中国钢铁行业CO2排放核算

张蕊娇 刘振鸿

(东华大学环境科学与工程学院，上海200051)

中国钢铁行业发展迅速，2009年中国粗钢产量几乎占世界总量的近50%，世界钢铁企业产量排名的前十名中，有五位是中国的企业。粗钢产量更是高居世界首位，2010年的粗钢产量就比2005年增长了将近一番，即便是在2008年全球经济危机的大环境下，依然保持着微增长的态势。至今，中国钢铁行业在世界上仍然保持着重要的地位。

我国是钢铁大国，产业发展很快，生产消费名列世界第一，但是钢铁工业大而不强，加之，钢铁行业同时也是一个“三高二低”行业——高耗能、高污染、高排放、二次能源利用效率低、固体废物利用率低。钢铁行业的产业结构急需进一步调整，目前钢铁行业已经成为我国节能减排的主要行业之一，其行业巨大的碳排放量也引起了国内外的高度重视。因此，对钢铁行业进行系统的碳核查工作，对其CO2排放量进行统计尤其重要，这也是未来钢铁行业全面参与到碳交易市场中关键的和必须的一步。建立核查体系、发展碳市场无疑是未来行业发展的一个大趋势。

1 钢铁行业碳排放核算方法

1.1 排放源划定

中国是世界上煤炭消费大国，能源活动排放源设备体系极其庞大和分散，要详细地对排放源进行分类是相当困难的。在实际工作中，即使能定量地细化出一些排放源设备，相应的活动水平数据也将很难获得，因此，排放源类型的划分只能达到一定程度［1］。

在建立钢铁核查体系前，首先要明晰钢铁行业的核查边界问题。从全面性来看，一般核算排放内容包括直接排放源和间接排放源。直接排放源主要包括固定源排放、移动源排放、工艺过程排放、逸散排放;间接排放主要包括企业外购热电、委托运输排放、垃圾废物排放。

按照钢铁行业的特点和核查数据的可获性，对于钢铁行业的核查边界将选取固定源排放、工艺过程排放、企业外购的电力与供热。对于其他如交通运输、逸散排放等将不作考虑范围内，以保证核查体系的封闭完整性。

1.2 核算方法学

1.2.1 固定源排放核算方法

固定源排放主要是指企业固定设备的能源燃烧造成的碳排放，包括锅炉、燃烧炉、焚化炉等一系列设施。其中主要内容涉及到各类能源消耗量、能源发热量、碳氧化率等。对于固定源排放核算主要选取《IPCC清单指南》［2］对矿物燃料燃烧活动的温室气体排放统计推荐的方法，根据化石能源消耗来估算CO2排风量。公式为:

CO2排放量=能源消耗量×低位热值发热量×单位热值含碳量×碳氧化率×44/12×(1－固碳率)×行业平均氧化率。

1.2.2 工艺过程排放核算方法

工艺过程排放主要是指企业生产制造过程中由于化学反应、生物作用等引发的碳排放量。钢铁行业在工业生产过程中排放CO2的主要环节集中在烧结、炼钢、铁合金生产等需要消耗大量石灰石、白云石、菱镁矿石等熔剂的工序以及炼钢降碳过程中。

(1)熔剂消耗排放CO2的计算方法。中国钢铁生产过程中，熔剂主要用作烧结矿碱度的调节剂、炼钢的造渣剂、炼钢炉的补炉料等，在高温下，碳酸盐类熔剂分解而排放CO2。可根据化学反应平衡对CO2排放情况进行具体的计算，熔剂主要是指石灰石、白云石、菱镁矿，反应过程的主要化学方程式为:

因此根据熔剂中CaO、MgO等的含量，依据化学反应平衡，对1t熔剂消耗产生的碳排进行计算，具体计算公式为:

石灰石排放CO2量=石灰石消耗量×石灰石中CaO成分×0.785+石灰石消耗量×石灰石中MgO成分×1.09

菱镁矿排放CO2量=菱镁矿石消耗量×菱镁矿石中CaO成分×0.785+菱镁矿石消耗量×菱镁矿石中MgO成分 ×1.09

白云石排放CO2量=白云石消耗量×白云石中Ca-CO3·MgCO3成分 ×0.478+白云

石消耗量×白云石中CaO成分×0.785×2+白云石消耗量×白云石中MgO成分×1.09×2

(2)炼钢降碳过程排放CO2的计算方法。生铁与钢都是铁元素与碳元素的合金。一般的讲，铁含碳量大于2%，钢含碳小于2%。炼钢过程实际上就是一个氧化降碳过程。

在计算炼钢降碳过程产生的CO2排放量时，可根据如下公式进行计算:

