钢铁脱碳政策杠杆

钢铁脱碳政策杠杆 确定可以推动美国钢铁转型的政策概念和领域 洞察力简报/2024年4月 作者和致谢 Authors 聊天游戏(cgamage@rmi.org)NathanIyer(niyer@rmi.org) KaitlynRamirez(kramirez@rmi.org) 作者按字母顺序列出。 Acknowledgments 我们感谢以下钢铁脱碳专家对本报告的投入： •希拉里·刘易斯（hilary@industriouslabs.org) •爵士刘易斯（jlewis@blugreenalliance.org) •永权(yong.kwon@sierraclub.org) •伊恩·威尔斯(iwells@nrdc.org) 关于RMI RMI是一家独立的非营利组织，成立于1982年，名为落基ft研究所，通过市场驱动的解决方案改造全球能源系统，以适应1.5°C的未来，并为所有人确保清洁，繁荣，零碳的未来。我们在世界上最关键的地区开展工作，并与企业，政策制定者，社区和非政府组织合作，以确定和扩大能源系统干预措施，到2030年将减少至少50％的温室气体排放。RMI在科罗拉多州的玄武岩和博尔德设有办事处；纽约市；加利福尼亚州奥克兰；华盛顿特区C.和北京。 Overview 钢铁行业是排放最密集的重工业，约占美国排放量的1％，全球排放量约为7％。这是现代经济的关键投入，未来十年将是美国初级钢铁生产能力演变的关键时期。全球产能过剩问题，新的国际贸易基准和现代生产进步将影响该行业的过渡战略，这将影响美国的工人和社区。 美国钢铁业面临着一个主要的岔路口：锁定传统的，更脏的煤基生产方法，或对现代生产资产进行再投资。当今的干预措施具有独特的杠杆作用-现在正在做出决定，国会的行动可以使美国生产商在脱碳世界中更清洁，更具竞争力 。 有10个核心政策杠杆可以推动钢铁转型： 1.创新研究、开发和示范(RD&D)和材料替代 2.绿地主要（矿石）资产的投资和融资 3.对高炉场地的再投资，以转变为清洁生产途径 4.最小化额外成本/绿色溢价 5.清洁产品的数据可用性和透明度 6.需求拉动政策 7.政府采购政策 8.扩展支持基础架构 9.贸易政策 10.效率和回收 创新研发 炼钢的低碳技术路线图主要遵循以下五个主要路径： •提高现有流程的效率 •从高炉-碱性氧气炉（BF-BOF）-集成钢铁厂转移到氢气就绪的直接还原铁（DRI） •改善或管理DRI较低矿石质量的技术 •熔融电解 •材料替代（如合金、结构金属） 增加对人才和设施的投资，以开发下一代21世纪冶金工具将是至关重要的。矿石质量的下降，加上对污染较少的生产方法的推动以及对全球竞争力的必要性，导致了美国冶金在国际舞台上的地位逐渐下降的数十年趋势。与中国相比，美国在一系列学科中生产的材料科学家，采矿专家和工程师要少两到三个数量级。随着世界从燃料和燃烧转向金属和矿物 ，这种能力和知识的差异可能导致结构性劣势。 这些努力需要持续的资金和开发来降低成本，并继续开发以提供选择。最初的研发与开发和试点计划可以从催化性公共资金中受益，这将有助于他们克服大多数新技术遇到的商业化的最初几个障碍。12022年夏季通过的《CHIP与科学法案》包括创建低排放钢铁制造研究计划，以推动对新技术和示范项目的投资和协调。2 针对钢铁的政策也可能横向转向针对其他核心金属。合金、镁的集成和车辆领域的轻量化为减少整体钢材使用(因此降低车辆重量)打开了大门，不仅降低了生产排放，而且降低了运营排放。考虑车辆重量的政策可以考虑鼓励其他材料减少道路磨损、汽油和柴油消耗以及生产排放。 针对钢铁替代品的RD＆D计划和扩展我们可用于结构金属的工具的竞争性赠款计划仍然是关键优先事项。特别是对于汽车行业，较低的车辆重量可以带来额外的好处，包括减少燃料或电池需求。 绿地植物的投资和融资 可以建造新的主要钢铁设施来生产最低碳钢。通过从头开始整合技术和工艺，这些设施提供了成为全球领导者并生产极低碳钢的潜力。