楊穎霞 波士頓大學可持續(xù)能源研究院高級研究員
中國實現(xiàn)雙碳目標無疑會對全社會各行各業(yè)帶來很大的影響，尤其是碳排放高的行業(yè)。電力行業(yè)首當其沖，其次是工業(yè)和交通行業(yè)。電力和交通運輸行業(yè)應用的風電、光伏和電池儲能技術(shù)在近十年來的迅速發(fā)展下，成本已經(jīng)顯著下降，商業(yè)化進入加速期，而工業(yè)領(lǐng)域的低碳技術(shù)應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。
世界上很多其他國家也面臨著同樣的挑戰(zhàn)。本文的作者就美國如何推動鋼鐵生產(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)化思路僅供中國工業(yè)行業(yè)碳減排參考。
鋼材對電動汽車環(huán)保性的影響
過去十年對清潔能源來說是捷報頻傳的十年。從2010年到2020年，光伏發(fā)電成本下降了85％，風電下降50％，鋰電電池的價格下降了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，而這兩個行業(yè)的排放量目前占全球碳排放的40％。更低價的太陽能和風能導致更高的可再生能源滲透率。更低價的鋰電電池一方面降低電動汽車的價格，也有助于將更多的太陽能和風能并入電網(wǎng)。更清潔的電網(wǎng)意味著更清潔的電動汽車。最終，當電網(wǎng)100%清潔時，電動汽車將100%綠色環(huán)保。
其實不然。當考慮車輛全生命周期的碳排放量時，即使電網(wǎng)是100%零碳排放，電動汽車也仍然有碳排放。這是因為生命周期碳排放不僅包括車輛在使用階段產(chǎn)生的碳排放，也包括車輛在制造過程中的碳排放，所用材料制造過程中的碳排放，以及材料所用原料開采時的碳排放等。
實際上，生產(chǎn)車輛用的一些材料是碳排放強度很高的過程 。其中一種是鋼材。平均來說，一輛汽車要使用0.9噸鋼材。生產(chǎn)一噸鋼，平均會產(chǎn)生1.8噸二氧化碳。以2019年生產(chǎn)大約92萬輛汽車算，用于汽車的鋼，制造過程碳排放量約150萬噸。加上大量使用鋼材的其他行業(yè)，如建筑物、基礎設施和機械設備等，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，因為大部分煉鋼過程使用煤作為其能源資源和原料。
對汽車行業(yè)來說，考慮汽車材料對碳排放的影響并不是新鮮事，然而多年來考慮的重點主要是對于車輛使用過程中碳排放量的影響，而不是材料生產(chǎn)階段的碳排放。這是因為對燃油汽車而言，使用過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)部分使用在車輛中替代鋼材的輕質(zhì)材料鋁和碳纖維增強聚合物（RFP）因為可以減輕車體重量而提高燃料效率，從而減少在車輛運行階段中二氧化碳的排放量。然而，當考慮到材料生產(chǎn)過程中的排放，與鋼相比，鋁和RFP材料反而導致碳排放量增加。
對電動汽車而言，使用階段的尾氣碳排放減少，而材料生產(chǎn)過程中的碳排放會扮演更重要的角色。因此，減少煉鋼過程的碳排放對于電動汽車真正脫碳至關(guān)重要。
綠鋼的到來和發(fā)展障礙
令人欣慰的是，太陽能和風能技術(shù)突破正在以綠氫的形式滲透到鋼鐵行業(yè)。風電和光伏通過電解過程制氫，整個過程沒有碳排放，因此稱為綠氫。而綠氫可以代替煉鋼過程中的煤或天然氣原料，讓煉鋼過程不產(chǎn)生碳排放。這樣的鋼鐵簡稱綠鋼。由于風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。美國燃料電池和氫能協(xié)會的一份研究報告表明，按天然氣每百萬英熱3美元的價格算，天然氣直接還原法煉鋼成本大概在每噸800美元，而假設綠氫的價格在每千克2美元時，其成本比由天然氣煉鋼要貴約每噸400美元，大概50％。
在競爭激烈的市場中，價差巨大，鋼鐵制造商不會愿意主動采用這種技術(shù)。然而，制定政策法規(guī)強制生產(chǎn)商使用綠鋼可能需要時間，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年自愿實現(xiàn)碳中和目標，但如何實現(xiàn)這些還沒有明確的時間表，他們?nèi)匀幻媾R綠鋼成本高的挑戰(zhàn)。
綠鋼如何破局？
要回答這個問題，我們可以看看美國電力行業(yè)近幾年的一個現(xiàn)象。多年來，在缺乏聯(lián)邦清潔電力政策的情況下，可再生能源采購主要由州可再生能源配額制推動。然而，這個進程太慢。于是大型工商業(yè)企業(yè)，尤其是科技獨角獸公司，如谷歌、微軟和亞馬遜等，開始自愿建立環(huán)境目標，直接從可再生開發(fā)商那兒采購清潔電力。今天，工商業(yè)企業(yè)已成為可再生能源需求的一大推動力。在過去十年里，工商企業(yè)已經(jīng)向23.7吉瓦的可再生能源項目購買了長期購電合同。在未來十年中，工商企業(yè)預計將進一步推動44吉瓦的風電和72吉瓦的太陽能項目，會占到同時期所有的大型清潔能源項目裝機的20％。
工商企業(yè)之所以能成功促成可再生能源電力項目的發(fā)展，原因有兩個：（1）這些企業(yè)是電力大用戶，因此具有購買力，對公用事業(yè)公司也有一定的影響力；（2）電力成本對這些工商企業(yè)的成本來說只是一小部分，因此可以被消化。
有趣的是，這似乎也適用于綠鋼在電動汽車領(lǐng)域的應用：（1）汽車行業(yè)是煉鋼行業(yè)的重要客戶。全球范圍內(nèi)看，汽車使用了13%的鋼材。在美國，汽車使用了28%的鋼材。雖然電動車目前的份額不是很大，但將來市場份額會大幅增加；（2）鋼鐵的成本在汽車銷售價格里占比較小。一輛特斯拉在美國售價4萬美元左右，以每輛汽車使用0.9噸鋼鐵計算，每噸貴400美元，一輛車就貴360美元，相當于整車售價的1％。
正如ClimateWorks的麗貝卡戴爾博士所說，當從終端消費者的成本角度出發(fā)，而不從商品生產(chǎn)者的角度出發(fā)時，清潔產(chǎn)品比傳統(tǒng)產(chǎn)品高出的成本可能會變得忽略不計。所以問題并不在于社會買不起清潔產(chǎn)品，而在于如何通過供應鏈有效地將成本分攤，平穩(wěn)地轉(zhuǎn)移給最終消費者。
電動汽車制造商將迎來全球去碳化帶來的巨大機遇。同時，他們應該像科技公司對可再生電力采購所做的那樣，帶頭發(fā)起綠鋼采購，為消費者提供更綠色的電動汽車。這將有助于推動綠鋼商業(yè)化，帶來進一步的技術(shù)提升和成本下降，最終使其在成本方面具備競爭力，更廣泛地應用到鋼鐵產(chǎn)業(yè)鏈的其他下游環(huán)節(jié)。
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https://www.bu.edu/ise/2021/08/10/green-steel-make-electric-vehicles-greener/
