文/ 邱慈观、李小千
钢铁行业对我国意义重大。中国是全球最大钢铁生产国，占比达54%。中国还是全球最大钢铁消费国，占比为52%。钢铁是我国GDP重要构成部分，为基础设施、建筑、机械及汽车等行业供应原材料。并且，钢铁是碳排放量大的行业，占全国总排放量的15%，仅次电力行业
不言可喻，钢铁减排在应对气候变化问题上举足轻重。
根据研究，要达成碳中和目标，钢铁行业需在材料、能源效率和生产技术方面转型。比如，用电弧炉工艺替代传统的“高炉―转炉”工艺，用氢气替换煤炭作为炼铁的还原剂，这些都是可行的科学转型途径。不过，低碳转型依赖新技术开发、新设备建造以及旧设备升级，这当中涉及巨额资金投入。
在“双碳”目标的推动下 我国钢铁行业朝着绿色低碳转型迈进 然而 尽管转型方向清晰 路径明确 但过程艰难 困难重重 技术存在高不确定性 资金压力极大 面对这种情况 钢铁企业既要进行低碳转型 又要降低风险 维持盈利 在此过程中必须经过多方面的磨练 才能实现平衡
基于此 本文剖析钢铁转型的变革过程以及资金阻碍 接着从企业 政府和金融等角度 说明提供助力的必要性 只有在多方共同提供助力推动下 钢铁行业才能顺利朝着碳中和目标迈进
钢铁冶炼流程
钢铁制造流程漫长。技术转型指的是钢铁冶炼工艺的转型。钢铁冶炼流程如图1所示。它涵盖前端的材料处理。还包括后端的材料加工。以及本文所聚焦的炼铁与炼钢。
炼铁流程主要是铁矿石跟还原剂反应生成铁水或铁块的过程。要依据还原剂配置相应设施。比如传统工艺用煤炭作还原剂。反应需高温。所以要在耐高温的高炉里进行。相比之下低碳工艺用氢气作还原剂。因此可配置低能耗的氢基竖炉。炼钢流程是通过铁的氧化还原反应去除杂质来制成高质量钢材。在此 不同工艺能耗需求各异 配置设施也不同 传统工艺以高炉内制成的高温铁水作原料 只需在转炉中添加氧气就能制成钢材 相比之下 低碳工艺以温度较低的废钢或氢气还原铁作原料 所以须在电弧炉中通过电力加热 才能氧化制成钢材
图1 钢铁冶炼流程图
转型路径：方向明确
根据美国劳伦斯伯克利国家实验室的研究成果可知 钢铁技术转型存在三条主要路径 其一为材料循环利用 其二是提升资源使用效率 其三是开发碳中和技术
材料循环利用与钢铁生产工艺相关。生产工艺有长流程和短流程之分。长流程属于传统技术。短流程属于先进技术。原材料循环利用时。能降低生产流程中的碳排放
长流程采用“高炉―转炉”工艺。高炉与炼铁工艺相关。转炉和炼钢工艺有关。特别是，铁矿石跟焦炭要先在高炉里发生反应，形成液态铁。之后在转炉中通过氧化去除杂质，最终形成钢材。在高炉工艺里，煤炭既是还原剂，也是主要热源，能提供钢铁冶炼能源需求的75%。所以，降低高炉环节的碳排放，无疑是降碳技术路径的核心。
短流程涉及材料循环利用。主要借助“废钢―电弧炉”工艺增加钢材循环再利用。流程中减少了高炉炼铁步骤。改用电弧炉作为能源。所以其碳排放远低于“长流程”工艺。表1展示了两种流程的比较。长流程主要材料是铁矿石和原煤。以煤炭为能源。短流程主要材料是废钢和铁水。以电力为能源根据美国哥伦比亚大学国际公共事务学院的数据，生产一吨粗钢时，长流程的碳排放为2.2吨。而短流程的碳排放仅0.8吨。短流程的碳排放是长流程的36%。
表1 “长流程”与“短流程”的碳排放比较
