楊穎霞 波士頓大學(xué)可持續(xù)能源研究院高級(jí)研究員
中國(guó)實(shí)現(xiàn)雙碳目標(biāo)無(wú)疑會(huì)對(duì)全社會(huì)各行各業(yè)帶來(lái)很大的影響，尤其是碳排放高的行業(yè)。電力行業(yè)首當(dāng)其沖，其次是工業(yè)和交通行業(yè)。電力和交通運(yùn)輸行業(yè)應(yīng)用的風(fēng)電、光伏和電池儲(chǔ)能技術(shù)在近十年來(lái)的迅速發(fā)展下，成本已經(jīng)顯著下降，商業(yè)化進(jìn)入加速期，而工業(yè)領(lǐng)域的低碳技術(shù)應(yīng)用還面臨比較大的阻力和障礙，離商業(yè)化還有很大的距離。
世界上很多其他國(guó)家也面臨著同樣的挑戰(zhàn)。本文的作者就美國(guó)如何推動(dòng)鋼鐵生產(chǎn)制造業(yè)的低碳技術(shù)商業(yè)化提出了建議。由于不同國(guó)家資源稟賦和產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)不同，具體低碳技術(shù)的選擇和最優(yōu)的產(chǎn)業(yè)政策也不同，所以文章提出的低碳技術(shù)商業(yè)化思路僅供中國(guó)工業(yè)行業(yè)碳減排參考。
鋼材對(duì)電動(dòng)汽車(chē)環(huán)保性的影響
過(guò)去十年對(duì)清潔能源來(lái)說(shuō)是捷報(bào)頻傳的十年。從2010年到2020年，光伏發(fā)電成本下降了85％，風(fēng)電下降50％，鋰電電池的價(jià)格下降了88%。這三種技術(shù)組合讓電力和交通行業(yè)去碳化前景明朗化，而這兩個(gè)行業(yè)的排放量目前占全球碳排放的40％。更低價(jià)的太陽(yáng)能和風(fēng)能導(dǎo)致更高的可再生能源滲透率。更低價(jià)的鋰電電池一方面降低電動(dòng)汽車(chē)的價(jià)格，也有助于將更多的太陽(yáng)能和風(fēng)能并入電網(wǎng)。更清潔的電網(wǎng)意味著更清潔的電動(dòng)汽車(chē)。最終，當(dāng)電網(wǎng)100%清潔時(shí)，電動(dòng)汽車(chē)將100%綠色環(huán)保。
其實(shí)不然。當(dāng)考慮車(chē)輛全生命周期的碳排放量時(shí)，即使電網(wǎng)是100%零碳排放，電動(dòng)汽車(chē)也仍然有碳排放。這是因?yàn)樯芷谔寂欧挪粌H包括車(chē)輛在使用階段產(chǎn)生的碳排放，也包括車(chē)輛在制造過(guò)程中的碳排放，所用材料制造過(guò)程中的碳排放，以及材料所用原料開(kāi)采時(shí)的碳排放等。
實(shí)際上，生產(chǎn)車(chē)輛用的一些材料是碳排放強(qiáng)度很高的過(guò)程 。其中一種是鋼材。平均來(lái)說(shuō)，一輛汽車(chē)要使用0.9噸鋼材。生產(chǎn)一噸鋼，平均會(huì)產(chǎn)生1.8噸二氧化碳。以2019年生產(chǎn)大約92萬(wàn)輛汽車(chē)算，用于汽車(chē)的鋼，制造過(guò)程碳排放量約150萬(wàn)噸。加上大量使用鋼材的其他行業(yè)，如建筑物、基礎(chǔ)設(shè)施和機(jī)械設(shè)備等，煉鋼行業(yè)每年碳排放大約3.5億噸，占2019年全球二氧化碳排放量約11％。這倒也不意外，因?yàn)榇蟛糠譄掍撨^(guò)程使用煤作為其能源資源和原料。
