鋼鐵行業(yè)節(jié)能減排論文

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摘要：鋼鐵企業(yè)節(jié)能減排工作局限于產(chǎn)業(yè)內(nèi)部，空間有限，因此鋼鐵行業(yè)需要從生命周期視角系統(tǒng)化地從鋼鐵上下游全產(chǎn)業(yè)鏈來(lái)開(kāi)展節(jié)能減排工作。介紹了鋼鐵工業(yè)生命周期視角的內(nèi)涵及基于生命周期視角的生命周期評(píng)價(jià)方法與工具。從生命周期視角分析了鋼鐵行業(yè)節(jié)能減排的現(xiàn)狀及問(wèn)題，指出：現(xiàn)階段，在能源結(jié)構(gòu)、能源耗量短期內(nèi)不太可能有太大提升的情況下，提高鋼鐵產(chǎn)品的成材率和下游材料利用率是鋼鐵行業(yè)節(jié)能減排的重點(diǎn)方向；整合下游工序、用戶(hù)端解決方案是從全生命周期理念出發(fā)的節(jié)能減排方向和發(fā)展機(jī)遇。

關(guān)鍵詞：鋼鐵行業(yè)；節(jié)能減排；生命周期評(píng)價(jià)；材料利用率；用戶(hù)端解決方案

鋼鐵工業(yè)是一個(gè)物質(zhì)質(zhì)量和能量高度聚集的產(chǎn)業(yè)，因而社會(huì)對(duì)鋼鐵業(yè)的普遍認(rèn)識(shí)是，鋼鐵工業(yè)是“高能耗、高排放、高污染”行業(yè)，要節(jié)能減排，就要抑制鋼鐵業(yè)的發(fā)展。然而，從全生命周期的思想來(lái)看，事實(shí)并非如此，鋼鐵是世界經(jīng)濟(jì)發(fā)展的基石，是可持續(xù)的，在經(jīng)濟(jì)發(fā)展與環(huán)境責(zé)任同等重要的綠色經(jīng)濟(jì)中，鋼鐵占據(jù)著核心地位。在人類(lèi)目前的生產(chǎn)力發(fā)展水平上，鋼鐵作為人們生活中不可或缺的一種基礎(chǔ)材料，集強(qiáng)度、成形性和多功能性于一體的獨(dú)特特征是其他任何材料不可媲美的，鋼鐵材料仍然是一種不可替代的、經(jīng)濟(jì)性和環(huán)保性俱佳的良好材料[1]。也就是說(shuō)，如果不使用鋼鐵材料而又要實(shí)現(xiàn)同樣的功能、達(dá)到同樣的產(chǎn)量，就意味著有比使用鋼鐵更高的環(huán)境負(fù)荷。因此，對(duì)鋼鐵工業(yè)目前的處境及發(fā)展前景，需要從生命周期視角來(lái)看問(wèn)題，不僅鋼鐵業(yè)內(nèi)需要重新認(rèn)識(shí)，全社會(huì)都有必要重新認(rèn)識(shí)。因?yàn)殇撹F業(yè)的良性發(fā)展，需要一個(gè)客觀、理性的社會(huì)環(huán)境，尤其是在當(dāng)前中國(guó)的現(xiàn)狀下。

一、生命周期視角與生命周期評(píng)價(jià)