资源使用效率提升涵盖材料与能源两方面。材料效率提升关乎改变终端钢铁产品的设计与使用。比如通过优化建筑与汽车设计来减少钢材使用量。对于钢铁企业而言。终端需求难以把控。更直接的办法是提高能源效率。像余能余热回收再利用等不过美国劳伦斯伯克利国家实验室有研究表明，资源效率的提高最多仅能让钢铁生产的碳排放降低15%。要实现彻底脱碳，必须依靠其他方法。
从长远来看，钢铁行业要达成净零排放，唯有借助碳中和技术。国际上已研发出两项碳中和技术。一项是“氢气直接还原铁―电弧炉”工艺。另一项是在传统的“高炉―转炉”工艺里融入碳捕集技术。第一种技术在冶炼时把氢气当作还原剂，于电弧炉中转变为钢材。氢气冶铁能耗低。与“高炉―转炉”工艺相比。这种技术能减少的碳排放高达75%。所以被视为钢铁行业脱碳的首选方法。第二种技术是用碳捕集方法捕捉“高炉―转炉”工艺中的碳排放。把二氧化碳存于地下或用于生产其他产品。但这项技术仍处在开发时期。它面临着诸多难题。其中包括要找到公众能够接受的恰当地质储存点。还包括要明确怎样以安全有效的方式运输二氧化碳。
综上所述，钢铁转型路径清晰明确。主要包括材料循环利用、提升资源使用效率以及开发碳中和技术。然而，路径清晰仅意味着方向明确，并不意味着其具体落实情况。尤其需要指出的是，前两种路径相对容易达成，能够在短期内助力钢铁企业实现降碳。而第三种路径面临挑战，涉及技术研发、工厂试验以及可再生能源利用，必须经过长期努力方可实现。
转型投资：金额巨大
我国钢铁企业已陆续开启短期转型之路。其中涵盖余能余热回收再利用等方面。然而对于长期路径却有所顾虑。原因和资金投入相关。根据清华大学气候变化与可持续发展研究院的数据。中国若要达成长期低碳转型目标。工业新增投资大约需要人民币7.2万亿元。这给钢铁企业带来了巨大挑战。
钢铁转型所需资金主要由两部分构成，即资本支出和运营支出。资本支出包含新生产设施建造、现有设施改造升级以及新技术设备购买。运营支出涵盖日常生产运营成本，涉及能源和原材料投入等。
在资本支出方面，短期节能降耗能靠改造现有设备达成。但长期的碳中和技术得依赖新建生产设施。特别是，一家钢企若打算把传统工艺转换成“氢气直接还原铁―电弧炉”工艺。那它不但要建造氢基竖炉用于氢气冶铁。还可能要建造电弧炉来炼钢。如此便会涉及高昂的建设投资。宝钢就出现了这种情况。根据其气候行动报告显示，2021年它在氢基竖炉方面投资了18.9亿元。每年能够生产100万吨海绵铁，这仅占其年产量的2%。按照此进行推算，要是宝钢的全部产能都借助“氢基竖炉―电弧炉”工艺来实现，那么需要投入资金945亿元汽车钢材成本，这几乎是宝钢去年净利润的8倍。
需留意的是，上述投资不涵盖制备绿氢的间接投资。德国经济研究院有相关测算。其显示若欧洲前七大钢铁公司打算把在欧洲境内生产粗钢的30%转变为“氢气还原铁―电弧炉”工艺。那么包含制氢设备在内。各公司平均要投资17亿至29亿欧元。这相当于其过去20年平均年投资额的1.2倍到2倍。七家钢企若打算把全球粗钢产量的30%进一步转变为绿色钢铁。那么各公司平均需要投资247亿至412亿欧元。这一投资额相当于其历史年均资本支出的3.3倍到5.4倍。