炼钢生产过程排放CO2量=(炼钢生铁含碳量－钢含碳量)×44/12。

1.2.3 企业外购电力CO2排放计算

在计算钢铁行业这一方面的碳排时，我们主要侧重于企业在用电度数方面的统计计算。电力消耗是钢铁工业的二次能源消耗，追溯到电力行业可以发现我国发电厂多以火力发电居多，因此其CO2排放量巨大。在计算这一方面的碳排放量上，需要将钢铁工业电力消耗折算成标煤消耗，然后再根据标煤消耗量进行碳排计算。其公式为:

电力碳排放量=电力消耗量×当年火电比重×折标准煤系数×标煤碳排放系数［3］。

其中:当年火电比重依据历年《中国统计年鉴》中的“电力平衡表”计算;折标准煤系数与折煤炭系数来自《中国能源统计年鉴2007》。

1.3 数据搜集与来源

根据《中国工业经济统计年鉴》(2007－2011)［4］按行业分能源消费量部分，可以得到钢铁行业从2006－2009年的能源消费量水平(见表1)。

根据《综合能耗计算通则》和《IPCC清单指南》可以得到分品种能源的平均低位发热量、单位热值含碳量、碳氧化率等一系列数值，具体数值见表2。我国钢铁行业2006－2009年的总体钢产量，电力消费量及年火电比重数据根据《中国统计年鉴》(2007－2010)。

表1 中国钢铁行业2006－2009年能源消费情况 万t

表2 分种类能源平均低位发热量、碳氧化率等数值

2 中国钢铁行业CO2排放核算结果

2.1 能源消耗部分

根据《企业能源审计方法》［5］可得钢铁行业平均氧化率为91.1%，将数据代入固定源排放核算源方法中，可以得到中国钢铁行业2006－2009年的能源消耗部分的CO2排放量。结果见表3。

2.2 工艺过程排放核算方法

2.2.1 熔剂消耗产生碳排放量

因为2006－2009年中国钢铁行业石灰石、菱镁矿、白云石等的消耗情况统计数据缺乏，故对此部分进行估算。根据《中国钢铁统计》［6］数据，1994年钢铁工业石灰石、白云石、菱镁矿的消耗量分别为2 313.75Mt，4.147Mt，0 .923 Mt。根据中国钢铁企业情况，可估算石灰石平均CaO成分为51.43%，平均MgO成分为2.3%;菱镁矿石平均MgO成分为21.25%，平均 CaO成分为5.71%;白云石平均MgO成分为19.42%。1t石灰石、菱镁矿、白云石的CO2排放因子分别为 0.42 98，0.278 7，0.427 2t CO2。

表3 2006－2009年中国钢铁行业能源消耗部分碳排量 万t

因此可以计算出1994年钢铁行业熔剂(石灰石、菱镁矿、白云石)消耗产生的碳排放量分别为:993.49万 t，25.72万 t，177.19 万 t，合计为 1 196.4 万 t。

2.2.2 炼钢降碳过程产生碳排放量

根据《专业炼铁学》和中国钢材产品目录以及《IPCC清单指南》可得到，炼钢生铁平均含碳量为4.275%，钢平均含碳量为0.24%，此处忽略年加入废钢固碳量，因此可以计算出该部分的CO2排放量(见表4)。

2.3 企业外购电力CO2排放计算

根据国家统计局有关规定，能源统计中电力消费的折标煤系数为0.122 9，即为1万kW·h电力折合1.229t标煤，标煤CO2排放系数则根据国家发改委能源研究所的推荐值为0.67(t/tce)，当年火电比重根据《中国统计年鉴》(2007－2011)电力平衡表计算，可计算出企业年外购电力CO2排放量(见表4)。