建造这些下一代加工设施的好处不仅仅是取代高碳钢生产的直接减排：新设施还将带来创新效益，证明和商业化想法，这些想法后来可以扩大规模，以推动未来的减排。 为这些10亿美元以上的设施融资需要大量资金来支付前期成本，并保证愿意为超低碳钢支付溢价的买家。H2GreenSteel为其第一家工厂制定了创新的融资策略，该工厂在瑞典使用清洁氢气生产钢铁。RMI发表了报告评估这一设施是如何建成的，以及一些关键的经验教训。政策发挥了重要作用，从发展融资机构提供去风险的优先债务。3 《降低通货膨胀法》（IRA）中的工业示威计划授予SSAB5亿美元（联邦成本分担）建造第一个使用100％氢气生产钢铁的商业规模设施。4随着这个项目的发展，它的经验教训对于从概念验证到整个行业规模的转变至关重要。 奥地利林茨的Voestalpine钢铁厂。它的所有者GreentecSteel致力于建造由绿色电力供电的电弧炉（EAF）。林茨和多纳维茨的一个电弧炉将于2027年初投入运营。 现有棕地植物改造的投资和融资 在美国，大约有七个主要的BF-BOF集成的钢铁设施创造了初级钢。尽管这些设施仅占美国产量的29%左右，但这些设施约占美国钢铁排放量的三分之二。这些设施不成比例地位于中西部各州，并且高度工会化。集成的钢铁设施也仅由两家公司拥有：美国钢铁公司和克利夫兰悬崖公司（请参阅图表1）。 这些设施的主要政策解决方案是通过改造或“重新铺设”，投资于与气候相适应的新设施，而不是再投资于传统的钢铁设施。“这些重新投资是资本密集型的（数亿美元），并锁定资本并在未来20多年内继续使用煤炭。这些设施中的许多都在未来十年做出重新决定，为投资替代途径提供了机会之窗。 附件1估计设施再投资年份 2025 2030 2035 2040 美国钢铁 GaryWorks8 埃德加·汤姆森1 加里工程6 加里作品4 克利夫兰悬崖 伯恩斯港C迪尔伯恩C伯恩斯港D克利夫兰工厂6米德尔敦 印第安纳港东7克利夫兰 工厂#5 RMI图形。来源：RMI 2025203020352040 Year 有两种潜在的显著减排方案： •重新设置并添加碳捕获-UsethesameBF-BOFfacilitybutinvestincarboncapturetechnologyalongrelineinvestmenttocaptureandsquesteremissions.Capturerateswillvarydependingonthenumberofprocessesthatarecovered;manybulsefuraceswerenotdesignedforcarboncarboncarb 更广泛的工艺改进。总的来说，这种改造可以减少最大约50％的排放（至1吨CO2e/吨钢）。 •重新开发为氢气准备的DRI（代替高炉生产线）-这需要对集成设施进行全面的再投资，将核心技术转向DRI工厂以减少铁，然后使用电弧炉制造液态钢。DRI目前在美国和全球范围内都对天然气进行商业运营，排放量比BF-BOF路线减少约50％。 氢，排放量可以下降90%(0.2吨二氧化碳/吨钢)。DRI途径面临挑战与矿石质量，氢操作将需要满足特定的生产要 求。5 IRA和其他联邦法律中的现有计划可用于这些投资： •63亿美元用于建造首创的净零设施、大型设施改造和大修以及单流程升级 •25.4亿美元碳捕集示范项目（两党基础设施法） •DOE贷款计划办公室融资用于新的清洁设施 然而，用于完全DRI重建决策的资金约为10亿美元，并且由于这些赠款将分布在所有工业部门，因此将现有设施从BF-BOF推向DRI可能存在巨大的资金缺口。与转换为氢准备好的DRI相比，重新进行碳捕获比转换为氢准备好的DRI更昂贵（碳捕获为13亿美元，DRI为12亿美元），并且深度脱碳的潜力较小。RMI对每年200万吨标准化钢铁设施的分析发现，与高炉在不减少排放的情况下进行翻新的情况相比，清洁钢的溢价约为10％。 