在运营支出这方面，钢铁企业遭遇高昂的能源成本。从短期来看，要是钢铁企业采用“废钢―电弧炉”工艺，就必须面对用电量大增的情况。按照落基山研究所的测算，电弧炉的电费成本比转炉炼钢约高出每吨钢人民币180元。在这种时候，要是使用绿电，电费成本或许会更高。从长期来看，要是钢铁企业采用“氢气还原铁―电弧炉”工艺。那么在原本就很高昂的电费基础上。还得再加上氢气的制备成本。拿宝钢来说。当采用“灰氢直接还原铁―电弧炉”工艺时。每吨钢材的生产成本会增加1000元。要是进一步利用绿氢直接还原铁。生产成本会升得更高。
当下我国超八成氢气源自灰氢，它由化石燃料制取。虽说和传统焦炭炼铁比，灰氢炼铁能减少部分碳排放。但与可再生能源电解水制出的绿氢相比，其碳足迹仅为灰氢的五分之一。所以从长远看，绿氢应是钢铁企业达成净零排放的更佳选择但仍要考虑现实问题 我国绿氢发展目前处于初级阶段 其生产成本高达42.9元/千克 至少是灰氢成本的3倍 图2汇总了以上信息 从成本角度看 灰氢成本不到绿氢的1/3 但从碳排放量角度看 灰氢是绿氢的4.6倍 这两个值呈反比 表明两种制氢法给炼钢成本和碳排放带来巨大差异后果
图2 两种制氢方式的成本与碳足迹比较
绿色转型：亟待助力
按照上面所说，钢铁低碳转型方向清晰，路径明确。不过这里面包含庞大的转型投资，钢铁企业一时间难以承受。然而低碳转型是一定要完成的进程，企业要同时兼顾绿色与盈利，肯定会面临一些难以解决的困境。那么，哪些因素能够助力企业更顺利踏上进程、实现转型呢？
并按照顺序依次进行解析
企业规划转型
钢铁企业要对低碳转型做全盘规划。这规划涵盖低碳转型方法的规划。还包括相应资本安排的规划。且它们会因企业脱碳路径的选择而不同。这里有两种常见典型。一种是采取颠覆式进路的新设公司。它从开始就选碳中和技术。不涉及转型问题。其规划重点在于募集初始资金。探索盈利模式。拟订拓展战略。建立生态系统等还有一种是采取渐近式进路的现存公司。面对传统制钢工艺的低碳转型问题。其规划重点包括碳中和目标的设定。还有短中长期脱碳战略的规划。以及低碳技术的采纳进程。另外还有运营支出和资本支出的合理安排等。但不管是哪种类别。钢铁公司都得把成本、盈利和脱碳进行平衡。
现实世界中 两类公司都有 前者像瑞典的H2绿钢公司 即H2 Green Steel 简称H2GS 后者如印度的 下面分别简要说明
该公司成立于2020年。其目标是整合绿氢生产与新的钢铁生产工艺。这其中涉及绿氢、电弧炉和废钢的使用。比如通过可再生能源电解水生产绿氢。还有以氢气直接还原铁以及用废钢炼钢等。该公司还打算通过与价值链上下游企业合作。搭建起一个较为完整的生态圈。以此克服现阶段绿色钢铁面临的困境。
具体来说，H2GS借助多方战略规划去谋求绿色与盈利的平衡，涵盖以下方面。其一为盈利模式，绿氢制钢成本高昂，然而部分消费者愿支付溢价，所以绿色钢铁溢价和传统钢铁碳税的差额构成了H2GS的盈利源头。其二是稳固订单、减少融资不确定性。H2GS稳固订单的方式是与潜在客户签订长期承购合同。它把该合同用作银行贷款的抵押凭据，以此降低融资不确定性。第三，H2GS联手价值链上下游企业共建绿色钢铁生态系统。H2GS通过“三管齐下”战略将其落实到工厂选址问题上。在选址时，会精心挑选靠近低成本可再生能源的地点。还会挑选靠近优质铁矿石的地点。另外会挑选获得政府支持的地点。
