钢铁在我们的生活中扮演着不可或缺的角色。从交通运输、建筑、基础设施，到日常消费品乃至人体内植入的医疗设备，钢铁可谓是无处不在。
为何钢铁如此重要？ 因为钢铁强度高、耐用性强，且可无限次回收利用，同时不会损失任何性能。
但也存在一个问题。钢铁生产属于高耗能产业，其传统生产流程依赖化石燃料。全球对钢铁存在多方面的需求，但这绝不能以牺牲地球生态为代价。
随着需求增长，钢铁对环境的负面影响也随之加剧。因此，钢铁要成功助力未来全球经济增长，就面临着如何以更可持续的方式进行生产的挑战。钢铁制造商和各国政府都在致力于减少钢铁生产行业的碳排放量。尽管全球范围内正在涌现诸多令人振奋的创新成果，但这些成果是否足以减轻钢铁生产对环境的负面影响呢？
钢铁如何推动全球经济发展？
铁质地坚硬，但强度并非特别高。而通过将铁熔炼并与碳结合制成的钢铁则不同，不仅强度极高，而且用途惊人地广泛。
但遗憾的是，炼钢过程需要极高温度，这意味着要消耗大量能源。
自 14 世纪铁匠首次掌握炼钢技术以来，高炉一直承担着为炼钢过程提供所需热量的使命。19 世纪末出现的电弧炉技术是较近的一次重大升级。电弧炉炼钢是通过电流穿过废金属与铁的混合物来产生钢水。尽管电弧炉炼钢效率高得多，但由于传统上依赖碳基能源，其碳排放量依然居高不下。
随着炼钢技术数十年的演进，我们对这种材料的依赖也与日俱增。事实上，很难想象一个没有钢铁的世界：汽车、住宅、办公楼、船舶、火车、大多数医疗设备——没有钢铁的世界几乎会变得面目全非。只需看看汽车行业，就能明白我们对钢铁的高度依赖。自 19 世纪[1]首批汽车下线以来，钢铁在普通汽车的材质构成中占比就远超一半。难怪国际能源署 (IEA) 预测，2020 年至 2050 年[2]期间全球钢铁需求将增长超三分之一。
然而，在享受钢铁给我们生活带来的诸多无可否认的益处时，我们也必须正视其不环保的生产方式。钢铁的优势根深蒂固：钢铁能成为全球经济的重要支柱，关键原因在于它目前几乎无可替代。正如世界经济论坛 (WEF)[3] 所指出：“截至今日，尚无可规模化生产的钢铁替代品”。
既然没有切实可行的替代材料，唯一的解决办法就是找到更好的钢铁生产方式。我们需要更可持续的生产方式，为零碳世界贡献力量而非造成阻碍。
作为全球化产业，钢铁生产向绿色转型是一项极大的挑战。如今钢铁生产日益向低成本地区集中，仅亚洲就贡献全球 70% 以上的钢铁产量[4]。2024 年，全球钢铁总产量超过 18 亿吨，其中中国的产量遥遥领先[5]，占全球年度钢铁产量的 50% 以上。
不出所料，全球设定了严格的脱碳目标以降低这一数值。国际能源署警告称，为实现全球能源与气候目标，到 2050 年钢铁生产的碳排放量必须至少减半[6]。该机构指出，钢铁行业脱碳进程必须“显著加速”，才能契合“2050 年净零排放”背景下的要求[7]。这是一项艰巨的任务。麦肯锡专家直言，这“需要钢铁行业进行有史以来规模最大的资产重组”。[8]考虑到该行业的规模与复杂性，其转型成本之高也在意料之中。德勤的一份报告显示[9]，到 2050 年，钢铁行业脱碳将需要投入约 8,000 亿美元。
幸运的是，私营部门和公共部门均致力于共同携手应对这一紧迫而昂贵的挑战。
钢铁脱碳是否有明确目标？
就环境影响而言，当前钢铁制造业的前景不容乐观：其碳排放占全球总量的 8%，超过任何其他重工业[10]。
这使得脱碳任务异常艰巨。但好消息是，全球范围内正涌现出广泛而深入的创新技术，推动钢铁生产向更绿色的方向发展。其中包括减少化石燃料使用的先进电弧炉，以及以绿氢为动力的减排熔炉。许多企业正积极研发低碳铁技术，还有一些企业正在打造重构钢铁价值链的“绿色钢铁枢纽”，以更高效、低碳的方式组织生产。事实上，世界经济论坛甚至将钢铁视为“引领脱碳行动的最佳候选行业之一”[11]。
在《钢铁技术路线图》中[12]，国际能源署探讨了如何在采用不同技术之间做出最优权衡。报告指出，私营部门和公共部门均有责任采取切实行动以实现脱碳目标。各国政府需制定并支持绿色钢铁生产目标，而制造商则必须投资相关技术以达成这些目标。
目前，全球脱碳进程似乎正朝着正确方向推进。例如，经济合作与发展组织 (OECD) 指出，全球 90% 以上的钢铁产能所在国已设定净零碳排放目标[13]。
钢铁制造商自身也在积极制定符合净零排放目标的战略，许多企业已设定了自主脱碳目标作为行动指引。经合组织在对主要钢铁生产商的分析中表示:“大多数[钢铁]企业 (88%)……已设定脱碳目标，其中 65% 的企业设定了净零排放目标。”[14] 然而，并非一切顺利。经合组织分析的多数企业将目标设定在 2050 年之后，仅有两家企业计划在这一里程碑年份之前达成目标。
钢铁脱碳的主要方法是什么？
