源，增加使用热值高、二氧化碳排放系数低的能源。因此，我国应大力促进可再生能源的发展，增加可再生能源在我国能源消费结构中的比重，这对于我国钢铁行业的低碳化有着重要的意义，但是这还需要一个长期的过程。
2.3 其他方面
对钢铁需求量进行科学的预测。正确制定合适的钢铁行业碳减排政策的核心在于正确预测钢铁行业的相关参数，如粗钢产量、钢材实际需求量等。只有确定出我国钢铁实际需求量，才能节约钢铁投入成本，实现资源节约和大幅度降低钢铁行业的碳排放。
建立能源管理中心，对钢铁生产全过程的各类能源进行全面的监视、分析并进行及时调度处理，及时进行能源使用情况的分析、能源平衡预测、系统运行优化、采集数据和反馈，实现能源系统集中管理控制。
另外，缺乏客观的碳排放标准和相应政策的监督也是我国钢铁行业高碳排放的一个重要原因。因此我国钢铁行业应建立一个客观的碳排放标准体系，定期由相关部门对钢铁生产企业的碳排放进行检测，对超标的企业进行处罚，对达标的企业给予政策优惠等方面的奖励。从而有效的对钢铁企业碳排放进行控制和管理，降低钢铁企业的碳排放总量。
3 结论
本文通过查阅国内外相关文献，阐述了钢铁行业进行碳足迹计算和碳减排的必要性。通过对钢铁生产过程的分析，将钢铁生产的整个过程依据产生碳排放的原因分为燃料燃烧、化学反应和电力消耗三部分，并对这三部分的碳足迹进行了计算。通过计算并分析2004～2008年的钢铁行业碳排放情况，我们可以知道我国钢铁行业在碳减排方面主要存在的问题有：燃料燃烧效率低、能源消费结构不合理、能源效率提高缓慢、在碳减排方面技术发展缓慢等。之后我们又针对这些问题从提高能源效率、优化能源消费结构等方面提出了钢铁行业碳减排的对策，希望能对我国钢铁行业的碳减排起到积极的作用。
文献引用：侯玉梅，梁聪智，田歆，等.我国钢铁行业碳足迹及相关减排对策研究[J].生态经济，2012(12)：105～108，145.
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