它成立于1982年。显然它不适用颠覆式变革。它须通过渐进式规划来兼顾成长与脱碳。如同大多数印度钢铁公司。JSW以传统工艺制备钢铁。这包括以焦碳作为炼铁的还原剂。故其粗钢排放强度高达2.36 CO2/吨。JSW明白低碳转型很有必要。不过除了转型成本。它还得面对一些印度特有的限制。比如高品质铁矿石欠缺。天然气储量不足。废钢存量少。传输基建条件差。所以必须妥善规划。
基于此 JSW 分别制定了短期 中期 长期减碳目标 规划各阶段目标的时间点和路径 在运营支出与资本支出间合理安排 具体来说 第一阶段从当前至2030年 脱碳路径是采用商业可行解决方案 通过使用可再生能源 提升工艺效率 增加废钢利用率降低碳排放 目标是减少当前碳足迹的30%第二阶段起始于2030年。此阶段脱碳路径主要采用绿氢和碳捕集等高资本支出技术。不过由于相关试点时间较长，所以当下JSW已开始着手兴建工厂并安装系统。第三阶段在时间方面没有限制。它取决于颠覆式新技术的出现。还取决于新技术对JSW脱碳途径所带来的影响。
政策推动转型
政府应出台推动钢铁企业低碳转型的政策。通过提供指导的方式，帮助缓释钢铁脱碳难点。通过建立标准的方式，帮助缓释钢铁脱碳难点。通过制订激励约束机制的方式，帮助缓释钢铁脱碳难点。相关政策很多。有的强化绿色钢铁需求。有的推动废钢收集和再利用。有的加速淘汰高炉设备。有的帮助提高能源效率。有的促进绿色技术发展。有的抵免绿色钢铁税收。成效依情况而定。以下择要说明。
首先 废钢量在未来短期内会显著增多 建议政府制定政策 限制厂商持续安装高炉设备 并给出举措激励企业建造电弧炉炼钢厂来替代 同时 建议政府出台政策 鼓励厂商加快淘汰旧高炉设备 并提供措施激励企业兴建氢基直接还原铁工厂来取代
其次 建议政府出台绿色钢铁税收减免政策 抵消厂商投资建造新设施部分支出 弥补碳中和技术未商业化前成本问题 提高绿色钢铁竞争力合适的税收减免方案要依据当地情况来定。可参考日本政府推出的绿色转型计划。采用阶梯式税收扣减率，前面高后面低。在资本投资金额方面设置筛选标准。在抵税上限方面设置筛选标准。在员工工资调整等方面设置筛选标准。
第三建议政府制订碳排放标准针对主要钢铁产品。对每单位产品碳排放界定阀值。以此释放信号。激励钢铁行业突破现有技术。加速低碳转型
第四 建议政府出台绿色钢铁采购政策 加大市场需求 为钢铁转型创造有利环境 在此 常见作法是政府建立绿色钢铁采购目标 制定产品标准 制定标签 以激励钢铁行业转型
第五，建议政府加快推进可再生能源规模化发展。以此来影响钢铁行业长期转型的时间点。研究显示，国内氢还原剂的使用依赖绿电发展。当可再生能源价格降低到当前电价的三分之一时。绿氢便具备成本竞争力。因此政府可以通过价格补助降低绿氢制备成本。也可以通过更严格的碳排放上限和交易系统提高企业碳污染成本。进而加速钢铁行业绿色转型。
第六，建议政府为创新绿色钢铁技术的开发提供合宜赞助补贴。还要为其规模化提供合宜赞助补贴。以此降低企业风险。促进新技术商业化发展。不过至今成功案例主要出现在欧洲。比如瑞典有氢集成突破性炼铁技术。亚洲案例仍有待开发。能够生产不含有化石燃料的海绵铁。其绿色示范工厂分别从欧盟创新基金以及瑞典能源署获得赞助。从欧盟创新基金获得1.43亿欧元赞助。从瑞典能源署获得3亿美元赞助。预计2035年投产后。可降低瑞典10%的碳排放。还可降低芬兰7%的碳排放。