正如世界经济论坛所指出，钢铁行业是脱碳工作的合理重点领域，这很大程度上是因为从技术层面而言，该行业已高度发达。现代电弧炉比传统高炉消耗的化石燃料更少，目前已用于生产约 29% 的常规钢铁[15]。事实上，麦肯锡在一份绿色钢铁报告中强调，为这些电弧炉供电的电力成本是影响钢铁制造商竞争力的关键因素[16]。
然而，仅靠建造更多电弧炉并非解决之道，因为其电力大多仍来自化石燃料。要切实改变现状，需要重现数百年前将铁转化为钢时的那种创造力，实现生产方式的根本性转变。
最具前景的技术之一是用氢气替代化石燃料，这能大幅降低碳足迹[17]。但使用“正确”的氢气至关重要。蓝氢由天然气制取，产生的二氧化碳会被泵入地下储罐或通过 CCUS（碳捕集、利用与封存）技术捕获，而绿氢则依赖绿色电力和水，生产过程中很少或几乎没有碳排放。相比之下，灰氢通常利用化石燃料发电制取，因此整体碳足迹高得多。
目前的进展振奋人心。例如，阿联酋国家可再生能源公司马斯达尔 (Masdar) 与 EMSTEEL 合作完成了该地区首个利用绿氢生产绿色钢铁的试点项目。该设施通过可再生能源驱动的电解制取氢气，进而从铁矿石中提取铁，在直接还原过程中替代天然气。该项目已全面投产并通过国际标准认证，有望将钢铁生产的二氧化碳排放量减少高达 95%[18]。
瑞典北部的博登 (Boden) 也有一个类似项目，即欧洲第一家大型绿色钢铁厂。这座 H2 Green Steel 工厂利用厂区内的水电和风电等可再生能源制取绿氢，并将其用在直接还原反应器中还原铁矿石，实现在钢铁生产过程中绿氢对煤炭的替代。与传统高炉方法相比，该工艺仅排放水蒸气，还可减少高达 95% 的碳排放量。该工厂的目标是，到 2030 年每年生产 500 万吨绿色钢铁。H2 Green Steel 还与能源公司合作开发其他项目，如在西班牙建设太阳能驱动的钢铁厂[19]。
另一种正在采用的方法是利用碳捕集技术降低钢铁生产的碳足迹。在美国，U.S. Steel 与 CarbonFree 合作，在其印第安纳州的 Gary Works 工厂建设北美首个商业规模的碳捕集利用工厂。该项目采用的 SkyCycle 技术每年可捕获高达 5 万吨的二氧化碳，将其矿化为碳酸钙，供多个行业使用。该项目将于 2026 年投入运营，是将碳捕集技术融入传统炼钢过程中的开创性一步，并有望在其他工厂推广应用[20]。
当然，钢铁生产的前提是炼铁。但和钢铁制造一样，炼铁过程能耗高，且由于化石燃料在炼铁中的主导地位，碳排放量也很高。因此，脱碳举措正聚焦于炼铁环节的绿色技术。例如，美国伍斯特理工学院正在研究一种使用低碳电解铁粉生产钢铁的方法，可显著降低能源消耗和温室气体排放[21]。
再如，瑞士矿业与大宗商品企业 Ferrexpo 估计，其供应给行业的铁矿石球团，每替代 1 吨传统铁矿烧结矿粉（或粉尘），就能减少 40% 的碳排放量。[22]。另一家矿业公司 Rio Tinto 则采用原生生物质和微波能替代煤炭，将铁矿石转化为铁，该公司称这一过程“相比当前的高炉法，有望减少高达 95% 的二氧化碳排放量”[23]。
另一个受到关注的领域是所谓的“绿色钢铁枢纽”概念。正如麦肯锡[24]在一份报告中所述，绿色钢铁枢纽是战略性布局的工业集群或设施，通过整合可再生能源、绿氢以及直接还原铁 (DRI)、电弧炉等创新技术，专门生产低碳钢铁。这些枢纽特意选址于拥有丰富低成本可再生能源（如太阳能、风能、水能）、适宜原材料（如高品位铁矿石）以及支持先进低排放钢铁生产工艺的基础设施的地区。
与传统钢铁厂不同，绿色钢铁枢纽重点探索可大幅减少或消除碳排放的工艺。这一点通常通过以下方式实现：
- 在直接还原铁厂中，用绿氢或天然气（作为过渡步骤）替代焦炭来还原铁矿石。
- 用可再生电力驱动的电弧炉熔化所得的铁。
- 尽可能整合碳捕集、利用与封存 (CCUS) 技术。
但专家表示，这些方式存在弊端，即建设枢纽的成本高昂，且需要众多利益相关方达成共识，包括矿业公司、能源供应商、物流公司、投资者和政府等。
政府在钢铁脱碳方面可以发挥什么作用？
在政策制定和行业监管方面，政府承担着至关重要的角色。事实上，世界钢铁协会明确指出，政府与私营部门之间的合作是“实现可持续未来的基石”[25]。
世界钢铁协会建议各国政府采取以下措施：
- 支持多元化技术
- 增加对低碳钢铁的需求（尽管其价格较高）
- 奖励绿色钢铁产品，同时保障已投资高效制造技术的企业利益
- 为向绿色钢铁制造转型提供资金支持
- 支持循环经济，尤其是废金属的回收利用
根据研究与技术解决方案公司 Acuity Knowledge Partners 的分析，各国政府正积极行动，投入资金支持脱碳工作[26]（见图）。
例如，欧盟委员会为“清洁钢铁”提供资金，其重点是降低能源成本并为低碳产品创造市场[27]。日本政府的绿色创新基金正投入数十亿日元，用于在钢铁生产中应用氢气[28]。美国政府为钢铁生产脱碳研究提供了高达 12 亿美元的巨额资金。[29]
是否就变革达成了共识？
