北京绿金院：迈向2060碳中和-聚焦脱碳之路上的机遇和挑战（33页）.pdf

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1、工业部门的碳排放占比较高,且实现碳中和的技术难度大。根据世界资源研究所设置不再显示止的研究16，2016年工业过程直接排放的温室气体和因工业部门使用电力而间接排放的温室气体在全球温室气体排放中的占比达24.2%。工业部门近一半的碳排放来自于生产水泥、钢铁、合成氨、化工等。这些重工业的碳排放的产生主要来自三个方面，一部分来自于用于生产的原料，比如生产水泥过程中的石灰石和合成氨过程中所用的天然气;一部分来自工业生产高温加热的燃料燃烧，如高炉炼铁所用的燃料;剩余部分来自其他能源需求，比如用于生产中间产品、低温供热等的化石燃料。对工业部门而言，现阶段主要通过生产工艺流程的优化实现节能减排，但深度脱碳需

2、要进一步实现燃料替换、生产方式的转变甚至原料的变革。以下以钢铁和水泥两个主要的工业行业为例，讨论其可行的脱碳技术路径。钢铁行业是工业领域的碳排放大户。2017年钢铁冶炼产生的碳排放占全球总碳排放的7.2%，其中有75%的用能和原料都使用煤炭(IEA，2020)。钢铁生产目前主要有两种方式，其一是高炉/碱性氧气炉(BF-BOF)路线。全球有70%以上钢铁使用该路线生产。该路线以铁矿石为原材料、煤炭作为化学还原剂，并在过程中添加废钢来炼制钢铁。另一选项是通过电弧炉(EAF)路线生产，即基于废钢和电能，利用电弧的热效应加热炉料进行炼钢，目前主要通过化石燃料为反应提供还原剂和能量。17现阶段钢铁行业碳

3、排放强度的下降主要来自废钢生产和能源效率的提高,比如在钢铁生产过程通过工艺的优化和回收使用废钢来节约资源。但随着技术进步，炼钢效率和再利用接近技术极限，进一步脱碳需要从根本上改变生产方法。比如可利用氢气或生物能代替煤炭作为高炉炼钢的还原剂，并且将生产供能过程电气化。或者利用CCUS 技术清除化石燃料产生的碳排放。也可综合利用炼钢所产生的一氧化碳/二氧化碳作为化学工业的原料生产燃料、肥料或其他有价值的产品。根据 WRI的研究，2017年水泥行业的碳排放约占全球碳排放的3%。目前主流的水泥产品为硅酸盐水泥，产生的碳排放主要来自两方面。一是水泥生产时燃料(如煤炭、焦油、生物质)加热到1600所产生，

4、这一过程的碳排放约为40%。二是来自石灰石煅烧的化学过程产生的碳排放，约占60%。因此，水泥生产的碳中和首先需要燃料端实现零碳排放，比如利用绿氢、生物质燃料等替代传统石化燃料，对于生产过程的碳排放采用CCS 的方式予以去除。更加深刻的转型需要对传统生产原料石灰石进行彻底的替代。现阶段使用熟料替代品降低熟料与水泥的比例已较为普遍，比如粉煤灰和矿渣、甚至氧化镁材料作为石灰石的替代品，但这类水泥目前可用性上受到限制，因此水泥行业深度减排仍待技术的突破创新。在碳中和过程中，下游石化行业将面临最强冲击，乃至颠覆性的冲击。由于生产过程的高碳特点,化纤、塑料等与百姓生活息息相关的许多材料最终都可能被彻底替代。除此之外，新材料的替代也可能为工业部门的钢铁、水泥等生产提供新的脱碳路径。一个可能的路径是利用生物基高分子材料替代传统石化产品。这将带来一场底层材料革新，或将重塑整个工业体系与下游产业链。