Exhibit2新DRI-EAF设施所需的资本投资 直接还原铁(DRI)电弧炉(EAF) H2DRI-EAF $653million5.51亿美元 RMI图。来源：RMI分析 Exhibit3新DRI-EAF设施所需的资本投资 高炉排放碳捕获和封存(CCS) 重修+CCS 4.26亿美元9.19亿美元 RMI图。来源：RMI分析 对DRI过渡的额外资本支持，而不是计划在2030年之前进行的relies，为在不久的将来实施成熟技术提供了一个近期机会，并避免对老化的碳密集型设施进行再投资。为了承担这种风险，针对转型设施的钢铁专用低息贷款担保计划可以确保历史上托管钢铁社区的相同地点保留其劳动力和福利。为了深入探索清洁钢铁投资的动态，RMI发布了对几种钢铁原型的财务分析，以实现最终的投资决策。6 气体到氢气 虽然直接还原技术通常使用天然气作为核心原料，但为了确保现有技术可以使用100%清洁氢气，可能需要额外的要 求，以推动项目配置向低排放方向发展。随着时间的推移，增加清洁氢混合的要求可以提供护栏，以确保公共资金减少排放，同时也为清洁氢生产创造需求信号。 矿石质量的挑战 从高炉到直接还原技术的最大挑战之一是需要更高纯度的矿石，这只占全球铁矿石供应的4％。为了实现这种转换，可能会有额外的上游投资在采矿和DRI技术创新允许更多的矿石类型用于初级生产。7上游选矿已经全球常规在美国 ，开采出的铁矿石含铁量在25%-30%之间，然后将其浓缩以获得更高的钢铁生产纯度。8或者，对于由于不需要元素的特定成分而难以升级到直接还原级质量的矿石，有工作正在进行中用其他行业（如铁合金生产）已经证明的其他下游加工技术（如电熔炼炉）来去除杂质。9 现有政府计划 IRA的工业示范计划授予克利夫兰悬崖5亿美元（联邦成本分摊），用氢气就绪的DRI设施取代现有的高炉。10 从这项工作中学习对于从概念验证到规模的转变至关重要。其他奖项授予了在整个钢铁生产供应链中减少排放的项目，包括通过电气化，感应熔化以及开发铁矿石颗粒的低排放替代品。11 降低清洁生产成本 低碳钢的绿色溢价从每吨100美元到200美元不等，通常每吨售价低于1150美元的商品。12对于普通车辆，这一溢价转化为大约0.2%–0.4%为了推动可扩展的采用，这种绿色溢价可以由消费者或公共资金承担。 绿色溢价(超出上述资本支出)的主要驱动因素是： •燃料输入（天然气、电力、氢气） •运营成本（碳捕获） IRA包括专注于降低这些成本的税收抵免，包括： •清洁电力税收抵免（45年）：降低所有清洁电力生产商的清洁电力成本（高达50％） •清洁氢税抵免（45V）：可堆叠的信用，降低清洁氢气的绿色溢价 •碳捕集税收抵免（45Q）：降低碳捕获和封存的成本 RMI已发布建模显示清洁钢生产的成本从每吨615美元到734美元不等，具体取决于途径。13即使有这些税收抵免，我们仍然可能会看到额外的钢铁溢价。对钢铁生产的重点税收抵免，类似于每吨100美元左右的钢铁45倍税收抵免，可以覆盖剩余的溢价，并使清洁钢与现有的高碳原钢相比具有成本竞争力。 更大的挑战之一是，钢铁设施的使用寿命（约20年以上）明显长于信用额度的使用寿命（10年），这使得加速还本付息至关重要。在钢铁生产商实现飞跃之前，他们需要有一定的确定性，即他们将在工厂寿命内保持竞争力，以获得足够的回报。 清洁公司的需求 氢生产和高耗电工业过程中最具挑战性的问题之一是清洁电力的可用性。为清洁电力提供足够的可靠性和容量可能是一 个挑战，特别是在初级钢铁生产等工业过程所需的价格点上。为国家重要的工业生产确定降低“清洁企业”（只要需要就可以使用的电力）成本的方法，不仅可以实现低碳钢的竞争性生产，而且还可以推动关键电力技术下降成本曲线。为清洁公司产能提供低利息、长期优惠融资，为工业脱碳目的的成本超支提供支持，这可能是降低这些成本的强大杠杆 。避免这些设施的大量利润和资本