鋼鐵行業是我國的碳排放大戶，排放量佔全國總量的15%，僅次於電力行業，故其脫碳對實現碳中和目標至關重要。研究表明，鋼鐵行業的中長期脫碳路徑主要有三，分別是氫基直接還原鐵-電弧爐（dri-eaf）工藝、廢鋼-電弧爐（scrap-eaf）工藝，以及碳捕集、利用與封存（ccus）技術。由於前兩種工藝都未能使鋼鐵行業完全脫碳，故國際能源署預計2050年時全球制鐵工藝配備ccus技術的比例將高達37%，可見其重要性。
然而，想要完成預期的脫碳目標，三種路徑都須通過商業化的關卡，尤其是ccus技術，有成本高、盈利點不明、捕集率偏低等問題，阻礙了鋼鐵企業的參與意願。另外，我國在ccus技術上起步較晚，面對嚴峻的商業化挑戰，使原本盈利困難的鋼鐵企業更加裹足不前。
因此，了解該技術的發展進度、全球應用情況及實踐難點，將有利於鋼鐵企業及其相關方展開評估，以推進碳中和目標的實現。有鑒於此，本文討論鋼鐵行業ccus技術的經濟效益、實踐案例與推廣挑戰，並探索中國鋼鐵行業發展ccus技術的未來方向，以共謀出路。
2024年11月18日，江蘇省南通，中天鋼鐵集團（南通）有限公司綠色精品鋼鍊鋼車間。
ccus技術的經濟效益
ccus技術可分為二氧化碳的捕集、輸送、利用與封存三個步驟。各行業對ccus技術的應用不同，但普遍面臨成本高昂、盈利不足、降碳效果不符預期等挑戰。
從成本看，碳捕集環節的成本最高，約佔整個流程的75%，同時技術風險也最高。現有的碳捕集技術有點源捕集與從空氣中直接捕集兩種，前者技術較為成熟，後者處於開發早期。點源捕集主要針對工業排放源，包括化工廠、天然氣加工廠等高濃度排放源，以及鋼鐵廠、水泥廠等低濃度排放源。由於排放源濃度、排放點源數量與排放設施的差異，碳捕集的技術方案與設施配置需要相應調整，導致相關項目常須定製化設計，從而提高了規模化複製的難度。事實上，根據不同排放源情況，碳捕集成本的浮動區間也較大，通常捕集一噸二氧化碳的成本在10至342美元之間，而鋼鐵行業的成本在40至124美元之間。
從收入看，鋼鐵企業從ccus中獲得的直接收入主要來自碳利用。二氧化碳可用於地質驅油（enhanced oil recovery，eor），以提升石油採收率，另可用於燃料、化學品、建築材料等產品製造，故鋼鐵企業可將二氧化碳售予這些行業，以抵消碳捕集的部分成本。只是，幾種應用方案中，目前僅eor可大規模商業化運營，其他則否。相比之下，碳封存的盈利性更糟，該環節下的二氧化碳是被注入到鹹水層或枯竭油氣田中，因而並無直接收入。
放眼未來，ccus技術的後續成本可能會隨著碳捕集技術的發展而降低，但碳利用的收入不確定性卻不容忽視，會隨著石油等產品價格的波動而上下起伏。不言而喻，經濟效益問題阻礙了鋼鐵行業對ccus項目的採納，以致目前全球僅六個商業化運營項目，其中一個在阿聯酋，一個在中國，三個在美國，一個在日本。表1詳列這些項目的相關企業名稱、生產工藝、運營日期、碳捕集量、捕獲的二氧化碳是利用（ccu）或封存（ccs），以及外部資金支持形式。
由於ccus項目的經濟效益問題，企業進行評估時，會將外部資金支持列為重要考慮因素。以下針對錶1中兩個信息相對充分的商業化運營項目展開說明。
al reyadah項目：脫碳決心與政府資助
al reyadah是阿聯酋的ccus項目，位於阿布扎比南部，每年為阿聯酋鋼鐵廠捕集80萬噸二氧化碳。項目由阿布扎比的大型油企發起，得益於政府的脫碳決心與資金支持，它不僅是鋼鐵行業首個ccus項目，也是全球首個商業化運營的ccus項目。