不仅仅是政府和制造商渴望迈向更绿色的未来。钢铁产品购买者的态度也正在发生改变，这同样令人振奋。如果人们愿意为更环保的产品支付更高价格，情况就会有所改善——钢铁领域便是如此。至少在短期内，由于转向更可持续的生产方式需要额外成本，“绿色钢铁”的价格会更高。解决这一问题的一种方法是关注“绿色溢价”，即购买者基于对产品额外价值的认可而愿意承担的额外成本。
就绿色钢铁而言，这种额外价值包括提升环境可持续性、符合低碳生产的监管规定以及提升品牌声誉等。在某些行业中，绿色钢铁的预估成本增量其实微不足道。汽车生产就是一例。欧洲领先的清洁交通与能源倡导组织 Transport & Environment 估计，到 2050 年，电动汽车采用 40% 的绿色钢铁，其价格仅会增加 57 欧元[30]。这个为地球减负的代价可谓微不可察。
气候变化的负面影响已在我们身边显现，向绿色钢铁转型刻不容缓。世界经济论坛认为，若钢铁行业想在脱碳领域成为领军者，未来几年将是成败关键期[31]。
该组织指出：“全球经济需要开始高效调配资源，以实现最大幅度、最快速度的减排，这使得钢铁行业理应成为优先减排领域。”
势头正在积聚，经合组织发现近年来低碳钢铁行业项目的数量持续增长。同样，国际能源署[32]呼吁为钢铁企业创造“公平竞争环境”，以便其能够共同推进脱碳进程。
钢铁的可回收特性赋予其天然绿色属性。随着钢铁生产过程脱碳工作的推进，其绿色属性将得到进一步提升。
政府正严肃应对这一挑战。他们深知建立强大低碳钢铁产业的经济意义。当风险与机遇达到平衡时，私营部门很有可能愿意投资新的钢铁生产技术。
通过政府支持以及对采购方的宣传引导，绿色钢铁成本较高的障碍是可以克服的，从而使需求逐渐转向脱碳替代产品。钢铁行业转型未来举措的重要性可能不亚于钢铁本身的发明，且具有深远影响。
钢铁脱碳的五大事实速览
- 钢铁生产二氧化碳排放量占全球总量的百分比是多少？
钢铁制造二氧化碳排放量约占全球总量的 8%，超过其他任何重工业。 - 到 2050 年，钢铁行业脱碳需要多少投资？
德勤表示，到 2050 年，钢铁行业脱碳将需要约 8,000 亿美元的投资。 - 哪个国家在全球钢铁生产中占据主导地位？
中国的钢铁产量遥遥领先，占全球年度钢铁产量的 50% 以上，而 2024 年全球钢铁总产量超过 18 亿吨。 - 绿氢能减少多少钢铁生产中的碳排放量？
以阿联酋和瑞典的绿氢钢铁生产项目为例，相比传统方法，这些项目有望将钢铁生产的二氧化碳排放量减少高达 95%。 - 改用绿色钢铁会使电动汽车的成本增加多少？
Transport & Environment 组织估计，到 2050 年，电动汽车采用 40% 的绿色钢铁，成本仅会增加 57 欧元。
[1] https://www.sciencedirect.com/topics/engineering/automotive-steel
[2] https://www.iea.org/reports/iron-and-steel-technology-roadmap
[3] https://www.weforum.org/publications/the-net-zero-industry-tracker/in-full/steel-industry/
[4] https://worldsteel.org/climate-action/climate-change-and-the-production-of-iron-and-steel/
[6] https://www.iea.org/reports/iron-and-steel-technology-roadmap
[7] https://www.iea.org/energy-system/industry/steel
[8] https://www.mckinsey.com/industries/metals-and-mining/our-insights/green-steel-hubs-a-pathway-to-decarbonize-the-steel-industry
[9] https://www.deloitte.com/content/dam/assets-shared/docs/collections/2023/gx-greenspace-tech-research-green-steel.pdf
[10] https://www.weforum.org/stories/2022/07/green-steel-emissions-net-zero/
[11] https://www.weforum.org/stories/2023/08/why-steel-can-be-an-unexpected-leader-in-decarbonization/
