通过战略性绿色投资规避钢铁行业碳锁定

《Nature Climate Change》：Averting the steel carbon lock-in through strategic green investments

　　

新兴经济体新一轮钢铁产能扩张可能将煤炭基生产锁定数十年。研究人员通过将详细钢铁生产建模与厂级数据结合纳入综合评估模型（Integrated Assessment Model, IAM），估算现有及规划中的煤炭基钢铁厂可能使全球累计承诺碳排放接近600亿吨二氧化碳（60 GtCO2）。若当前政策与投资趋势延续至既定规划之外，承诺排放量将达1140亿吨二氧化碳（114 GtCO2），消耗限制升温至1.7℃所需剩余碳预算的20%。研究显示，以每吨二氧化碳减排成本100至150美元（US$100–150 tCO2?1）的中等平均减缓成本，可规避60%的此类锁定风险。仅在印度，若本十年内引导500亿美元（US$50 billion）气候资金投向氢能就绪型直接还原炼钢厂，即可避免220亿吨二氧化碳（22 GtCO2）的未来排放。近期的钢铁新增产能投资决策是规避碳锁定、推动行业与气候目标协同的关键窗口。

研究背景与意义

全球钢铁工业正经历第三次产能扩张浪潮，新兴经济体的工业化进程推动一次钢铁（由原生铁矿石而非废钢生产）需求持续增长。历史前两波扩张均以煤炭基高炉—转炉（Blast Furnace-Basic Oxygen Furnace, BF-BOF）工艺为主，该工艺至今仍占全球钢铁产量的70%，导致2023年钢铁行业贡献了全球7%的二氧化碳排放。与前两轮不同，本轮扩张面临紧迫的气候约束：若新建BF-BOF厂按计划投产，其长达35至40年的运行寿命将导致巨额“碳锁定”（Carbon Lock-in）——即长期资产一旦建成，即便未来加速气候行动，也将因提前退役产生搁浅资产成本，或被迫持续排放直至寿命终结。尽管现有技术可实现钢铁脱碳，如BF-BOF碳捕集与封存（Carbon Capture and Storage, CCS）改造、生物质替代、气基或氢基直接还原铁—电炉（Direct Reduction Iron-Electric Arc Furnace, DRI-EAF）工艺及废钢回收，但这些路径普遍成本高昂且面临跨行业资源竞争。现有研究尚未量化近期投资决策对长期碳锁定的影响，亦未在全球能源系统层面评估跨行业减缓权衡。因此，该研究发表于《Nature Climate Change》，旨在通过整合厂级数据与综合评估模型，量化钢铁碳锁定规模，识别关键干预窗口，为低成本脱碳路径提供依据。

关键技术方法

研究人员扩展了全球综合评估模型REMIND，构建了技术显式的钢铁生产模块，将厂级数据（来自全球能源监测组织2025年版《全球钢铁厂追踪数据库》）与模型耦合。研究设计了三类情景：现行政策（Current Policies）基准情景，仅维持已实施国家政策而无额外减缓努力；带锁定的转型（Transition with Lock-in）情景，假设所有已宣布BF-BOF项目均建成且所有厂完成大修（Relining）；快速转型（Fast Transition）情景，假设发达国家和中国BF-BOF厂在大修前（运行20年）提前退役，新兴地区取消已宣布BF-BOF项目但允许在建厂运行至寿命终结。模型采用1.5℃超调（峰值约1.7℃）相容的碳预算约束，并基于共享社会经济路径SSP2设定能源与材料需求。

研究结果

量化运营与规划产能的锁定效应

现有长寿命BF-BOF产能已形成显著锁定，若新建项目全部投产且年轻高炉完成大修，至2070年累计锁定排放可达580亿吨二氧化碳（58 GtCO₂），消耗2025年起1.7℃路径剩余碳预算的10%。其中，现役产能锁定约400亿吨二氧化碳（40 GtCO₂），在建与已宣布项目分别新增50亿吨与140亿吨二氧化碳（5 GtCO₂与14 GtCO₂）。若避免新建BF-BOF及年轻高炉大修，可将锁定排放减半至310亿吨二氧化碳（31 GtCO₂）。