阿聯酋是石油與天然氣大國，其油氣資源主要來自酋長國之一的阿布扎比。阿聯酋是《京都議定書》的簽訂方之一，從2006年開始發展可再生能源，並由阿布扎比石油公司（adnoc）推動創立阿布扎比未來能源公司（masdar）。2008年，阿布扎比政府發布《2030年經濟願景》，明確發展多元化能源與相關的脫碳戰略，同時啟動碳捕集與eor技術研究，以位置靠近adnoc油田的阿聯酋鋼鐵公司作為首個碳捕集對象。2009至2011年，adnoc與masdar合作完成將二氧化碳注入adnoc油田的試點研究，而adnoc也獲得政府百億美元的脫碳資助。2012年兩家國企聯合成立ccus技術公司，以阿拉伯語「領導」之意將其命名為al reyadah。
al reyadah項目的設施總造價1.22億美元，於2016年啟動運營，目標有二，一是幫助鋼鐵企業降低碳排放，二是減少注入油田的天然氣消耗與進口。從結果上看，第二個目標已順利實現。隨著阿布扎比的經濟發展，天然氣的需求量日益增加，故當以二氧化碳或氮氣取代天然氣來進行地質驅油時，則天然氣可被用於更具經濟價值的領域。al reyadah項目落地後，每年阿布扎比可捕集80萬噸二氧化碳來取代1.5億立方英尺的天然氣，釋放數十億美元價值。
但第一個目標的進展卻未如人意。目前al reyadah項目的總體碳捕集率大概是25%，無法成為阿聯酋鋼鐵的主要脫碳手段。原因與碳捕集技術的局限有關：點源碳捕集設備只能安裝於個別點源，如點源較多，則須分別部署。阿聯酋鋼鐵的ccus設施安裝在其中一座直接還原爐上，該工廠的其他排放點源包括三座鋼鐵生產設施和五座軋鋼廠，而點源全覆蓋的成本甚為巨大。當將本案面臨的局限擴及整體鋼鐵行業時，由於大部分鋼鐵企業仍採用傳統的高爐工藝，涉及的排放點源會比直接還原鐵工藝更多，因而必要的設備投入也更龐大。
面對捕集效率低、成本高昂的挑戰，目前阿聯酋鋼鐵並沒有進一步擴大ccus實施範圍的規劃。同時，今年阿聯酋鋼鐵啟動了中東第一個綠色氫煉鐵項目，表明將優先發展「氫基還原鐵」技術以實現脫碳。不過，在政府資助下，阿布扎比仍在發展ccus技術，去年adnoc與美國西方石油公司合作推進從空氣中直接捕集技術，就是為了探索新的碳捕集方式。
denbury：資源優勢與財稅支持
denbury是一家專註於ccus技術服務的美國能源公司，擁有全美最大的二氧化碳運輸管道網路。該公司至今收支尚未平衡，但預計2026年將開始盈利。ccus公司很少能在短期內轉虧為盈，denbury實屬例外，得益於美國優厚的自然資源優勢和政府的長期財稅支持。
在自然資源方面，美國擁有豐富的天然二氧化碳源場，是世界上唯一能實現天然二氧化碳商業化鑽探的國家。二氧化碳天然源場主要位於美國西南部的油田內，鑽探時可採用與石油和天然氣鑽探類似的設備，每噸的開採成本在10至15美元之間。美國自上世紀中葉發現二氧化碳能強化採油後，便開始發展eor技術。1970年代，美國能源公司雪佛龍大舉開發二氧化碳eor，投入1.71億美元，隨後其他能源公司也開始發展技術並收購天然源場，形成一股熱潮。目前美國eor技術使用的二氧化碳，其中80%來自天然源場。
在政策方面，美國政府長期以財稅激勵政策支持ccus技術發展。1986年美國聯邦立法，首度對二氧化碳eor項目提供稅收激勵，給予15%的稅收抵免，適用於二氧化碳注入項目的相關成本。2008年美國又設立45q稅收抵免機制，對每噸通過eor注入的二氧化碳抵免10美元，對每噸通過地質層封存的二氧化碳抵免20美元。2022年的《通膨削減法案》又更新了45q稅收抵免條款，加大抵免額度，對每噸被直接封存或利用的二氧化碳分別抵免85美元和60美元，以進一步推動ccus技術發展。
