中国资源能源与可持续发展-金属碳中和战略研究专题报告

周年特辑 中国资源能源与可持续发展 ——金属碳中和战略研究专题报告 清华-力拓资源能源与可持续发展联合研究中心2022年12月 2022 中国资源能源与可持续发展： ——金属碳中和战略研究专题报告 序言一 全球范围内日益频发的极端天气事件警示我们，气候变化不仅是眼前的危机，更是人类面临的长期深层次挑战。最新发布的IPCC第六次评估报告指出，人类活动引发的全球变暖，正在使大气圈、海洋、冰冻圈和生物圈发生广泛而迅速的变化，气候变化已经在生态系统中造成巨大破坏和越来越不可逆转的损失。为实现人类社会永续发展，人类亟需开展自我革命，团结协作，携手积极应对气候变化。 2015年《联合国气候变化框架公约》缔约方会议通过的《巴黎协定》，确立了在本世纪末“把全球平均气温升幅控制在工业化前水平以上低于2℃之内，并努力将气温升幅限制在工业化前水平以上1.5℃之内”的目标，明确了全球应对气候变化的长期愿景和制度安排，明确了未来绿色低碳转型的大方向。中国在《巴黎协定》的达成、签署、生效和落实方面都做出了历史性的积极贡献。2020年9月22 1 周年特辑 日，国家主席习近平在第75届联合国大会上郑重宣布，中国将提高国家自主贡献力度，采取更加有力的政策和措施，二氧化碳排放力争于2030年前达到峰值，努力争取2060年前实现碳中和，这一庄严承诺极大提振了全球应对气候变化的信心。 然而，必须清醒地认识到，我国产业结构偏重，能源结构偏煤，科技创新能力不足，且从碳达峰到碳中和只有30年时间，短于发达国家平均周期。因此，实现“双碳”目标面临着巨大挑战，必须实施一场经济社会的系统性变革，必须处理好减排与发展、整体与局部、短期与中长期、政府与市场这四对关系。需要认识到，碳达峰、碳中和之间存在“此快彼快，此低彼易，此缓彼难”的辩证关系，必须用联系的、系统的观点整体看待，不能割裂开来，各行其是。而系统的、一盘棋的观点的建立，离不开深入的战略和路径规划研究。 能源系统是绿色低碳转型的重点和关键。按照清华大学气候变化与可持续发展研究院的研究，我国需要走一条以《巴黎协定》2℃和1.5℃目标为导向的长期深度脱碳转型路径。这意味着，我国能源系统要发生根本性的改变，由目前化石能源占比约85%，逐渐转变为2060年非化石能源占比达到80%以上。为此，我们不仅要大力发展非化石能源，更要把握好可再生能源发展与传统化石能源转型的配合及节奏，以高度的智慧和卓越的创新谱写一首和谐的“交响曲”。 序言 与此同时，包括钢铁、水泥等高耗能行业在内的工业部门是能源系统服务的主要对象，不仅是能源消费并因此导致碳排放的主体，也是工业生产过程二氧化碳排放的主要来源。根据2014年的国家温室气体清单报告推算，中国工业部门的碳排放总量约为47亿吨左右，占全国二氧化碳排放总量的46%。显然，工业部门的达峰时间和峰值大小将对全国碳达峰的情景产生重大影响，其难减排的行业和生产工艺也将直接影响实现碳中和目标的布局，对这样一个关键部门的研究是十分必要和迫切的。 鉴于此，清华力拓中心聚焦钢铁和有色金属等产业低碳转型中的关键问题，持续开展研究工作。本报告是清华力拓中心《中国资源能源与可持续发展》系列报告 2 2022 中国资源能源与可持续发展： ——金属碳中和战略研究专题报告 之一，值中心10周年之际特别发布。报告以金属碳中和为主线，展示了关于钢铁、有色金属等行业的政策行动措施、产能布局优化、低碳技术评估、核算方法改进等多方面问题、多学科交叉视角下的研究认识，将有助读者综合理解全球气候变化背景下资源、能源与可持续发展中金属碳中和这一重要议题，从而为相关政策制定和行动实施提供参考。 由于能力所限，书中肯定有认识不到位甚至谬误之处，欢迎广大读者反馈交流、批评指正！ 李政清华大学气候变化与可持续发展研究院院长 3 周年特辑 序言二 气候变化是人类社会所面临的最大挑战之一。