鋼鐵產(chǎn)品全生命周期思想的提出，旨在通過(guò)全生命周期評(píng)價(jià)（LifeCycleAssessment，簡(jiǎn)稱(chēng)LCA）理念下的鋼鐵工業(yè)對(duì)全社會(huì)節(jié)能減排貢獻(xiàn)的研究，澄清社會(huì)對(duì)鋼鐵工業(yè)的誤解，體現(xiàn)鋼鐵工業(yè)在全社會(huì)的可持續(xù)發(fā)展中所承擔(dān)的責(zé)任及促進(jìn)作用，從全生命周期視角來(lái)反映鋼鐵產(chǎn)業(yè)升級(jí)、品種結(jié)構(gòu)調(diào)整的環(huán)境效益，以及在全生命周期評(píng)價(jià)理念下，鋼鐵行業(yè)的節(jié)能減排方向與發(fā)展機(jī)遇。鋼鐵產(chǎn)品性能的提升、高附加值產(chǎn)品的生產(chǎn)，一般會(huì)增加鋼鐵制造流程的環(huán)境負(fù)荷，但從生命周期視角來(lái)看，卻可能更大程度地減少下游產(chǎn)業(yè)及全社會(huì)的環(huán)境負(fù)荷，鋼鐵行業(yè)實(shí)際上承載了更多的社會(huì)責(zé)任。因此，在制訂行業(yè)發(fā)展規(guī)劃、出臺(tái)節(jié)能減排政策措施、進(jìn)行相關(guān)決策時(shí)，企業(yè)應(yīng)充分認(rèn)識(shí)這一點(diǎn)，從全社會(huì)、全產(chǎn)業(yè)鏈角度系統(tǒng)化考慮，做出科學(xué)決策。生命周期評(píng)價(jià)是一種“從搖籃到墳?zāi)埂钡沫h(huán)境管理和分析工具，其是從產(chǎn)品生命周期的全過(guò)程來(lái)量化其資源能源消耗和環(huán)境排放，并評(píng)價(jià)這些消耗和排放對(duì)資源、生態(tài)環(huán)境及人體健康帶來(lái)的影響。其特點(diǎn)就是定量化、數(shù)字化評(píng)價(jià)產(chǎn)品的全生命周期過(guò)程的各種消耗和排放。生命周期評(píng)價(jià)提供了一種對(duì)產(chǎn)品全生命周期進(jìn)行掃描的方法，是國(guó)際上評(píng)價(jià)綠色產(chǎn)品的主要標(biāo)準(zhǔn)。LCA可以讓每一卷鋼材都有自己的生命周期環(huán)境績(jī)效數(shù)據(jù)檔案，是節(jié)能減排重要的科學(xué)依據(jù)。從鋼鐵產(chǎn)品全生命周期的視角，可以定義“鋼鐵綠色產(chǎn)品”是指在產(chǎn)品設(shè)計(jì)、制造、運(yùn)輸、使用、回收、再利用和廢棄等全生命周期內(nèi)能夠節(jié)省資源、降低消耗、減少污染物排放，并且對(duì)環(huán)境質(zhì)量和人體健康的負(fù)面影響相對(duì)較小的產(chǎn)品。