《Environmental Impact Assessment Review》：Steel plant-level technology innovations could diffuse cascading carbon emission reduction: Taking an iron and steel enterprise in Northwest China as a case study
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•我们采用双向传递模型，研究了钢铁生产中间接减排的内在机制。•我们确定了多种低碳技术在钢铁厂内的扩散路径。•我们发现低碳技术的级联效应可将综合减排潜力（CCRP）放大多于2.1倍。•能源结构调整、智能控制和能量回收与利用贡献了CCRP的75%。引言钢铁行业约占全球碳排放的7%
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我们采用双向传递模型，研究了钢铁生产中间接减排的内在机制。
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我们确定了多种低碳技术在钢铁厂内的扩散路径。
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我们发现低碳技术的级联效应可将综合减排潜力（CCRP）放大多于2.1倍。
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能源结构调整、智能控制和能量回收与利用贡献了CCRP的75%。
引言
钢铁行业约占全球碳排放的7%（Li等，2023）。城市化和工业化推动的钢铁需求增长可能进一步增加这些排放（Rissman等，2020）。该行业属于难减排行业，因为化石燃料依赖和低碳技术缓慢采用造成了巨大的碳锁定效应（国际能源署，2020）。深度脱碳因此需要系统部署低碳创新技术（LCITs）。然而，宏观层面的路线图难以在单个工厂层面实施，因为各厂的运行条件和技术需求各不相同（Wu等，2025；Wang等，2024）。工厂层面的脱碳策略还必须考虑整个生产过程中LCIT之间的相互作用。因此，需要基于流程的评估方法来识别技术可行的LCIT路径并量化其减排效果。
目前关于钢铁行业脱碳的研究大多从国家或行业层面评估低碳技术的节能和减排潜力（Li和Hanaoka，2022；Jiang和Liu，2025）。这些评估涉及生产流程优化（Kim和Sohn，2022）、能源和原材料结构调整（Zhang等，2022；Zhang等，2023）、物料和能源效率提升（Li等，2022）、副产品资源回收（Watari等，2023）以及特定工艺优化（Wang等，2024）。然而，针对单个工厂层面的技术赋能碳减排评估仍然稀缺。一些工厂层面的研究估计了全球2000多家钢铁厂的能效提升（Xu等，2023）、生物质替代和废钢回收（Wu等，2025）的碳减排潜力。这些分析通常使用全球钢铁数据库（GISD）等数据集，但往往将每个工厂视为单一实体，未能揭示其内部生产流程之间的相互作用。其他研究利用企业调查来评估中国和印度特定设施在生产阶段的低碳技术效果，但主要关注焦化、烧结、炼铁和炼钢环节，所研究的措施范围有限，包括副产能量回收（Xue等，2022）、能效提升和能源结构调整（Wang等，2020；Tikadar等，2025）。因此，现有证据仍然碎片化，且局限于有限范围的能源相关技术和生产流程。
关于钢铁行业低碳技术的研究还侧重于直接减排，而很大程度上忽视了制造系统内的级联效应。在一个流程中部署某项技术会改变与之相连的上游和下游流程的物料和能源需求。忽视这些相互作用会使技术评估不够全面和可靠。投入产出模型可以揭示经济部门之间的级联效应（Mao等，2020），但其应用主要停留在宏观层面。例如，基于国家或全球供应链的研究分析了中国钢铁行业与其他部门原材料关联所导致的间接碳排放和级联效应（Li等，2016），以及印度钢铁行业与其关联经济领域之间的消费驱动型碳转移路径（Peng等，2018）。然而，这些分析未纳入技术创新的作用。其他研究者将低碳技术纳入钢铁行业模型，量化了其直接影响，如效率提升（Liu等，2018）和碳捕集、利用与封存（CCUS）（Su等，2025），以及其对其他行业的间接影响，从而确定主要扩散路径。然而，这些方法未能揭示单个钢铁厂内部的级联效应。一项工厂层面的案例研究表明，某一流程的变化会影响该厂其他地方的排放，但并未量化技术驱动的影响如何沿生产链扩散（Sun等，2022）。因此，需要基于流程的框架来量化低碳技术部署如何影响相互关联的生产流程。
本研究针对两个局限性进行了研究：钢铁生产链中技术覆盖不完整以及间接减排考虑不足。基于工厂的碳代谢过程，我们开发了一个评估低碳技术影响如何在相互关联的生产节点间扩散的框架。该框架整合了源头、流动和汇聚端的干预措施，并在流程层面量化了直接、间接和综合碳减排潜力。随后，采用双向投入产出传递模型模拟低碳技术影响通过上下游关联的传播过程。该方法通过揭示这些影响如何在多条扩散路径上被放大或衰减，打开了工厂层面的"黑箱"。它还识别了在不同低碳技术渗透率下的优先节点和技术组合。该框架和研究成果为同类钢铁联合企业的实际评估提供了支持，并为钢铁行业更广泛的脱碳提供了可借鉴的启示。
章节摘要
方法
本研究考察了一家中国典型的BF-BOF（高炉-转炉）型大型钢铁联合企业。评估包含五个阶段：碳代谢过程分析、低碳技术分类、直接碳减排潜力量化、级联扩散模拟以及扩散路径分解。首先，利用物料和能源流构建工厂层面的碳代谢网络。其次，根据低碳技术在……
低碳技术碳减排潜力的差异
根据位于中国西北地区的一家大型钢铁联合企业的碳代谢过程（图A.1），我们评估了源头-流动-汇聚系统内的76项低碳技术。这些低碳技术提供了约22,295 t/d的综合减排潜力（CCRP），相当于该案例工厂排放量的71%（图3）。不同干预位置的减排潜力差异显著。针对原材料和能源输入的技术具有最高的CCRP，其CCRP是节点内干预技术的1.2倍（10,169 t/d）。
讨论
难减排的钢铁行业亟需部署高效的工厂层面低碳技术，以支持全球气候目标和中国的碳中和目标（Li等，2022）。然而，现有的脱碳路线图，无论是国家层面还是行业层面，往往忽视了工厂特定的运行条件和技术需求（Sekiguchi，2019），限制了其在技术选择方面的实用性（Li等，2023）。此外，钢铁生产的相互关联性……
结论
本研究开发了一个工厂层面的级联传递模型，用于评估多种低碳技术的综合碳减排潜力。该模型确定了优先技术和优先节点，从而为同类钢铁联合企业的可行脱碳路径提供指导。76项低碳技术共同提供了22,295 t/d的CCRP，其中68%为间接减排，对应的级联效应指数为2.1。高炉相关技术的扩散效应最强。其直接减排潜力（DCRP）为2288 t/d……
利益冲突声明
我们声明，本稿件中不包含的任何工作均未以任何语言发表，也未在其他期刊接受审稿。我们没有需要披露的利益冲突。所有作者均已批准本稿件并同意将其提交至本期刊。
致谢
本研究由国家自然科学基金委员会资助（项目编号：52670251和52370191）。
Rong Jin|Tianjie Deng|Dongxiao Xu|Yan Zhang|Yuli Shan|Qi Gao