当前，国际社会已形成广泛共识，应携手应对气候变化，但在行动方面仍显不足。 力拓集团致力于成为气候变化解决方案的关键组成部分。2021年，集团将低碳转型作为战略核心，主要聚焦三大领域： 第一、生产低碳转型所需的关键材料，包括铜、低碳铝、电池矿物和高品质铁矿石； 第二、减少生产运营碳足迹，投资低碳技术，如风能、太阳能等可再生能源解决方案； 第三、合作减少全价值链碳足迹，增加研发投入，加快产品和技术开发，助力客户更快实现减碳。 我们公布了充满雄心的减排计划，即2025年前将范围1和2排放减少15%，2030年前减排50%。2022年到2030年，集团将投资约75亿美元助力实现这些目标。 序言 中国承诺力争2030年前实现碳达峰、2060年前实现碳中和，为《巴黎协定》及全球气候行动注入全新动力。目前，钢铁行业约占全球温室气体排放总量的8%，占中国碳排放总量的15%左右。为实现中国冶金工业净零排放，需要大量资源投入。 4 2022 中国资源能源与可持续发展： ——金属碳中和战略研究专题报告 实现气候目标所需的投资及创新体量庞大，我们仅凭自身无法实现，必须共同行动。力拓致力于与商界、行业和学界战略合作伙伴通力协作，加大投资，充分利用我们在全价值链中的思考洞察，实现技术突破。 自2012年成立以来，清华力拓中心持续推动与海内外机构的联合研究，旨在为中国乃至世界资源和能源的可持续发展贡献智慧与解决方案。回首十载，力拓很自豪能够支持中心开展研究，探索应对气候变化，并提升钢铁价值链的环境绩效。 值此庆祝中心成立十周年之际，我衷心希望双方深化友谊互信，拓展交流合作，发挥各自优势，汇集解决方案，共同助力减少钢铁行业碳足迹。 本研究报告是对中心成立十周年的献礼，汇编了清华学者在减碳领域的卓越研究成果。我衷心希望中心在国内外政策和行业层面，取得更具影响力的成果。我坚信，清华力拓中心必将成为知识与创新的领军源头，助力中国实现气候目标，解决我们共同面临的全球性挑战。 白睿明（AlfBarrios）力拓集团首席商务官兼中国区主席 5 CONTENTS 序言一1 序言二4 摘 要 10 2020-2021年中心旗舰项目团队成员名单 11 第一篇 中心十年大事记 12 第一期合作（2012-2017年） 14 第二期合作（2017-2020年） 16 第三期合作（2020-2025年） 20 第二篇 “金属碳中和”旗舰项目研究进展 26 综合专题：中国钢铁低碳发展战略问题的系统分析 28 专题一：区域视角下钢铁行业实现碳中和的战略与路径研究 40 CONTENTS 专题二：碳中和目标下中国钢铁行业需求预估及厂级转型路径研究51 专题三：钢铁行业低碳技术识别、评价与应用前景分析60 专题四：多约束下钢铁生产企业温室气体排放核算方法学的改进研究65 专题五：钢铁行业低碳发展的国际趋势和各国政策借鉴77 专题六：在线检测技术在钢铁生产中的节能减排潜力研究86 专题七：储能关键有色金属碳中和路径研究94 第三篇学术成果和建言献策102 一、代表性学术论文简介104 二、政策议题的学术观点122 三、热点问题的行业观点125 周年特辑 摘要 资源、能源的开发和利用是支撑人类社会发展的基础性产业，同时也是造成人为生态环境影响的主要原因。而面临日益严峻的全球气候变化形势，各国迫切需要联手推进一场围绕资源、能源的开发和利用的低碳转型变革，以实现全球经济、社会的可持续发展。 作为资源、能源开发和利用大国，中国已经庄严宣布“二氧化碳排放力争于2030年前达到峰值，努力争取2060年前实现碳中和”的发展目标，这将对资源能源的可持续发展产生有力的促进作用。例如，将促进可再生能源的大规模开发利用和电气化程度的全面提升，将促进金属生产的极致能效、循环再生及重大减排技术的开发应用。 鉴于资源、能源和可持续发展问题的复杂性，清华大学基于低碳能源实验室，整合了多个院系的研究资源，于2012年与力拓集团联合成立了清华力拓中心，组织跨学科研究团队开展了针对资源、能源和可持续发展问题的研究。