從綠色產(chǎn)品的用途來(lái)看，綠色產(chǎn)品具有如下特征（即綠色產(chǎn)品內(nèi)涵）：——有利于環(huán)境保護(hù)，指不含有害物質(zhì)、降低噪音和減少振動(dòng)等；——提高能源效率和資源利用率，指產(chǎn)品輕量化、簡(jiǎn)化加工工藝、低能耗、低資源消耗、提高耐磨性、高吸熱等；——提高產(chǎn)品壽命并利于回收再利用，指提高耐腐蝕性、提高耐久性、利于回收、便于再制造與再利用、減少?gòu)U棄物等；——綠色產(chǎn)品外延，指具有上述特性的鋼鐵產(chǎn)品及包裝、標(biāo)志/標(biāo)識(shí)、商標(biāo)等，以及提供給用戶(hù)的一系列附加利益，包括生態(tài)服務(wù)、綠色解決方案等。應(yīng)用LCA研究鋼鐵產(chǎn)品的環(huán)境特性在國(guó)際鋼鐵行業(yè)已廣泛開(kāi)展。國(guó)際鋼鐵協(xié)會(huì)于1995年開(kāi)始LCA研究，常設(shè)LCA項(xiàng)目組，由全球主要大鋼企的成員組成LCA專(zhuān)家組，世界鋼協(xié)LCA專(zhuān)家組會(huì)議每年春季、秋季各舉辦1次。2004年，寶鋼加入該專(zhuān)家組。以前是每隔5年更新1次全球鋼鐵產(chǎn)品LCA數(shù)據(jù)，目前隨著LCA工作在國(guó)際上越來(lái)越重要，已經(jīng)提高到每年更新1次。涉及的產(chǎn)品覆蓋了鋼鐵主要的大類(lèi)品種。開(kāi)展的主要工作包括：收集并提供全行業(yè)的鋼鐵產(chǎn)品LCA數(shù)據(jù)；把LCA及相關(guān)領(lǐng)域的發(fā)展情況通報(bào)給會(huì)員公司；向用戶(hù)和市場(chǎng)提供相關(guān)信息；通過(guò)LCA分析方法證明使用鋼鐵產(chǎn)品可帶來(lái)的環(huán)保效益；推廣LCA應(yīng)用工作中好的經(jīng)驗(yàn)。專(zhuān)家組的工作重點(diǎn)是使LCA評(píng)價(jià)流程中的所有利益相關(guān)方都參與進(jìn)來(lái)，以便在市場(chǎng)推廣和與替代材料的競(jìng)爭(zhēng)中更好地利用LCA這一方法與工具。奧鋼聯(lián)、安賽樂(lè)米塔爾、蒂森克虜伯、塔塔、新日鐵、浦項(xiàng)等國(guó)際上有影響力的鋼鐵企業(yè)均有各自的LCA團(tuán)隊(duì)，并持續(xù)開(kāi)展了多年的研究應(yīng)用工作。

