前沿科技 | 从欧盟看全球，重工业减碳还要靠创新科技

　　一系列措施可以帮助重工业减少排放，采用创新的脱碳技术，如碳捕获和利用（CCU）、碳捕获和储存（CCS）、燃料转换、电气化、氢气和材料效率/循环经济。

　　能源密集型产业（EII）的生态系统存在于欧盟所有成员国当中，由于其在欧盟温室气体排放总量中所占比例很大，因此对欧盟工业的脱碳和转型尤为重要。

　　早在2018年，能源密集型行业消耗了欧盟全年总能源的83%。根据温室气体排放清单，欧盟制造业和建筑业的能源排放量（所有气体）达448公吨二氧化碳（Mt CO2），而与工业相关的排放量为349 Mt CO2（分别占行业相关排放量的56%和44%）。

　　欧洲能源密集型工业二氧化碳排放显示图

　　值得注意的是，虽然能源密集型工业的碳排放几乎来自所有欧盟国家，但不同成员国之间，排放强度与其国内生产总值（GDP），在欧盟中成正比。GDP排名前四的成员国（德国、法国、意大利和西班牙）占欧盟27国GDP30的63%，其占比超过了欧盟所有能源密集工业碳排放的一半。

　　欧盟成员国能源密集型工业碳排放占比

　　然而，如果从能源密集工厂人均二氧化碳排放角度来看，比利时、斯洛伐克和奥地利等欧盟成员国的排放水平已经超过欧盟能源密集工业人均排放量的2倍之多；而芬兰、荷兰以及卢森堡的人均二氧化碳排放量则几乎是欧盟人均碳排水平的两倍。此外，立陶宛、爱沙尼亚等欧盟国家，人均二氧化碳排放量也远高于欧盟的平均水平。

　　钢铁产业依旧是减碳重中之重

　　不仅在国家层面，各个地区的人均碳排放存在巨大落差，在不同产业之中碳排放量也有着明显差异。在能源密集型产业生态系统中非金属矿物产品、基本金属和化学产品这三种产业占EII温室气体排放量的63%，这使得上述产业如能实现减排，便能够明显改善欧盟整体温室气体排放问题。

　　根据欧盟碳排放交易体系（ETS）及欧盟统计局（Eurostat）数据显示，不同产业部门之间，碳排放存在着巨大差异。其中，基础金属行业与化学产业的总碳排放量相近。然而，在基础金属行业里，排放量最高的前18家企业占该行业总排量的50%，而另外43家企业碳排放占据另一半。与之相比，在排放浓度相对较低的化学产业中，超过400家排放量最高的企业占据总排量的50%。

　　在钢铁产业中，有超过500家钢铁生产企业在23个欧盟成员国当中。钢铁产业直接或间接为欧盟地区国家提供260万个工作岗位，其中直接工作岗位为33万个。

　　欧洲钢铁产业分布图

　　目前，欧盟的钢铁制造产业的规模位列世界第二位，在2020年其最大产能为1.6亿吨，仅次于排名第一的中国十亿吨/年的产量。值得注意的是，中国的钢铁产量已经超过全世界钢产量的一半，达到53%。

　　在欧盟地区针对钢铁产业的脱碳行动已经开始。目前五家最大的钢铁生产企业已经宣布争取在2050年达成零碳生产，此外，所有大型钢铁生产企业也设置了在2050年达到或接近碳中和（减碳80%）的目标。

　　欧洲的钢铁生产主要分为两种模式：

　　1、高炉碱性氧气炉（BF-BOF）作为以煤炭为主要燃料的钢铁制造工艺，以生产新钢材为主。这种钢铁制程路线占据眼下欧盟钢铁制造业的60%。

　　2、电炉炼钢（EAF）路线，这种炼钢模式依靠废钢作为主要原料，但其产量目前仅占欧盟钢铁产总量的40%以上。

　　欧盟国家钢铁生产模式分布

　　目前，世界各地钢铁企业碳排放差异巨大。而导致该情况出现的主要原蚴遣煌业厍洌捎玫母痔瞥搪废叽嬖诓钜欤床捎酶呗钚匝跗陡致废哂氩捎玫缏陡致废弑壤钜旖洗蟆F渲校煌痔瞥搪废咚褂玫脑牧隙蕴寂欧诺挠跋旖洗蟆

　　钢铁企业添加废钢到高炉碱性氧气炉来控制反应温度，但是废钢的添加量取决于废料的可用性和价格以及对成品钢设置的合格标准。增加的废料量减少了最终每吨钢所需的热金属量，从而降低了碳排放量。换句话说，最大化利用废钢，能够有效降低钢铁生产中的二氧化碳排放强度。

　　同样，根据不同地区对成品钢的可用性、成本和质量的差异，电炉炼钢可以装载铁原料，例如直接还原铁（DRI）、液态铁水或生铁（来自高炉）以及废料。

　　对比各国钢铁生产的平均二氧化碳排放水平（包含所有生产路线），美国最低，其次是土耳其和欧洲（欧盟27国、英国和挪威）。这一局面的产生是因为美国和土耳其是通过电弧炉路线生产约70%的钢铁。而在高炉碱性氧气炉钢产量超过50%的国家中，欧盟国家的二氧化碳排放量最低。