對(duì)汽車(chē)行業(yè)來(lái)說(shuō)，考慮汽車(chē)材料對(duì)碳排放的影響并不是新鮮事，然而多年來(lái)考慮的重點(diǎn)主要是對(duì)于車(chē)輛使用過(guò)程中碳排放量的影響，而不是材料生產(chǎn)階段的碳排放。這是因?yàn)閷?duì)燃油汽車(chē)而言，使用過(guò)程的碳排放量占生命周期排放量的比例較高（65％-80％ ）。例如，已經(jīng)部分使用在車(chē)輛中替代鋼材的輕質(zhì)材料鋁和碳纖維增強(qiáng)聚合物（RFP）因?yàn)榭梢詼p輕車(chē)體重量而提高燃料效率，從而減少在車(chē)輛運(yùn)行階段中二氧化碳的排放量。然而，當(dāng)考慮到材料生產(chǎn)過(guò)程中的排放，與鋼相比，鋁和RFP材料反而導(dǎo)致碳排放量增加。
對(duì)電動(dòng)汽車(chē)而言，使用階段的尾氣碳排放減少，而材料生產(chǎn)過(guò)程中的碳排放會(huì)扮演更重要的角色。因此，減少煉鋼過(guò)程的碳排放對(duì)于電動(dòng)汽車(chē)真正脫碳至關(guān)重要。
綠鋼的到來(lái)和發(fā)展障礙
令人欣慰的是，太陽(yáng)能和風(fēng)能技術(shù)突破正在以綠氫的形式滲透到鋼鐵行業(yè)。風(fēng)電和光伏通過(guò)電解過(guò)程制氫，整個(gè)過(guò)程沒(méi)有碳排放，因此稱(chēng)為綠氫。而綠氫可以代替煉鋼過(guò)程中的煤或天然氣原料，讓煉鋼過(guò)程不產(chǎn)生碳排放。這樣的鋼鐵簡(jiǎn)稱(chēng)綠鋼。由于風(fēng)電和光伏以及電解槽的成本在最近幾年迅速下降，綠氫的成本也顯著下降。例如，像很多研究報(bào)告一樣，最近麥肯錫發(fā)布的研究表明，到2030年，綠氫成本將從現(xiàn)在的每千克6美元下降到每千克2.3美元，甚至一些地區(qū)還可以下降到每千克1.4美元。
然而，綠鋼和傳統(tǒng)工藝煉鋼相比，成本還是更高。美國(guó)燃料電池和氫能協(xié)會(huì)的一份研究報(bào)告表明，按天然氣每百萬(wàn)英熱3美元的價(jià)格算，天然氣直接還原法煉鋼成本大概在每噸800美元，而假設(shè)綠氫的價(jià)格在每千克2美元時(shí)，其成本比由天然氣煉鋼要貴約每噸400美元，大概50％。
在競(jìng)爭(zhēng)激烈的市場(chǎng)中，價(jià)差巨大，鋼鐵制造商不會(huì)愿意主動(dòng)采用這種技術(shù)。然而，制定政策法規(guī)強(qiáng)制生產(chǎn)商使用綠鋼可能需要時(shí)間，而且并不容易。雖然一些大型的鋼鐵生產(chǎn)商，例如安賽樂(lè)米塔爾（ArcelorMittal）、新日鐵（Nippon Steel）、寶武鋼鐵等部分企業(yè)宣布了到2050年自愿實(shí)現(xiàn)碳中和目標(biāo)，但如何實(shí)現(xiàn)這些還沒(méi)有明確的時(shí)間表，他們?nèi)匀幻媾R綠鋼成本高的挑戰(zhàn)。
綠鋼如何破局？