二、從全生命周期范圍看鋼鐵業(yè)節(jié)能減排現(xiàn)狀與問(wèn)題

長(zhǎng)期以來(lái)，鋼鐵企業(yè)節(jié)能減排的管理模式是將鋼鐵制造流程分割為若干工序、裝置，然后將工序、裝置解析的某種化學(xué)反應(yīng)過(guò)程，或?qū)髻|(zhì)、傳熱和動(dòng)量傳輸?shù)倪^(guò)程以工序之間的拼接、疊加形成制造流程，這導(dǎo)致鋼鐵企業(yè)的節(jié)能減排工作局限于局部、末端。鋼鐵生產(chǎn)動(dòng)態(tài)運(yùn)行過(guò)程中的相互作用關(guān)系和協(xié)同鏈接的界面技術(shù)往往被忽視，就像是拿著聽(tīng)診器在各個(gè)點(diǎn)上找問(wèn)題，集中注意的是局部性的“實(shí)”，而往往忽略貫通全局的“流”。因此，鋼鐵企業(yè)需要把“聽(tīng)診器”變?yōu)椤癈T機(jī)”，進(jìn)行全流程的全面精確的掃描診斷，以找到問(wèn)題。IPCC（政府間氣候變化專(zhuān)門(mén)委員會(huì)）指出，為應(yīng)對(duì)氣候變化挑戰(zhàn)，2050年全球碳排放量需要較1990年減少50％以上。鋼鐵行業(yè)作為最大的工業(yè)碳排放領(lǐng)域，排放量占比達(dá)25％。據(jù)預(yù)測(cè)，至2050年鋼鐵需求量將在目前的基礎(chǔ)上增加1倍，而世界鋼鐵協(xié)會(huì)制定的碳減排目標(biāo)是碳排放量減半[3][4]，這是行業(yè)面臨的巨大挑戰(zhàn)。那么，如何解決需求翻倍而碳減排50%的問(wèn)題呢？寶鋼鋼鐵產(chǎn)品生命周期評(píng)價(jià)模型分析表明，對(duì)于鋼鐵企業(yè)節(jié)能減排影響最大的3個(gè)因素分別為：成材率（材料利用率）、能源結(jié)構(gòu)和能源耗量。在現(xiàn)階段能源結(jié)構(gòu)、能源耗量暫時(shí)不太可能有太大提升的情況下，提高鋼鐵產(chǎn)品的成材率和下游材料的利用率是鋼鐵行業(yè)節(jié)能減排的重點(diǎn)方向。這一結(jié)論與劍橋大學(xué)JULIANMALLWOOD教授的LCA團(tuán)隊(duì)得出的結(jié)論一致。劍橋大學(xué)LCA團(tuán)隊(duì)的研究發(fā)現(xiàn)，世界鋼鐵生產(chǎn)過(guò)程中有1/4的鋼水未能形成產(chǎn)品而直接變成廢鋼，其中沖割、剪切和加工工序是造成這一結(jié)果的主要原因，而最終回用的廢鋼量還不及這些產(chǎn)出廢鋼量的一半。據(jù)劍橋大學(xué)LCA團(tuán)隊(duì)課題組的生命周期統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示：甚至在某些行業(yè)，全部板材中大約有一半從未制成成品[2]。從全生命周期視角來(lái)看，最終的鋼鐵產(chǎn)品是最重要的載能體，承載了大量的資源、能源和材料的投入及環(huán)境的排放，最后如果得不到有效利用，前面的投入都將浪費(fèi)。因此，有大量的技術(shù)和商業(yè)創(chuàng)新成果有待開(kāi)發(fā)，創(chuàng)新成果可以節(jié)省大量因廢鋼產(chǎn)生所浪費(fèi)的能量。此外，在很多下游行業(yè)，對(duì)鋼材加工完成后，還需要重新進(jìn)行退火等熱處理，以消除加工過(guò)程中所產(chǎn)生的應(yīng)力，或使產(chǎn)品具有更好的理化性能，而下游很多企業(yè)熱處理爐分布零散、熱效率低下、生產(chǎn)不連續(xù)，導(dǎo)致能源損失很大。而這些熱處理工作，卻是鋼鐵企業(yè)所擅長(zhǎng)的。鋼鐵企業(yè)的熱處理爐處理能力大，燃料是鋼鐵廠副產(chǎn)煤氣，生產(chǎn)連續(xù)，能效高。鋼鐵行業(yè)將下游這些熱態(tài)工序重新整合，對(duì)用戶(hù)及社會(huì)都會(huì)產(chǎn)生很大的價(jià)值。此外，下游很多用戶(hù)在購(gòu)買(mǎi)鋼板后，還需進(jìn)行噴涂處理，因此存在大量“小作坊”式的無(wú)序生產(chǎn)與排放，而鋼鐵企業(yè)彩涂板采用大規(guī)模集中式生產(chǎn)，可有效提高資源、能源利用效率，可對(duì)污染物進(jìn)行集中處理，減少下游無(wú)序生產(chǎn)造成的資源、能源浪費(fèi)與環(huán)境污染。