受益於資源優勢與財政支持，denbury的ccus業務快速擴張。該公司於1997年上市後，更通過一系列的收購來發展eor業務，收購對象包括小溪油田與傑克遜二氧化碳天然源場等。denbury於2009年開始大力投資二氧化碳管道運輸網路，並隨著eor領域管道運輸業務的增加而提高碳捕集技術投資，為更多工業排放源企業服務。至去年為止，denbury已擁有超過1300英里的二氧化碳管道，並對捕集的430萬噸工業二氧化碳展開運輸、注入和封存。
去年denbury被埃克森美孚收購，後者與美國nucor鋼鐵公司簽訂一個ccs協議，為其提供二氧化碳運輸與存儲服務。nucor計劃於2026年啟動美國第一個鋼鐵行業的ccus項目，項目已獲美國能源部的資助，預計每年可捕集80萬噸二氧化碳。
前景展望與建議
ccus技術的資金投入大、捕集效率低，近幾年備受質疑。然而，國際能源署一直將ccus列為能幫助鋼鐵行業實現碳中和的重要技術之一。因此，在鋼鐵行業推動ccus技術的商業化方面，我國可借鑒國際經驗，揚長避短，發掘適合我國國情的道路。以下是三點建議。
首先，政府需加大支持力度，推動ccus技術優勢行業率先發展。目前我國ccus技術處於發展初期，面臨技術創新、成本控制和商業化應用的多重挑戰，故企業亟須通過政府支持來降低投資風險。特別是，擬使用ccus技術的鋼鐵企業必將面臨較高的研發與部署成本，需要承擔較高的資本支出，而政府的專項資金支持則能產生驅動作用。同時，對於eor等較為成熟的二氧化碳利用領域，政府亦可出台財政激勵政策，以降低ccus相關優勢行業的運營成本，從而帶動產業集群化發展，促進商業化正循環。
其次，鋼鐵行業需加強創新研發力度，積極推動ccus技術的商業化。鋼鐵企業可探索將二氧化碳用於自身產品優化，如包鋼的碳化法鋼渣綜合利用等。同時，鋼鐵企業也可關注跨行業應用，包括合成氣體與化學品生產、建築材料等領域。在能源領域，鋼鐵行業可與氫能產業聯動，生產綠色甲醇或合成天然氣等，為交通、化工等行業提供清潔能源。在建築領域，二氧化碳可作為碳源用於建築材料，通過二氧化碳礦化技術提升建築材料的強度和耐用性。此外，鋼鐵行業也應積極推動碳利用技術的規模化應用，降低成本並提高技術成熟度。
第三，鋼鐵企業自身應當提前規劃脫碳投資路徑，以避免碳鎖定。ccus技術尚未成熟，目前捕集效率較低，因此鋼鐵企業需要提前布局，才能在短中長期分步實現降碳。短期內，鋼鐵企業應當根據轉型目錄儘快提升能效，並優化生產工藝以減少碳排放。中長期內，鋼鐵企業應當提前投資建造氫基還原鐵工藝的相關設施，加大廢鋼採購與再利用，同時兼顧ccus技術的開發與落地。更重要的，在降碳路徑明晰情況下，鋼鐵企業必須把握當前的降碳窗口期，儘快設定短中長期降碳目標與相應的投資規劃，並切實推動脫碳進程。
總結而言，鋼鐵行業應當把握低碳經濟的發展機遇，探索ccus技術的商業化應用模式。尤其，在我國供給側改革的背景下，鋼鐵企業應當通過低碳轉型與優化產能來實現提質增效的發展目標，提升市場競爭力，更應當通過多方協同和持續創新，來實現碳中和目標。
[邱慈觀是美國賓夕法尼亞大學沃頓商學院金融學博士，現任上海交通大學上海高級金融學院教授、可持續金融學科發展專項基金學術主任，李小千是專項基金研究專員。]