要回答這個(gè)問(wèn)題，我們可以看看美國(guó)電力行業(yè)近幾年的一個(gè)現(xiàn)象。多年來(lái)，在缺乏聯(lián)邦清潔電力政策的情況下，可再生能源采購(gòu)主要由州可再生能源配額制推動(dòng)。然而，這個(gè)進(jìn)程太慢。于是大型工商業(yè)企業(yè)，尤其是科技獨(dú)角獸公司，如谷歌、微軟和亞馬遜等，開(kāi)始自愿建立環(huán)境目標(biāo)，直接從可再生開(kāi)發(fā)商那兒采購(gòu)清潔電力。今天，工商業(yè)企業(yè)已成為可再生能源需求的一大推動(dòng)力。在過(guò)去十年里，工商企業(yè)已經(jīng)向23.7吉瓦的可再生能源項(xiàng)目購(gòu)買(mǎi)了長(zhǎng)期購(gòu)電合同。在未來(lái)十年中，工商企業(yè)預(yù)計(jì)將進(jìn)一步推動(dòng)44吉瓦的風(fēng)電和72吉瓦的太陽(yáng)能項(xiàng)目，會(huì)占到同時(shí)期所有的大型清潔能源項(xiàng)目裝機(jī)的20％。
工商企業(yè)之所以能成功促成可再生能源電力項(xiàng)目的發(fā)展，原因有兩個(gè)：（1）這些企業(yè)是電力大用戶，因此具有購(gòu)買(mǎi)力，對(duì)公用事業(yè)公司也有一定的影響力；（2）電力成本對(duì)這些工商企業(yè)的成本來(lái)說(shuō)只是一小部分，因此可以被消化。
有趣的是，這似乎也適用于綠鋼在電動(dòng)汽車(chē)領(lǐng)域的應(yīng)用：（1）汽車(chē)行業(yè)是煉鋼行業(yè)的重要客戶。全球范圍內(nèi)看，汽車(chē)使用了13%的鋼材。在美國(guó)，汽車(chē)使用了28%的鋼材。雖然電動(dòng)車(chē)目前的份額不是很大，但將來(lái)市場(chǎng)份額會(huì)大幅增加；（2）鋼鐵的成本在汽車(chē)銷(xiāo)售價(jià)格里占比較小。一輛特斯拉在美國(guó)售價(jià)4萬(wàn)美元左右，以每輛汽車(chē)使用0.9噸鋼鐵計(jì)算，每噸貴400美元，一輛車(chē)就貴360美元，相當(dāng)于整車(chē)售價(jià)的1％。
正如ClimateWorks的麗貝卡戴爾博士所說(shuō)，當(dāng)從終端消費(fèi)者的成本角度出發(fā)，而不從商品生產(chǎn)者的角度出發(fā)時(shí)，清潔產(chǎn)品比傳統(tǒng)產(chǎn)品高出的成本可能會(huì)變得忽略不計(jì)。所以問(wèn)題并不在于社會(huì)買(mǎi)不起清潔產(chǎn)品，而在于如何通過(guò)供應(yīng)鏈有效地將成本分?jǐn)?，平穩(wěn)地轉(zhuǎn)移給最終消費(fèi)者。
電動(dòng)汽車(chē)制造商將迎來(lái)全球去碳化帶來(lái)的巨大機(jī)遇。同時(shí)，他們應(yīng)該像科技公司對(duì)可再生電力采購(gòu)所做的那樣，帶頭發(fā)起綠鋼采購(gòu)，為消費(fèi)者提供更綠色的電動(dòng)汽車(chē)。這將有助于推動(dòng)綠鋼商業(yè)化，帶來(lái)進(jìn)一步的技術(shù)提升和成本下降，最終使其在成本方面具備競(jìng)爭(zhēng)力，更廣泛地應(yīng)用到鋼鐵產(chǎn)業(yè)鏈的其他下游環(huán)節(jié)。
點(diǎn)擊閱讀本文英文版
https://www.bu.edu/ise/2021/08/10/green-steel-make-electric-vehicles-greener/
