《Sustainable Production and Consumption》：Life-cycle evidence on environmental, economic, and social trade-offs in global steel decarbonization: A systematic review
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摘要钢铁生产贡献了全球CO2排放量的7%–9%，然而其脱碳路径的环境效益、经济可行性和社会后果评估仍不均衡。本系统性综述综合分析了2012年1月至2026年1月间发表的研究文献，并在一个概念性的生命周期可持续性框架下，评估了高炉—转炉（BF–BOF）工艺、废钢基电弧炉（EAF
摘要
钢铁生产贡献了全球CO2排放量的7%–9%，然而其脱碳路径的环境效益、经济可行性和社会后果评估仍不均衡。本系统性综述综合分析了2012年1月至2026年1月间发表的研究文献，并在一个概念性的生命周期可持续性框架下，评估了高炉—转炉（BF–BOF）工艺、废钢基电弧炉（EAF）、基于氢的直接还原铁（H2–DRI）、碳捕集利用与封存（CCUS）以及生物质替代等脱碳路径。根据产品阶段、功能单元、系统边界、分配方法、评估方法、区域和数据周期等维度，对证据的可比性进行了筛选，并未将不同指标聚合为综合评分。已有文献报告的BF–BOF排放量为1.6–2.2 t CO2当量/吨钢，证实了炼铁是主要的气候热点环节。废钢基EAF可大幅降低生命周期排放，但其表现取决于电力碳强度、废钢可获得性和废钢质量。H2–DRI还取决于低碳电力、氢气价格和高品位铁矿石供应。CCUS可降低直接过程排放，但可能增加能源需求及其他环境影响，尤其是基于溶剂的捕集技术。生物质替代仅提供部分减排效果，且受原料可得性和土地利用影响的制约。经济证据表明，并不存在普遍的"绿色溢价"，因为不同技术路线的竞争力因能源价格、产能利用率、融资条件和政策支持而异。社会证据仍然有限，但指出了传统钢铁地区因就业转移和上游矿物供应链带来的风险。总体而言，钢铁脱碳需要针对特定区域制定技术组合方案，并使用统一的生命周期边界以及整合环境、经济和社会标准的评估方法。
引言
钢铁产业是现代经济体系的基础支柱，为全球基础设施、交通运输网络和装备制造提供了必要的物质基础。过去十年间，全球粗钢产量从2014年的16.6亿吨增长至2024年的18.8亿吨，在2023年曾达到19亿吨的峰值（世界钢铁协会，2025）。图1(a)中2024年的数据显示出材料流的不均衡分布：中国和印度是主要钢铁生产国，而澳大利亚和巴西供应的铁矿石远超其国内消费量。据预测，到2050年全球钢铁需求将增长三分之一以上（IEA，2026；IEA，2020）。这一飙升的需求使得在满足未来基础设施需求的同时控制全球排放变得异常困难。
然而，作为典型的"难减排"部门，钢铁业占全球工业能源消费的约7%，贡献了全球二氧化碳排放量的7%–9%（世界钢铁协会，2026）。2024年，该部门的温室气体总排放量约为26–29亿吨CO2当量（世界钢铁协会，2025；Raabe，无日期）。如图1(b)所示，新兴经济体推动了大部分能源需求增长（国际能源署（IEA），无日期）。然而，这些经济体对化石燃料的依赖减缓了减排进程。这种依赖部分反映了高炉中碳热还原的热力学要求。