需要留意的是 我国政策扶持的窗口期会渐渐变小 国内百分之七十八的高炉设备在二零三零年将达到使用期限 要是钢铁企业建造新的高炉设备 就会造成碳锁定 所以 政府应该尽快行动 采取向低碳经济倾斜的政策 给钢铁企业提供充足的转型动力 推动它们向绿色转型
金融赋能转型
通过金融助力钢铁绿色低碳转型。这能从制订转型金融目录来看。还能从开发转型金融工具来看。也能从应用混合融资来看。各方面工作存在一定难度。但其稳妥推进必定有助于撬动转型资金。
钢铁转型金融目录可协助出资方辨别符合转型标准的钢铁冶炼技术。能把资金引入恰当目标。有助于钢企解决转型资金难题。我国钢铁转型金融的“国标”尚在拟订。不过河北及上海两省市已推出“地标”。可为投资者指引方向。目录对被融资的转型企业有诸多要求。涵盖减碳目标设定。转型方案规划。资本安排。信息披露等方面建议主管机关强化监督。要确保转型企业落实要求。以此促使转型资金真正发挥功能。
转型金融工具是把资金引入转型企业的关键媒介。当前各方组织都在踊跃开发。不过除了增加工具数量。更要保证工具应用于恰当的融资主体。这样才不会出现资金错配情况。特别是。企业转型的最终目标是实现碳中和目标。所以合适性问题主要在于融资主体的转型规划能否与碳中和目标衔接。转型金融工具得制订一套“碳中和目标对接度评估”标准。这套标准用于筛选融资企业。如此才能把资金导入合适对象。幸运的是这方面工作逐渐受到重视。气候债券倡议组织等国际机构已针对转型金融工具推出“碳中和目标对接度评估”。可持续发展挂钩债券就是其中一种。这种评估应能在钢铁行业选出真正合适的融资对象
混合融资会用慈善资本、公共资本或国际开发资本构成催化型资本。它借助降低市场风险、增强信用、提高项目可行性等办法汽车钢材成本，吸引私营资本加入，从而扩大整体资金规模。那些需要混合融资来推动的领域，一般有着发展时间不长、场域风险高、商业模式盈利情况不明等特点。这使得追求市场回报率的私营资本不敢涉足。针对问题采取相应措施，混合融资的设计目标在于降低风险。其设计目标在于提高项目可行性。其设计目标还在于帮助项目启动。通过这些来强化私营资本的参与意愿。
混合融资模式对钢铁企业的低碳转型情境很适用。国际上有一些相关案例。本文提到的瑞典和印度JSW钢铁就在其中。H2GS的绿氢制钢项目完成了部分融资。通过担保和捐赠款降低项目风险。以此撬动私营资本参与。该项目借助混合融资模式。一共募得65亿欧元的股权和债权资本。预计每年可避免416万吨碳排放印度JSW钢铁加入了“资助钢铁脱碳”倡议。它成为该倡议下一名脱碳计划的承担主体。该倡议的混合融资模式备受国际社会认可。这和其脱险机制的多样化有关。其脱险机制除了有财务类的优惠资本和捐赠款。还有非财务类的技术支撑、影响力监督、市场融入支持等估算显示，倡议有希望动员34亿美元社会投资，金额为10亿美元。能达到3.4倍的撬动比例。并且倡议避免的碳排放高达2.5亿吨。
总之在中国朝着“双碳”目标迈进的过程中钢铁低碳转型非常关键转型工程规模大且路途艰难但在方向清晰的情况下借助企业规划政策推动以及资金赋能中国钢铁行业肯定能够实现可持续发展这不但会为中国达成“双碳”目标提供有力支持还会为全球气候治理贡献“中国智慧”
邱慈观拥有美国宾夕法尼亚大学沃顿商学院金融学博士学位。她现任上海交通大学上海高级金融学院教授。同时她还是可持续金融学科发展专项基金学术主任。李小千是该专项基金研究员。