[12] https://www.iea.org/reports/iron-and-steel-technology-roadmap
[13] https://www.oecd.org/en/publications/addressing-steel-decarbonisation-challenges-for-industry-and-policy_e6cb2f3c-en.html
[14] https://www.oecd.org/en/publications/addressing-steel-decarbonisation-challenges-for-industry-and-policy_e6cb2f3c-en.html
[15] https://www.weforum.org/stories/2023/08/why-steel-can-be-an-unexpected-leader-in-decarbonization/
[16] https://www.mckinsey.com/industries/metals-and-mining/our-insights/green-steel-hubs-a-pathway-to-decarbonize-the-steel-industry
[17] https://www.weforum.org/stories/2022/07/green-steel-emissions-net-zero/
[18] https://masdar.ae/en/news/newsroom/masdar-and-emsteel-announce-successful-pilot-project-using-green-hydrogen-to-produce-green-steel
[19]https://www.mining-technology.com/news/green-steel-hydrogen/
[21] https://arpa-e.energy.gov/programs-and-initiatives/search-all-projects/low-carbon-iron-production-and-high-silicon-steel-manufacturing-lciphssm
[22] https://www.ferrexpo.com/what-we-do/a-low-carbon-pathway/
[23] https://www.riotinto.com/en/news/stories/decarbonising-steel-making
[24] https://www.mckinsey.com/industries/metals-and-mining/our-insights/green-steel-hubs-a-pathway-to-decarbonize-the-steel-industry
[25] https://worldsteel.org/climate-action/climate-change-and-the-production-of-iron-and-steel/
[26] https://www.acuitykp.com/blog/public-private-funding-green-steel-production/
[27] https://hadea.ec.europa.eu/news/european-clean-steel-discover-hadeas-projects-towards-climate-neutrality-and-circularity-2025-03-19_en
[28] https://www.iea.org/policies/13515-green-innovation-fund-hydrogen
[29] https://www.acuitykp.com/blog/public-private-funding-green-steel-production/
[30] https://www.transportenvironment.org/articles/green-steel-can-cut-climate-impact-of-car-production-for-just-eur57-a-vehicle
[31] https://www.weforum.org/stories/2023/08/why-steel-can-be-an-unexpected-leader-in-decarbonization/
[32] https://www.iea.org/reports/iron-and-steel-technology-roadmap
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