为突破这些热力学瓶颈，钢铁业正在向替代方案转型，包括废钢基电弧炉（EAF）、氢基直接还原铁（H2-DRI）、碳捕集利用与封存（CCUS）以及生物质替代。然而，这些新兴技术并非简单地消除排放，往往将其转移至价值链的其他环节。因此，严格的生命周期评估（LCA）对于准确量化整个供应链的环境足迹至关重要。这一方法论框架已在多种工业领域中得到越来越多的应用，以确保透明、全面的评估，反映了全球向基于证据的可持续核算转变的趋势（Cabot等，2022；Feng等，2014；Galan-Martin等，2026；Ge等，2026；Li等，2023；Olanrewaju等，2024）。在此基础上，碳核算正从自愿性管理行为转变为强制性合规工具。具体而言，欧洲边境碳调节机制的实施已确立严格的碳强度门槛，使生命周期数据成为国际贸易的先决条件（Chau等，2015；Steptoe，2025；Onat和Kucukvar，2022）。
大多数钢铁脱碳研究侧重于量化环境影响，而经济可行性和社会后果的考察则不够一致，通常采用独立的分析方法。生命周期成本（LCC）核算在规定的生命周期边界内计算成本，而技术经济评估（TEA）则评估特定工艺的技术和经济性能。社会生命周期评估（S-LCA）考察产品或组织在整个生命周期中对利益相关者产生的实际和潜在的正面及负面社会影响（UNEP，2020）。
本综述对BF-BOF、废钢基EAF、H2-DRI、CCUS和生物质替代路径的环境、经济和社会证据进行了系统整理。该综合分析识别了环境热点、减排潜力、经济与社会权衡、关键依赖因素，以及生命周期阶段和区域之间的负担转移情况。它还阐明了各路径在何种条件下能够带来可信的可持续效益，并指出了限制直接比较的证据缺口。所形成的综合分析为因地制宜的技术选择、政策设计和未来可持续评估提供了结构化的依据。
章节摘要
文献检索与筛选
我们系统地综述了关于钢铁脱碳的环境、经济和社会证据（Shadish和Lecy，2015）。证据被纳入一个概念性的生命周期可持续性框架中进行整理。
遵循《系统综述与荟萃分析的首选报告条目》（PRISMA）指南（Page等，2021），我们在Web of Science数据库中检索了2012年1月至2026年1月间发表的同行评审文献。该时间段涵盖了关于EAF和H2等新兴技术当代证据的扩展阶段。
解构基准：BF-BOF范式中的资源与环境热点
传统BF-BOF路线是评估新兴钢铁技术的主要基准（图S2(a)）。已有文献报告的依赖因素包括功能单元、系统边界、生产配置、能源供应、原材料质量、分配规则和区域背景数据。
结论
本研究从生命周期可持续性视角综合了钢铁脱碳的环境、经济和社会证据。定量基准评估表明，传统BF-BOF路线（1.6–2.2 t CO2当量/吨钢）仍是主要瓶颈。然而，评估结果表明，没有任何单一技术能够独立实现钢铁生产的净零排放。废钢基EAF受废钢数量和质量限制，并依赖于电力结构。H2-DRI则取决于
CRediT作者贡献声明
刘硕：概念构思、写作—审阅与编辑。童晓琪：数据整理。杨思远：形式分析。刘成：数据整理。王森嵘：数据整理。鲍深旭：监督指导。万洋智伟：写作—审阅与编辑、写作—初稿。
生成式AI及AI辅助技术在写作过程中的声明
在本文撰写过程中，使用了AI辅助工具（ChatGPT和Gemini）来优化稿件的语言和行文流畅度。作者已对AI生成的建议进行了评估和必要修订，并对本文最终版本保留完整的作者身份和责任。
资金来源
本研究得到了国家自然科学基金委员会（52404292）、中国博士后科学基金会博士后面上资助项目（GZC20232017）和湖北省自然科学基金（2024AFB242）的支持。
未引用参考文献
Abdelshafy等，2023
Biganzoli等，2019
Chen等，2011
能源经济与金融分析研究所（IEEFA），无日期
Marmiroli等，2022
印度政府钢铁部，无日期
Ramezani Moziraji等，2023
Singh和Gupta，2018
Suer等，2022b
世界银行，无日期
世界钢铁协会，无日期-a
世界钢铁协会，无日期-b
利益冲突声明
作者声明不存在已知的竞争性经济利益或个人关系可能影响本文所述工作的情况。
万洋智伟|刘硕|童晓琪|杨思远|刘成|王森嵘|鲍深旭
