综述：钢铁行业的碳足迹特征及减排策略：基于生命周期评估（LCA）对来源、工艺、最终用途及清洁生产应用的研究

《Environmental Research》：Carbon footprint characteristics and reduction strategies of the iron and steel industry: an LCA-based study of source, process, end-use and cleaner production applications

铁合金在汽车门上的应用因其轻质特性具有更低的 lifecycle 碳排放。研究系统综述了基于生命周期评估（LCA）的钢铁行业碳足迹计算方法，通过原料获取、生产流程、终端应用及清洁生产等全链条案例分析，揭示了电弧炉工艺中电能消耗强度主导碳排放（占比75.0-82.1%），而 blast furnace 工艺因高耗能碳排放占比达75.0-82.1%。在建筑领域，当废钢回收率超过70%时，钢材碳排放强度低于木材。CCUS、余热回收、钢渣再利用等技术可显著减排。中国碳足迹核算体系需完善国际标准对接，解决数据来源差异问题，以应对欧盟碳边境调节机制（CBAM）等贸易壁垒。

　　

吴飞燕|高佳佳|童雅莉|方慧|李国亮|岳涛

北京科技大学能源与环境工程学院，北京 100083，中国

摘要

随着全球变暖的加剧，钢铁行业的低碳转型对于实现“双碳”目标至关重要。本研究基于生命周期评估（LCA）原则，系统回顾了钢铁行业的碳足迹计算方法，并通过具体案例展示了LCA在钢铁生产源头、生产过程、最终使用以及清洁生产阶段的应用。结果表明，在整个钢铁生产生命周期中，原材料采购贡献了3.9-8.8%的碳排放（主要来自电力消耗）。在高炉生产路线中，高炉工艺占碳排放的75.0-82.1%，而电弧炉生产路线的碳排放主要受电弧炉电力消耗强度的影响。在建筑领域，当废钢回收率超过70.0%时，钢铁产品的碳排放强度低于木材。由于铝合金具有轻质特性，其生命周期碳排放低于钢铁。二氧化碳捕获与储存（CCS）、高炉显热回收和渣料再利用等清洁生产技术显示出显著的减排潜力，为钢铁行业的绿色转型提供了重要支持。

引言

钢铁行业是一个高能耗和高污染的行业，在全球碳排放中占据重要地位。2007年至2022年间，中国和全球钢铁行业的总碳排放量呈上升趋势（Yin等人，2025年；图1）。2022年，全球钢铁行业的总碳排放量约为36亿吨，占全球能源系统总排放量的8.0%。据估计，中国的钢铁行业约占全球碳排放量的46.5%。2007年至2022年间，中国钢铁行业的年碳排放增长率约为2.5%。因此，在全球“碳达峰”和“碳中和”的战略框架下，中国钢铁行业面临着减少碳排放的挑战。

为了有效推进钢铁行业的碳排放减排，首先需要了解并量化其碳排放量。“碳足迹”是指产品或服务系统在其整个生命周期内产生的二氧化碳（CO₂）总量。或者，它也可以指某一实体在特定时期内的直接和间接活动所产生的二氧化碳总量（Wang等人，2010年；Wiedmann和Minx，2008年）。2008年，英国标准协会（BSI）发布了PAS 2050标准，这是全球首个针对产品碳足迹计算的具体指南。2010年，国际标准化组织（ISO）发布了ISO 14067标准，专门用于产品碳足迹的计算。这些发展进一步规范了全球碳足迹计算方法。2016年，欧盟启动了“产品环境足迹”（PEF）试点项目，旨在标准化产品碳足迹的计算方法。然而，中国开始计算碳足迹的时间相对较晚。直到2011年发布“十二五规划纲要”后，才明确了发展和完善温室气体排放统计及计算系统的具体要求（CPG，2011年）。2021年9月，中国共产党中央委员会和国务院发布了《关于全面准确全面贯彻新发展理念，做好碳达峰和碳中和工作的意见》，强调建立统一规范的碳足迹计算系统并加强与国际标准的对接（CPG，2021年）。2024年，中国发布了《建立碳足迹管理系统实施方案》（CPG，2024年），提出加快建立碳足迹管理系统的步伐。中国的碳足迹计算系统正在逐步完善。然而，由于当前国内外碳足迹计算方法在计算边界、排放因子和数据来源上的差异，这直接影响了碳排放责任的确定和国际贸易政策的制定。例如，欧盟从2023年开始实施的碳边界调整机制（CBAM）要求进口商品报告其生产阶段的嵌入碳排放。计算范围包括原材料、能源使用和生产过程。相比之下，中国的计算边界通常仅限于生产阶段。中国的碳市场以“报告实体”作为计算单位，不进行跨报告实体的“上游追溯”（即不追踪供应链上游的碳排放）。Bian等人（2024）的研究表明，中国的碳市场在计算方法上与国际绿色贸易机制保持一致。然而，在碳足迹系统、数据支持和质量保证框架方面仍存在显著差距。这些差异可能使现有计算系统无法满足中国出口企业的需求，从而影响中国新兴产业的发展。