目前，中心已经圆满完成前两期的研究工作，出版中文专著《中国资源能源与可持续发展》和英文专著China'sResources，EnergyandSustainableDevelopment:2020。第三期合作期间，中心主要着眼于“金属”这一贯彻资源和能源系统的关键要素，启动了“金属碳中和”旗舰项目。今年是旗舰项目成功运行的第2年，恰逢中心成立10周年，特编制《金属碳中和战略研究专题报告》，回顾中心发展历程的同时，介绍中心的研究进展与研究成果，以飨读者。 本报告主要包括三篇，第一篇是对清华力拓中心十年发展历程的回顾，在重温中心的使命愿景的基础上，分别总结了三个合作期的合作方向及主要研究成果，并展望了未来发展方向。第二篇聚焦于中心第三期合作的“金属碳中和”旗舰项目，概述了中心旗舰项目的总体布局以及各专项研究的进展。第三篇汇总了“金属碳中和”旗舰项目下中心的主要成果，包括代表性学术论文，政策议题的学术观点以及热点问题的行业观点等。 本报告由中心旗舰项目团队编写，研究和编写过程得到了何建坤、李政、姚强、王灿、张希良、王赞基等中心学术委员会委员们的指导，以及中心管理委员会委员们、诸多力拓集团同事和校内师生的支持，在此一并致以衷心的感谢！ 10 2022 中国资源能源与可持续发展： ——金属碳中和战略研究专题报告 2020-2021年中心旗舰项目团队成员名单 学术委员会主任：李政 学术委员会委员：张希良王赞基姚强王灿 综合专题：中国钢铁低碳发展战略问题的系统分析 麻林巍杨姗姗杨宏华林园铖何瑞鹏袁园 专题一：区域视角下钢铁行业实现碳中和的战略与路径研究 常世彦李冰马思宁张利娜邓浩华杨超 专题二：碳中和目标下中国钢铁行业需求预估及厂级转型路径研究 蔡闻佳崔学勤刘钊张诗卉李瑞瑶李晋谢璨阳 专题三：钢铁行业低碳技术识别、评价与应用前景分析 欧训民任磊刘建喆陈泽宇 专题四：多约束下钢铁生产企业温室气体排放核算方法学的改进研究 周剑周玲玲张杰石隽隽 专题五：钢铁行业低碳发展的国际趋势和各国政策借鉴 吴金希白旭葛诺吴永涛 专题六：在线检测技术在钢铁生产中的节能减排潜力研究 王哲侯宗余宋惟然赵上勇刘家岑顾炜伦宋玉洲姬建训 专题七：储能关键有色金属碳中和路径研究 郝瀚杜世龙窦昊邓昀锋孙鑫荀邓晔 11 周年特辑 第一篇 中心十年大事记 2022 中国资源能源与可持续发展： ——金属碳中和战略研究专题报告 愿景 为全球及中国资源、能源的可持续发展贡献智慧和解决方案，努力成为中国乃至世界最有影响力的智库之一，为全人类的可持续发展做贡献 使命 整合全校相关院系、组织跨学科研究团队开展能源资源和可持续发展领域课题研究，积极推进与海内外机构的合作研究 清华-力拓资源能源与可持续发展联合研究中心（简称“清华力拓中心”）成立于2012年，是清华大学与力拓集团合作建立的联合科研机构，经过第一期（2012-2017）和第二期（2017-2020）的深厚务实合作，目前中心已经成功进入第三期（2020-2025）运行阶段，2022年正值中心成立10周年。 中心以整合全校相关院系、组织跨学科研究团队开展能源资源和可持续发展领域课题研究为使命，积极推进与海内外机构的合作研究，旨在为全球及中国资源、能源的可持续发展贡献智慧和解决方案，努力成为中国乃至世界最有影响力的智库之一，为全人类的可持续发展做出贡献。 周年特辑 第一期合作（2012-2017年） 1 1.2012年7月2日，举办了第一合作期的签约仪式。时任清华大学校长陈吉宁代表清华大学签约，中心主任为姚强教授，团队主要负责人有李政、张希良、杜鹏飞、于永达、王赞基等5位教授。鉴于清华大学和力拓集团在资源能源与可持续方面共同的兴趣和追求，2012年双方依托清华大学低碳能源实验室创立中心，整合全校五个院系（能动系、电机系、核研院、环境学院、公管学院）组织了一支跨学科研究团队，开展全球特别是中国的能源、矿产资