三、全生命周期理念下的鋼鐵業(yè)節(jié)能減排方向與發(fā)展機(jī)遇

從全生命周期視角來(lái)看，目前主要有2種可能的途徑：一是產(chǎn)業(yè)內(nèi)部解決方案；二是用戶(hù)端解決方案。——產(chǎn)業(yè)內(nèi)部解決方案，是鋼鐵業(yè)一直在努力做的工作，也是與企業(yè)經(jīng)營(yíng)成本密切相關(guān)的，所以各企業(yè)開(kāi)展內(nèi)部節(jié)能降耗減排的積極性都很高。產(chǎn)業(yè)內(nèi)部解決方案主要是通過(guò)提高能效來(lái)實(shí)現(xiàn)。但經(jīng)過(guò)全行業(yè)對(duì)于這項(xiàng)工作的長(zhǎng)期努力，剩余的節(jié)能空間有限，加之技術(shù)創(chuàng)新面臨的諸多不確定性，業(yè)內(nèi)普遍認(rèn)為能效提高的極限是20％。因此，如果從最樂(lè)觀的視角觀察鋼鐵產(chǎn)業(yè)的未來(lái)，若需求翻倍，即使在現(xiàn)有工藝范圍內(nèi)想盡一切辦法，二氧化碳排放量也只能控制在目前的水平。如果無(wú)所作為，那么單憑產(chǎn)業(yè)內(nèi)部能源回收量的增加，二氧化碳排放量就將幾乎翻1倍。因此，在最理想的情況下，2050年鋼鐵行業(yè)的碳排放量將維持在目前的水平，但不可能達(dá)到減半的要求。——用戶(hù)端解決方案，是從全生命周期理念出發(fā)的節(jié)能減排措施。即在保證現(xiàn)有生活質(zhì)量的前提下減少鋼材的消耗量，提高材料利用效率，從而達(dá)到碳排放減少50%的目標(biāo)。用戶(hù)端解決方案的核心是提高材料利用效率，從上述當(dāng)前存在的問(wèn)題來(lái)看，針對(duì)這些問(wèn)題的解決方案和策略包括：通過(guò)全生命周期生態(tài)設(shè)計(jì)減少鋼材使用量；減少生產(chǎn)損失（如沖割、剪切和加工等工序的損失、邊角料等）；廢鋼轉(zhuǎn)移回用；廢鋼不熔融直接回用；延長(zhǎng)產(chǎn)品使用壽命；減少終端需求。只有產(chǎn)業(yè)內(nèi)部解決方案和用戶(hù)端解決方案2種方式并用，鋼鐵行業(yè)方能應(yīng)對(duì)需求加倍而碳排放減半的挑戰(zhàn)。對(duì)鋼鐵產(chǎn)業(yè)而言，為客戶(hù)減少鋼材用量和提供更多服務(wù)是未來(lái)的發(fā)展機(jī)遇。目前，鋼鐵產(chǎn)業(yè)制造的是中間產(chǎn)品（材料），而用戶(hù)需要的是由這些中間產(chǎn)品（材料）組裝的制成品。這是鋼鐵業(yè)的一個(gè)重大機(jī)遇，鋼鐵產(chǎn)業(yè)應(yīng)關(guān)注下游動(dòng)向，跟蹤中間產(chǎn)品被做成了什么，通過(guò)整體設(shè)計(jì)參與到這個(gè)過(guò)程中甚至到產(chǎn)品結(jié)束；或整合下游的一個(gè)階段，提供組件而不是庫(kù)存產(chǎn)品，那么就可以為客戶(hù)提供更高價(jià)值且用料更省的組件，這也是節(jié)省出25%產(chǎn)出損失的方式所在，是創(chuàng)造價(jià)值的重要機(jī)會(huì)。未來(lái)，軋鋼廠可以通過(guò)升級(jí)和更新軋制工藝，最終成為開(kāi)放式產(chǎn)品機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)單元，設(shè)計(jì)其他產(chǎn)品，升級(jí)舊產(chǎn)品特征，達(dá)到與市場(chǎng)新產(chǎn)品兼容的目標(biāo)。綜上所述，從生命周期視角，對(duì)鋼鐵行業(yè)而言，未來(lái)的機(jī)遇在于：整合下游產(chǎn)業(yè)，研發(fā)具有高附加值的新工藝；從鐵水到成品部件進(jìn)行系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)，減少生產(chǎn)過(guò)程的損失；研發(fā)具備更長(zhǎng)使用壽命的產(chǎn)品；鋼鐵構(gòu)件的再制造與修復(fù)利用，如報(bào)廢汽車(chē)的鋼鐵配件的再使用；鋼鐵廢料轉(zhuǎn)移回用；提高鋼鐵的強(qiáng)度。

總之，從全生命周期評(píng)價(jià)的理念來(lái)看，未來(lái)鋼鐵業(yè)有足夠多的選項(xiàng)來(lái)應(yīng)對(duì)節(jié)能減排壓力，化解產(chǎn)能、優(yōu)化品種、調(diào)整結(jié)構(gòu)、提高材料利用率是鋼鐵行業(yè)可持續(xù)發(fā)展、體現(xiàn)社會(huì)責(zé)任的必經(jīng)之路。

參考文獻(xiàn)：

[1]何文波.新時(shí)代新鋼鐵[J].寶鋼技術(shù)，2011（1）.

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[3]WorldsteelAssociation.TheWorldSteel2050Report[R].

[4]EdwinBasson.Steelindustryinasustainablesociety[C].WorldsteelAssociationBeijingSeminar,2012.

作者:劉濤 劉穎昊 單位:寶山鋼鐵股份有限公司中央研究院