综述：在碳约束下中国钢铁产业的转型：经济、减排与技术可行性之间的平衡

《Journal of Environmental Sciences》：The transformation of China's iron and steel industry under carbon constraints: A balance between economy, emission reduction and technical feasibility

中国钢铁行业低碳转型路径研究，短期需依赖废钢电弧炉和节能技术，中期至长期推进氢冶金和碳捕集利用，同时提升材料效率与废钢回收，实现减排与污染协同控制。

　　

华彤|刘军|王宇|安浩文|宋歌|侯亚婷|唐小龙|易红红

北京科技大学能源与环境工程学院环境工程系，北京 100083，中国

摘要

钢铁行业（ISI）是中国经济的支柱，但也是碳排放的主要来源。在碳达峰和碳中和的目标下，其低碳转型既紧迫又具有挑战性。本文回顾了中国钢铁行业的发展和排放情况，并总结了潜在的转型路径。短期内，减排依赖于基于废钢的电弧炉（EAF）和提高能源效率；中长期来看，氢冶金和碳捕获与封存（CCUS）至关重要。在需求方面，提高材料效率和废钢回收同样关键。研究强调了碳减排与污染减少之间的协同效应，展示了多重环境效益。未来的政策应侧重于技术创新、地区特定的路径以及碳交易和绿色金融等制度措施。总体而言，中国钢铁行业的绿色转型对于实现国家气候目标至关重要，并将对全球脱碳产生深远影响。

引言

在应对气候变化的背景下，减少二氧化碳（CO₂）排放已成为全球各国普遍接受的目标。中国政府全面忠实地实施新发展理念，承担起世界大国的责任，并通过国家级减排和环境治理举措彰显了这一承诺。在国际上，中国积极履行《巴黎协定》，更新了国家自主贡献（NDCs）目标。在国内，政府宣布了在2030年前实现二氧化碳排放峰值并在2060年前实现碳中和的目标。

钢铁行业是一个典型的能源密集型、高污染和高排放的行业。历史上，它主要依赖煤炭作为能源，导致大量二氧化碳排放。截至2024年，全球粗钢产量约为19亿吨。粗钢生产的平均二氧化碳排放强度约为每吨钢1.92吨二氧化碳。总体而言，钢铁行业的直接二氧化碳排放量约为每年26亿吨（占全球二氧化碳排放量的7%-8%）。如果包括间接排放，总量将达到每年约37亿吨二氧化碳（占全球二氧化碳排放量的11%）。这个数字仅指二氧化碳，不包括甲烷和其他非二氧化碳温室气体。作为世界上最大的钢铁生产和消费国，中国占全球市场的49.2%（STEELWATCH, 2025; WSA, 2024a, 2025）。长期以来，钢铁行业一直采用高炉-基本氧气炉（BF-BOF）生产工艺，以煤炭为主要能源。该工艺会产生多种污染物，其中二氧化硫（SO₂）、氮氧化物（NO_x）和颗粒物（PM）最为严重。为了实现二氧化碳减排目标并满足当前政策要求，中国钢铁行业必须追求高质量、低碳的发展。这涉及转变和升级行业的技术路径，同时开发新的技术，如碳捕获与封存（CCUS）和氢基炼钢技术，并完善废钢回收系统（Quader等人，2015）。

尽管之前的研究探讨了钢铁行业低碳发展的趋势（Kim等人，2022；Ren等人，2021a；Wang等人，2022b, 2025），但对特定低碳技术当前应用情况的全面和最新评估仍然较少（Li等人，2025；Li和Hanaoka，2022；Tan等人，2019；Wei等人，2024），并且在当前国家政策背景下关于二氧化碳与其他空气污染物协同减排的证据仍然有限，且主要集中在特定地区或技术层面（Wen等人，2024；Zhang等人，2023b）。本文以中国钢铁行业为例，研究其低碳转型过程，回顾了该行业的生产过程和现状，分析了二氧化碳及其他主要污染物的排放情况，并评估了关键技术和未来各种减排路径的可行性和挑战。本研究旨在为中国钢铁行业的低碳转型提供科学支持，为全球气候变化缓解工作及可持续发展目标的实现做出贡献。

章节摘录

冶金工艺

钢铁的生产涉及一系列工艺，包括矿石开采与加工、焦化、烧结、球团制造、炼铁和炼钢（图1）。中国的传统粗钢生产方法主要分为两条路线：高炉-基本氧气炉路线（BF-BOF）和废钢-电弧炉路线（scrap-EAF）。BF-BOF路线是全球最普遍和最主要的粗钢生产方法，占总产量的71.5%

二氧化碳排放

中国钢铁行业各环节的二氧化碳排放量差异很大，其中炼铁（BF）和烧结分别占总排放量的48%和13%（图4a）（CSYEC，2023；Ding等人，2020；Xi等人，2019）。图4b显示了2000年至2020年中国钢铁行业二氧化碳排放的现有数据。排放量在2014年短暂达到峰值后下降，随后反弹，呈现出下降趋势。这与中国粗钢生产的趋势一致。

消费端的低碳措施

减少需求在中国钢铁行业的碳中和中起着关键作用。升级钢铁产品是一项重要措施（Milford等人，2013），这将延长产品的使用寿命并提高材料效率，从而在减少初级生产的同时提供足够的材料服务（Allwood等人，2010, 2011）。增加废钢回收是另一种策略，企业将从中基于矿石的初级生产转向

创新性声明

本研究构建了一个综合分析框架，将需求端的措施（材料效率、废钢回收和需求管理）与供应端的选项（包括电弧炉部署、能源效率提升、氢冶金和碳捕获与封存）联系起来，为中国钢铁行业的低碳转型提供了全面视角。首先，它评估了二氧化碳减排与二氧化硫（SO₂）、氮氧化物（NO_x）和颗粒物（PM_2.5）减排之间的协同效应，强调了这些措施对气候和空气质量的共同益处。

结论

中国钢铁行业的脱碳在技术上是可行的，并将分阶段进行。到2040年，基于废钢的电弧炉（EAF）生产和能源效率技术预计将贡献约29%和34%的总减排量。2040年后，氢冶金和碳捕获与封存（CCUS）将逐渐占据主导地位，其合计份额将从2040年的14%上升到2060年的近44%，凸显它们在实现接近零排放中的核心作用。

未引用的参考文献

(Tang等人，2023；Tang等人，2019；Wang等人，2023a；Wang等人，2022a；Wang等人，2016b；Chen等人，2023；Wang等人，2020a；Wang等人，2025；Wang等人，2020b；Wang等人，2023b；Wu等人，2020；Wu等人，2024；Yu和Tan，2022；Zhang等人，2023a；Davis等人，2024；Zheng等人，2018；Zheng等人，2020；Zhu等人，2022a；Zhu等人，2022b；Dong等人，2021；Gao等人，2019；Li等人，2022b；Li等人，2017；Li等人，2021；Li等人，2023；Li等人，2022c；Li等人)

CRediT作者贡献声明

华彤：撰写——审阅与编辑、撰写——初稿、可视化、调查、概念化。刘军：撰写——审阅与编辑、可视化、监督。王宇：可视化。安浩文：可视化。宋歌：可视化。侯亚婷：可视化。唐小龙：撰写——审阅与编辑、监督。易红红：撰写——审阅与编辑、监督。

利益冲突声明

作者声明他们没有已知的可能会影响本文工作的财务利益或个人关系。

致谢

本工作得到了国家自然科学基金（编号：42375171和42105157）、北京科技大学青年教师跨学科研究项目（编号：06600192）和能源基金会（编号：G-2306-34754）的支持。