目前，已经开展了一系列关于碳核算方法及其在钢铁行业应用的研究，以促进钢铁行业的低碳转型。从行业角度来看，Dorota（2013）使用LCA方法识别了波兰钢铁生产的主要环境影响源。Liang（2012）计算了2000年至2009年中国钢铁行业的每吨钢铁碳排放量。Liu等人（2017）回顾了中国钢铁行业减排的理论框架，并介绍了多种碳足迹计算方法。从企业角度来看，Lisienko等人（2017）以一家俄罗斯长流程钢铁企业为例，比较了“高炉+电弧炉”和“高炉+转炉”配置的碳排放。Zhang等人（2013）计算了2005年至2011年南京一家长流程钢铁企业的碳足迹。Gao等人（2016）以五家典型中国钢铁企业为案例，研究了每吨钢铁产品的碳足迹及其影响因素。从产品角度来看，Olmez等人（2016）对土耳其的钢铁生产进行了生命周期评估，比较了焦化、烧结、炼铁和炼钢过程以及最终产品（钢锭、钢板、热轧线材和热轧卷）的环境影响。Norgate等人（2007）也使用LCA方法计算了不锈钢的环境影响。Lei（2024）比较了不同生产过程生产一吨热轧钢的环境影响。目前，大多数研究主要集中在LCA方法在钢铁行业特定企业、工艺或产品的碳排放及其环境影响的应用上。然而，对于碳足迹计算方法及其在整个钢铁行业生命周期中的全链应用（源头、生产过程、最终使用和清洁生产阶段）的全面系统评价关注较少。

本研究首先比较和分析了两种主要生命周期碳足迹计算方法的关键方面，包括它们的方法论边界、计算方法和数据获取。随后，通过实际案例研究讨论了生命周期方法在整个钢铁生产过程（从源头到生产结束）中的应用。我们将展示该方法如何帮助企业识别潜在的减排机会，优化生产过程，并提高产品的低碳竞争力。最后，指出了使用LCA方法计算钢铁行业碳足迹所面临的一些挑战和问题。本研究不仅揭示了当前的研究热点、技术路径和发展趋势，还推动了钢铁行业碳足迹模型的理论和实践发展，为学术界和工业界提供了指导方向。整体研究框架如图2所示。

部分摘录

基于LCA的碳足迹计算方法

计算生命周期碳足迹主要有三种方法：“自上而下”模型基于投入产出分析；“自下而上”模型基于过程分析；以及结合投入产出和过程分析的混合LCA（HLCA）模型（Liu等人，2024年；Jiang等人，2026年）。由于HLCA模型涉及复杂的建模和较高的成本，它更适合宏观战略研究。因此，本节主要讨论...

基于LCA的碳足迹分析方法的应用

本章系统探讨了LCA方法在钢铁行业中的应用，涵盖了原材料来源、生产过程、最终使用和清洁生产等方面。通过具体案例分析和数据，阐明了每个阶段的碳排放特征、关键影响因素和优化路径。目的是为钢铁行业的低碳转型提供理论基础和实践指导。

总结

本文系统回顾了基于LCA方法的钢铁行业碳足迹研究的进展，从方法论到实际应用进行了全面分析。在方法论方面，本文比较了“自上而下”的投入产出方法和“自下而上”的过程分析方法，明确了每种方法的优点和局限性。在实际应用方面，本文探讨了...

CRediT作者贡献声明

岳涛：撰写——审稿与编辑，正式分析。吴飞燕：撰写——初稿，数据整理。高佳佳：撰写——审稿与编辑，监督，概念化。童雅莉：验证，方法论，资金获取。方慧：软件，正式分析。李国亮：可视化，资源

未引用参考文献

中华人民共和国中央人民政府，2011年；中华人民共和国中央人民政府，2021年；中华人民共和国中央人民政府，2024年；中国金属协会，2025年；Jun，2022年；Li等人，2022年；Zhang等人，2024年。

利益冲突声明

? 作者声明他们没有已知的可能会影响本文报告工作的财务利益或个人关系。

致谢

本工作得到了国家重点研发计划（2024YFC3712801、2023YFC3707001）、国家自然科学基金（52330003）和CPSF博士后资助计划（GZC20240105）的支持。同时，我们也感谢编辑和匿名审稿人对本文提出的宝贵意见和建议。