全球钢铁转型路径与早期行动的必要性

在现行政策情景下，全球钢铁生产虽转向废钢回收，但一次钢铁仍几乎完全依赖煤炭。两类1.5℃相容情景均呈现三大稳健特征：煤炭基钢铁逐步淘汰、DRI-EAF规模化应用并利用天然气过渡（“天然气桥接”）、废钢基生产加速扩张。然而，“带锁定的转型”情景脱煤速度显著更慢：2050年仍有5亿吨/年煤炭基钢铁产量，而“快速转型”情景将其降至2.5亿吨/年。区域动态显示，中国与印度的投资决策起主导作用：中国通过避免高炉大修可加速转向氢基与废钢基生产；印度通过将拟建BF-BOF转为天然气基DRI-EAF（NG-DRI-EAF），可避免70吨/年的煤炭基钢铁产能锁定至2065年。

规避钢铁碳锁定的经济效益

至2070年，现行政策情景下钢铁累计排放超1100亿吨二氧化碳（110 GtCO₂），“快速转型”可削减730亿吨二氧化碳（73 GtCO₂，较现行政策减少60%），中印两国合计贡献430亿吨二氧化碳（43 GtCO₂）的减排量。“快速转型”额外实现的180亿吨二氧化碳（18 GtCO₂）减排，平均减缓成本低于110美元/吨二氧化碳（US$110 tCO₂^?1）。对比其他部门实现同等减排的成本（主要通过生物能源碳捕集与封存Bioenergy with CCS, BECCS），中印钢铁部门额外转型成本仅为其他部门成本的约一半，凸显钢铁早期行动的成本效益优势。

印度钢铁投资的早期行动窗口

印度面临最关键的近期投资决策，快速转型可较现行政策减少220亿吨二氧化碳（22 GtCO₂）排放。本十年内将500亿美元（US$50 billion）拟投BF-BOF资金转向NG-DRI-EAF，并在2040年代追加约1600亿美元（US$160 billion）用于电解槽与光伏装机以实现向氢基DRI过渡，即可实现上述减排。年均投资需求约为173亿美元（US$17.3 billion/年），仅较“带锁定转型”高出37亿美元（US$3.7 billion/年）。然而，新兴经济体较高的加权平均资本成本（Weighted Average Cost of Capital, WACC）会显著增加融资压力：若WACC从5%升至12%，峰值年融资成本将从240亿美元（US$24 billion）增至350亿美元（US$35 billion），若跳过天然气桥直接转向氢基DRI，则增至500亿美元（US$50 billion）。

讨论与结论

研究证实，若煤炭基钢铁投资趋势延续，钢铁行业将消耗1.7℃路径剩余碳预算的20%，但该结果并非必然。三大稳健转型特征——煤炭基一次钢淘汰、DRI-EAF规模化、废钢生产提升——在不同温控目标下均成立，而BF-BOF-CCS因有限碳储存容量下的系统成本权衡仅发挥次要作用。锁定风险分布极不均衡，中印两国占快速转型可避免排放的59%（43/73 GtCO₂）。印度快速转型面临技术规模化、融资条件与能源供应三重障碍，但其国家绿氢使命下的低价绿氢信号暗示直接跨越天然气阶段的可能性。欧盟碳边境调节机制（Carbon Border Adjustment Mechanism, CBAM）等政策可提升低碳钢铁竞争力。国际气候资金与技术转让对支持全球南方国家扩散DRI-EAF技术至关重要。未来十年是全球钢铁脱碳的决定性窗口，及时转向DRI-EAF作为新增一次钢主导路线，是以中等成本克服“难以减缓障碍”的最高杠杆气候政策机遇之一。