杨颖霞 波士顿大学可持续能源研究院高级研究员

中国实现双碳目标无疑会对全社会各行各业带来很大的影响，尤其是碳排放高的行业。电力行业首当其冲，其次是工业和交通行业。电力和交通运输行业应用的风电、光伏和电池储能技术在近十年来的迅速发展下，成本已经显著下降，商业化进入加速期，而工业领域的低碳技术应用还面临比较大的阻力和障碍，离商业化还有很大的距离。

世界上很多其他国家也面临着同样的挑战。本文的作者就美国如何推动钢铁生产制造业的低碳技术商业化提出了建议。由于不同国家资源禀赋和产业结构不同，具体低碳技术的选择和最优的产业政策也不同，所以文章提出的低碳技术商业化思路仅供中国工业行业碳减排参考。

钢材对电动汽车环保性的影响

过去十年对清洁能源来说是捷报频传的十年。从2010年到2020年，光伏发电成本下降了85％，风电下降50％，锂电电池的价格下降了88%。这三种技术组合让电力和交通行业去碳化前景明朗化，而这两个行业的排放量目前占全球碳排放的40％。更低价的太阳能和风能导致更高的可再生能源渗透率。更低价的锂电电池一方面降低电动汽车的价格，也有助于将更多的太阳能和风能并入电网。更清洁的电网意味着更清洁的电动汽车。最终，当电网100%清洁时，电动汽车将100%绿色环保。

其实不然。当考虑车辆全生命周期的碳排放量时，即使电网是100%零碳排放，电动汽车也仍然有碳排放。这是因为生命周期碳排放不仅包括车辆在使用阶段产生的碳排放，也包括车辆在制造过程中的碳排放，所用材料制造过程中的碳排放，以及材料所用原料开采时的碳排放等。

实际上，生产车辆用的一些材料是碳排放强度很高的过程 。其中一种是钢材。平均来说，一辆汽车要使用0.9吨钢材。生产一吨钢，平均会产生1.8吨二氧化碳。以2019年生产大约92万辆汽车算，用于汽车的钢，制造过程碳排放量约150万吨。加上大量使用钢材的其他行业，如建筑物、基础设施和机械设备等，炼钢行业每年碳排放大约3.5亿吨，占2019年全球二氧化碳排放量约11％。这倒也不意外，因为大部分炼钢过程使用煤作为其能源资源和原料。

对汽车行业来说，考虑汽车材料对碳排放的影响并不是新鲜事，然而多年来考虑的重点主要是对于车辆使用过程中碳排放量的影响，而不是材料生产阶段的碳排放。这是因为对燃油汽车而言，使用过程的碳排放量占生命周期排放量的比例较高（65％-80％ ）。例如，已经部分使用在车辆中替代钢材的轻质材料铝和碳纤维增强聚合物（RFP）因为可以减轻车体重量而提高燃料效率，从而减少在车辆运行阶段中二氧化碳的排放量。然而，当考虑到材料生产过程中的排放，与钢相比，铝和RFP材料反而导致碳排放量增加。

对电动汽车而言，使用阶段的尾气碳排放减少，而材料生产过程中的碳排放会扮演更重要的角色。因此，减少炼钢过程的碳排放对于电动汽车真正脱碳至关重要。

绿钢的到来和发展障碍

令人欣慰的是，太阳能和风能技术突破正在以绿氢的形式渗透到钢铁行业。风电和光伏通过电解过程制氢，整个过程没有碳排放，因此称为绿氢。而绿氢可以代替炼钢过程中的煤或天然气原料，让炼钢过程不产生碳排放。这样的钢铁简称绿钢。由于风电和光伏以及电解槽的成本在最近几年迅速下降，绿氢的成本也显著下降。例如，像很多研究报告一样，最近麦肯锡发布的研究表明，到2030年，绿氢成本将从现在的每千克6美元下降到每千克2.3美元，甚至一些地区还可以下降到每千克1.4美元。

然而，绿钢和传统工艺炼钢相比，成本还是更高。美国燃料电池和氢能协会的一份研究报告表明，按天然气每百万英热3美元的价格算，天然气直接还原法炼钢成本大概在每吨800美元，而假设绿氢的价格在每千克2美元时，其成本比由天然气炼钢要贵约每吨400美元，大概50％。

在竞争激烈的市场中，价差巨大，钢铁制造商不会愿意主动采用这种技术。然而，制定政策法规强制生产商使用绿钢可能需要时间，而且并不容易。虽然一些大型的钢铁生产商，例如安赛乐米塔尔（ArcelorMittal）、新日铁（Nippon Steel）、宝武钢铁等部分企业宣布了到2050年自愿实现碳中和目标，但如何实现这些还没有明确的时间表，他们仍然面临绿钢成本高的挑战。

绿钢如何破局？

要回答这个问题，我们可以看看美国电力行业近几年的一个现象。多年来，在缺乏联邦清洁电力政策的情况下，可再生能源采购主要由州可再生能源配额制推动。然而，这个进程太慢。于是大型工商业企业，尤其是科技独角兽公司，如谷歌、微软和亚马逊等，开始自愿建立环境目标，直接从可再生开发商那儿采购清洁电力。今天，工商业企业已成为可再生能源需求的一大推动力。在过去十年里，工商企业已经向23.7吉瓦的可再生能源项目购买了长期购电合同。在未来十年中，工商企业预计将进一步推动44吉瓦的风电和72吉瓦的太阳能项目，会占到同时期所有的大型清洁能源项目装机的20％。

工商企业之所以能成功促成可再生能源电力项目的发展，原因有两个：（1）这些企业是电力大用户，因此具有购买力，对公用事业公司也有一定的影响力；（2）电力成本对这些工商企业的成本来说只是一小部分，因此可以被消化。

有趣的是，这似乎也适用于绿钢在电动汽车领域的应用：（1）汽车行业是炼钢行业的重要客户。全球范围内看，汽车使用了13%的钢材。在美国，汽车使用了28%的钢材。虽然电动车目前的份额不是很大，但将来市场份额会大幅增加；（2）钢铁的成本在汽车销售价格里占比较小。一辆特斯拉在美国售价4万美元左右，以每辆汽车使用0.9吨钢铁计算，每吨贵400美元，一辆车就贵360美元，相当于整车售价的1％。

正如ClimateWorks的丽贝卡戴尔博士所说，当从终端消费者的成本角度出发，而不从商品生产者的角度出发时，清洁产品比传统产品高出的成本可能会变得忽略不计。所以问题并不在于社会买不起清洁产品，而在于如何通过供应链有效地将成本分摊，平稳地转移给最终消费者。

电动汽车制造商将迎来全球去碳化带来的巨大机遇。同时，他们应该像科技公司对可再生电力采购所做的那样，带头发起绿钢采购，为消费者提供更绿色的电动汽车。这将有助于推动绿钢商业化，带来进一步的技术提升和成本下降，最终使其在成本方面具备竞争力，更广泛地应用到钢铁产业链的其他下游环节。

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https://www.bu.edu/ise/2021/08/10/green-steel-make-electric-vehicles-greener/