　　化学工业产业规模大

　　据欧盟委员会联合研究中心（JRC）数据，在欧盟地区有23个成员国建立了与化学产业相关的设施。而从总销售额来看，欧盟是世界第二大化学工业生产国，仅次于中国。然而欧盟化学工业在世界市场的总体份额一直在下降，从1999年的26.7%降至2019年的14.8%。

　　2004年至2007年间，欧盟生产的化学品总量有所增加，2007年达到3.14亿吨的峰值。继2000年代末金融危机期间产量下降后，2010年后产量恢复。然而，尽管2017年增加了1000多万吨，但仍低于经济危机前的生产水平。

　　化学工业主要集中在几个成员国。欧盟约70%的化学品销售来自五个国家：德国、法国、意大利、荷兰和比利时。

　　欧盟化学产业分布图

　　此外，如今欧盟是全球第三大水泥生产国，产量超过1.821亿吨。这约占世界产量的4.3%，仅次于中国（2.3亿吨）和印度（3.2亿吨）41。然而，自2001年以来，欧盟水泥产量下降了19.2%，当时产量为2.25亿吨。目前该行业在整个欧盟雇用了35169人。

　　从产业方面来看，水泥产业大多数活跃在西班牙（22%），其次是意大利（20%）、波兰（11%）、德国（9%）和法国（4%）。然而，从公司的营业额来看，德国的份额最大（19%），其次是法国（18%）、意大利（10%）、西班牙（10%）和波兰（8%）。

　　欧盟水泥产业分布图

　　技术创新是未来减排的关键

　　国际能源署在其最新的脱碳方案（‘net zero emission’ – NZE）与其工业技术相关出版物中均强调，未来几十年急需加快创新和引入新的低碳技术。

　　根据国际能源署的计算和实证，清洁能源创新技术（包括其生产）是否能够提速，是2050年是全球达成净零排目标的重中之重。据研究，目前市场上的创新技术能够达到2030年前人类设立的减排目标。但在2030年后，要想持续实现净零排放，则需要技术的持续创新才有可能完成。2050年，在NZE情景中，近50%的二氧化碳减排来自目前仍处于研发初步阶段的创新技术（TRL 4-8），而这一数字在能源密集型行业甚至更高。

　　基于技术创新与技术成熟度不断加强，重工业占全球二氧化碳排放量逐步减少

　　一系列措施可以帮助重工业减少排放。采用创新的脱碳技术，如碳捕获和利用（CCU）、碳捕获和储存（CCS）、燃料转换、电气化、氢气和材料效率/循环经济。CCS在全球的价值十分重要，欧洲国家目前正致力于在脱碳方面在全球范围内发挥领导作用，从而实现无需或更少碳捕获措施的创新无碳生产工艺。

　　而对于重工业的投资而言，漫长的投资周期意味着清洁技术必须迅速做好大规模部署的准备。因此，欧洲和全球面临的挑战是确保目前处于原型和示范阶段的大型创新低碳工业技术在未来十年内进入市场。

　　前日，凯捷咨询（Capgemini Invent Study）证实了加快工业脱碳创新的必要性，以及将更多创新低碳技术推向市场准备阶段的必要性。下图显示了2020年和2050年三种不同的大众市场轨迹，涉及低碳技术选择的不同成熟度。

　　工业低碳技术大众市场轨迹

　　橙色扩散曲线“DRIVE TO MARKET SCALE”包括TRL9-10的创新技术。必须在2030年之后实现此类技术的大规模部署。这些技跻炎急负迷诖笾谑谐∩喜渴稹M保唐谀诩铀俜⒄瓜喽猿墒斓募际酢⒗┱购涂焖俑粗剖鞘迪值吞寄勘甑淖钣沤饩龇绞健

　　绿色轨道“ACCELERATION&；SCALE UP”涵盖了2040后大规模部署的技术，以及从2024年开始市场上开始采用（TRL 9）阶段的技术。它们目前已达到TRL 4-8，仍处于试点或示范阶段。但该技术对2030年后全球实现低碳排放目标至关重要。此外，在2025年之前启动多个现有创新试点（TRL 7-8）在大规模市场部署中实现盈利至关重要。

　　蓝色大众市场轨迹“INOVATION BETS”包括仍处于萌芽状态的脱碳突破技术（TRL 1-3）。它们有可能在2050年后达到大规模部署，从2035年左右开始进入早期市场采用阶段，到2040年在欧盟范围内开始应用。其任务是加快此类技术创新项目的规模，使其能够在这一时间段内达到TRL 9，并使突破性技术能够在2050年后应用于整个行业。

　　值得注意的是，尽管考虑到能源密集型行业的长期投资周期，这些技术可能无法对2050年前的脱碳产生重大影响，但从2050年后全球持续脱碳和竞争力的角度来看，这些技术具有高度相关性。