2.4 钢铁行业总CO2排放量

根据能源消耗、工艺过程以及外购电力部分的CO2排放量，可以计算出中国钢铁行业年CO2排放总量，见表4。

表4 2006－2009年炼钢降碳排放量 万t

图1 2006－2009年钢铁行业总碳排量

3 结论与展望

根据表4得到的计算结果绘制成柱状图(见图1)，方便对2006－2009年中国钢铁行业碳排放量进行比对，从而得到以下研究结论:

(1)我国钢铁行业CO2排放量巨大，并呈现逐年上升趋势，2009年更是达到了一个小高峰。由于钢铁行业高排放高能源消耗的行业性质，将极大地限制其未来的发展。

(2)由于全球经济危机的原因，导致2008年碳排放量比2007年略有下降，但是仍较2006年有一定幅度的增长，可见即使面临整体经济贸易的不稳定大环境，中国钢铁行业依然保持着一定的高钢铁产量和高碳排放量。

(3)2007年较2006年涨幅为17.89%，排除2008年异常情况，2009年较2007年的涨幅为11.53%，2009年的增长速度要明显缓于2007年。同时，国家经贸委和发改委公布的3批2000－2006年的国家行业清洁生产技术导向目录共141项技术，其中钢铁行业占据32项，对节能减排有很大推动作用［7］。由此可见随着我国经济技术的不断发展，以及节能减排的大力实施，钢铁行业的高能耗、高碳排放的问题已经受到国家的广泛关注，虽总排放量增加，但其单位产品碳排放量在不断减少。

(4)钢铁行业若想减少碳排放量，必须加快采用高新技术的改造，不断优化生产流程，提高能源利用效率，加大二次能源的回收利用，同时积极开展废气中CO2的处置回收利用［8］。

由本文的中国钢铁行业碳排放研究可以发现中国重点三高行业的严峻排放情况，同时可以看到中国在未来的发展过程中也面临着巨大的责任、挑战甚至是机遇:

(1)随着CO2排放情况越发受到国际的关注，作为发展中国家的中国虽坚持“共同但有区别的责任”，但仍然面临着国际方面各种的压力。事实上，在2009年哥本哈根会议之前，中国已经提出了具有国内法约束力的减排目标——单位国内生产总值CO2排放2020年比2005年下降40%到45%，德班会议上中方代表更是重申中国所承担的责任［9］。

(2)绿色时代的到来，已经不仅仅是环境保护的范畴，还上升到了国际贸易甚至国际政治的高度。随着法国、美国的陆续发声，碳关税贸易壁垒已经愈演愈烈，各国争相开展碳关税政策以克制如中国等贸易新兴国家的对外出口发展，欧盟航空业碳税政策也宣告实施，这一系列的国际举动无疑为众多发展中国家敲响了警钟，高碳排产品或行业在未来的国际发展中将面临重大考验和挑战。

(3)国际压力繁重的同时，中国能源消耗量也不容小觑，因此开展碳交易将势在必行。钢铁行业作为碳交易中的必然参与主体必须从现在起建立行业内部核算体系，并充分发挥节能减排的有效作用来减少碳排放，为进入碳交易市场做好充分的准备，并利用自身优势通过碳交易这一市场化途径促进产业结构优化升级，淘汰落后产品，这也将会是中国转型与发展的一个重大机遇。

(编辑:刘照胜)

［1］张仁健，王明星，郑循华，等.中国CO2排放源现状分析［J］.气候与环境研究，2001，6(3):321－327.

［2］IPCC.Summary for Policymakers of Climate Change 2007［M］.Cambridge:Cambridge University Press，2007.

［3］韩颖，李廉水，孙宁.中国钢铁工业CO2排放研究［J］.南京信息工程大学学报，2011，3(1):53－57.

［4］国家统计局工业交通统计司.中国工业经济统计年鉴［M］.北京:中国统计出版社，2007－2011.

［5］孟昭利.企业能源审计方法［M］.北京:清华大学出版社，2002:61－75.

［6］马惠林，李红.中国钢铁统计［M］.冶金部发展规划司，1995:1－60.

［7］程小矛，陈丽云，等.中国钢铁工业CO2减排的进步与展望［J］.中国冶金，2009，19(8):42－45.

［8］杨晓东，张玲.钢铁工业温室气体排放与减排［J］.钢铁，2003，38(7):65－69.

［9］冯之浚，周荣.低碳经济:中国实现绿色发展的根本途径［J］.中国人口·资源与环境，2010，20(4):1－7.