中国钢铁行业2020–2035年的清洁发展路径：二氧化碳排放、空气污染物排放及健康效益

《Journal of Cleaner Production》：Clean development pathway for China's iron and steel industry 2020–2035: Carbon dioxide, air pollutant emissions and health benefits

中国钢铁行业清洁发展对减排和健康效益的影响研究。基于集成模型分析2020-2035年三大区域钢铁行业减排潜力，CO?排放预计下降42.1%-49.7%，PM?.?相关死亡可减少2.2万-2.6万例。关键驱动因素包括电弧炉短流程炼钢（贡献率19.7%-23.1%）、氢冶金及节能技术。区域差异显著，C区健康收益最大。研究为全球钢铁行业低碳转型提供区域化政策参考。

　　中国钢铁工业的清洁发展对于改善空气质量、减缓气候变化具有重要意义。近年来，随着环境问题的日益突出，中国作为全球最大的钢铁生产和消费国，其钢铁工业在碳排放和空气污染方面的影响备受关注。根据最新数据，中国2022年的二氧化碳排放量达到约12亿吨，而全国年均PM2.5浓度为29微克/立方米，远高于世界卫生组织（WHO）推荐的5微克/立方米标准。面对这些挑战，中国提出了“2030年前实现碳达峰”和“2035年建成美丽中国”的目标。在此背景下，钢铁工业的清洁发展路径成为研究的热点，不仅关系到国家的减排任务，也直接影响公众健康和生态环境。

钢铁工业作为中国制造业的重要组成部分，其生产过程中的能源消耗和污染物排放对环境质量构成了显著压力。据世界钢铁协会（World Steel Association）统计，2022年中国粗钢产量达到10.2亿吨，占全球总产量的53.9%。这一庞大的生产规模意味着钢铁工业在国家整体碳排放中占据重要地位，贡献超过10%的总排放量。同时，它也是导致PM2.5污染引发早逝的主要来源之一，占全国PM2.5污染相关早逝人数的约6%。因此，推动钢铁工业的清洁转型不仅是应对气候变化的需要，更是提升空气质量、保护公众健康的重要举措。

在区域层面，中国各地区的空气污染水平、钢铁生产工艺及治理措施存在明显差异。这种区域异质性使得制定统一的清洁发展政策变得困难，而针对不同地区的差异化策略则显得尤为重要。为了更准确地评估清洁发展对不同地区的影响，研究将全国31个省份划分为三个区域：区域A（重点空气污染控制省份）、区域B（空气污染相对较重的省份）和区域C（其余省份）。这种划分有助于识别不同地区在减排和健康效益方面的表现差异，并为政策制定提供依据。

本研究通过整合模型，系统地分析了钢铁工业清洁发展对2020年至2035年间碳排放、PM2.5暴露和健康效益的影响。研究采用了两种钢铁生产情景，并考虑了六种关键驱动因素，包括粗钢需求（SD）、电弧炉短流程炼钢技术（EAF）、节能技术（ES）、超低排放技术（UL）、氢冶金技术（HM）和碳捕集、利用与封存（CCUS）。通过分析这些驱动因素对碳排放和空气污染物排放的影响，研究得出了重要的结论。

结果显示，中国钢铁工业的全国二氧化碳排放量在2020年达到峰值，约为1644太格（Tg），并预计在2020年至2035年间减少42.1%至49.7%。具体而言，区域A的二氧化碳减排率预计在44.2%至51.6%之间，区域B的减排率在44.3%至51.7%之间，而区域C的减排率则在36.3%至44.6%之间。这表明不同地区的减排潜力存在差异，且区域C的减排难度相对较大。此外，二氧化硫（SO2）、氮氧化物（NOx）和PM2.5的排放量预计分别减少39.2%至46.3%、41.6%至48.2%以及54.4%至60.2%。这些数据表明，清洁发展在减少空气污染物排放方面具有显著效果，尤其是在PM2.5的控制上。

PM2.5污染对公众健康的危害不容忽视。研究预测，通过实施清洁发展措施，全国范围内将避免约22,000至26,000起与PM2.5相关的死亡事件。然而，这些健康效益在不同地区的分布并不均衡，区域C预计每10万人中将减少最多的PM2.5相关过早死亡人数。这表明，尽管清洁发展在整体上带来了显著的健康改善，但其效果在区域间的差异仍然显著，需要特别关注那些污染较重的地区。

驱动因素分析进一步揭示了不同技术在减排和健康效益中的贡献。在短期内，粗钢需求、节能技术和电弧炉短流程炼钢技术将成为二氧化碳减排的主要推动因素。其中，粗钢需求的下降对减排的影响最为直接，而节能技术和电弧炉技术则通过提高能源利用效率和减少排放来发挥关键作用。对于健康效益而言，粗钢需求、超低排放技术和电弧炉短流程炼钢技术是主要驱动因素，分别贡献了34.4%至43.4%、29.2%至33.9%和19.7%至23.1%的PM2.5相关死亡减少。这表明，减少粗钢生产规模和采用先进的排放控制技术是改善空气质量、提升公众健康的关键手段。

值得注意的是，政策控制措施在实现协同效益方面也发挥着重要作用，尤其是末端治理技术的实施。超低排放技术的广泛应用使得每吨铁的二氧化硫排放量从2.83千克降至0.53千克，减少了81.3%；同时，颗粒物排放量也从2.18千克降至0.56千克，减少了74.3%。这些技术的推广不仅有助于降低污染物排放，还对改善空气质量产生了积极影响。因此，在推动钢铁工业清洁发展的过程中，政策的支持和实施至关重要，特别是在引导企业采用新技术、新工艺方面。

本研究采用的整合模型结合了二氧化碳和空气污染物的计算，以及WRF-CMAQ模型和全球暴露死亡模型（GEMM）。这一方法不仅能够准确预测不同情景下的排放趋势，还能评估这些变化对空气质量的影响，并进一步量化其对公众健康的潜在益处。通过分析不同驱动因素在不同区域的贡献，研究为政策制定者提供了科学依据，帮助他们制定更加精准和有效的减排策略。

此外，研究还指出了当前研究中存在的几个局限性。首先，需要进一步预测钢铁生产需求和技术渗透率，这需要结合经济发展的趋势和钢铁行业当前的发展状况。其次，由于各地区条件不同，有必要在区域层面深入探讨不同技术和政策的贡献。最后，还需要评估不同区域在二氧化碳和污染物排放方面的特征，以及这些技术对健康效益的具体影响。这些问题的解决对于推动钢铁工业的清洁发展、实现国家的减排目标和改善空气质量具有重要意义。

钢铁工业的清洁发展不仅涉及技术革新，还需要政策引导和市场机制的支持。在技术层面，电弧炉短流程炼钢技术、氢冶金技术和碳捕集、利用与封存技术等先进工艺的应用，将有效降低碳排放和污染物排放。而在政策层面，政府需要通过制定严格的排放标准、提供财政激励和推动技术创新来促进这些技术的推广和应用。同时，公众参与和企业社会责任也是不可忽视的因素，只有全社会共同努力，才能实现钢铁工业的可持续发展。

综上所述，钢铁工业的清洁发展是实现国家“双碳”目标和改善空气质量的重要途径。通过科学的分析和合理的政策设计，可以有效降低碳排放和污染物排放，提升公众健康水平，并促进区域间的协调发展。未来的研究应进一步关注区域异质性，探索更加精细化的减排策略，以确保清洁发展措施在不同地区都能取得最佳效果。同时，加强技术推广和政策实施，推动钢铁工业向更加环保、高效的方向转型，将是实现可持续发展目标的关键。