邱慈觀:鋼鐵脫碳的關(guān)卡——CCUS的商業(yè)化運營挑戰(zhàn) | 教授洞見


邱慈觀:鋼鐵脫碳的關(guān)卡——CCUS的商業(yè)化運營挑戰(zhàn) | 教授洞見
鋼鐵行業(yè)是我國的碳排放大戶,排放量占全國總量的15%,僅次于電力行業(yè),故其脫碳對實現(xiàn)碳中和目標(biāo)至關(guān)重要。研究表明,鋼鐵行業(yè)的中長期脫碳路徑主要有三,分別是氫基直接還原鐵-電弧爐(DRI-EAF)工藝、廢鋼-電弧爐(scrap-EAF)工藝,以及碳捕集、利用與封存(CCUS)技術(shù)。由于前兩種工藝都未能使鋼鐵行業(yè)完全脫碳,故國際能源署預(yù)計2050年時全球制鐵工藝配備CCUS技術(shù)的比例將高達37%,可見其重要性。
然而,想要完成預(yù)期的脫碳目標(biāo),三種路徑都須通過商業(yè)化的關(guān)卡,尤其是CCUS技術(shù),有成本高、盈利點不明、捕集率偏低等問題,阻礙了鋼鐵企業(yè)的參與意愿。另外,我國在CCUS技術(shù)上起步較晚,面對嚴(yán)峻的商業(yè)化挑戰(zhàn),使原本盈利困難的鋼鐵企業(yè)更加裹足不前。
因此,了解該技術(shù)的發(fā)展進度、全球應(yīng)用情況及實踐難點,將有利于鋼鐵企業(yè)及其相關(guān)方展開評估,以推進碳中和目標(biāo)的實現(xiàn)。有鑒于此,本文討論鋼鐵行業(yè)CCUS技術(shù)的經(jīng)濟效益、實踐案例與推廣挑戰(zhàn),并探索中國鋼鐵行業(yè)發(fā)展CCUS技術(shù)的未來方向,以共謀出路。
CCUS技術(shù)的經(jīng)濟效益
CCUS技術(shù)可分為二氧化碳的捕集、輸送、利用與封存三個步驟。各行業(yè)對CCUS技術(shù)的應(yīng)用不同,但普遍面臨成本高昂、盈利不足、降碳效果不符預(yù)期等挑戰(zhàn)。
◎ 從成本看,碳捕集環(huán)節(jié)的成本最高,約占整個流程的75%,同時技術(shù)風(fēng)險也最高。現(xiàn)有的碳捕集技術(shù)有點源捕集與從空氣中直接捕集兩種,前者技術(shù)較為成熟,后者處于開發(fā)早期。點源捕集主要針對工業(yè)排放源,包括化工廠、天然氣加工廠等高濃度排放源,以及鋼鐵廠、水泥廠等低濃度排放源。由于排放源濃度、排放點源數(shù)量與排放設(shè)施的差異,碳捕集的技術(shù)方案與設(shè)施配置需要相應(yīng)調(diào)整,導(dǎo)致相關(guān)項目常須定制化設(shè)計,從而提高了規(guī)?;瘡?fù)制的難度。事實上,根據(jù)不同排放源情況,碳捕集成本的浮動區(qū)間也較大,通常捕集一噸二氧化碳的成本在10至342美元之間,而鋼鐵行業(yè)的成本在40至124美元之間。
◎ 從收入看,鋼鐵企業(yè)從CCUS中獲得的直接收入主要來自碳利用。二氧化碳可用于地質(zhì)驅(qū)油(Enhanced Oil Recovery,EOR),以提升石油采收率,另可用于燃料、化學(xué)品、建筑材料等產(chǎn)品制造,故鋼鐵企業(yè)可將二氧化碳售予這些行業(yè),以抵消碳捕集的部分成本。只是,幾種應(yīng)用方案中,目前僅EOR可大規(guī)模商業(yè)化運營,其他則否。相比之下,碳封存的盈利性更糟,該環(huán)節(jié)下的二氧化碳是被注入到咸水層或枯竭油氣田中,因而并無直接收入。
放眼未來,CCUS技術(shù)的后續(xù)成本可能會隨著碳捕集技術(shù)的發(fā)展而降低,但碳利用的收入不確定性卻不容忽視,會隨著石油等產(chǎn)品價格的波動而上下起伏。不言而喻,經(jīng)濟效益問題阻礙了鋼鐵行業(yè)對CCUS項目的采納,以致目前全球僅六個商業(yè)化運營項目,其中一個在阿聯(lián)酋,一個在中國,三個在美國,一個在日本。表1詳列這些項目的相關(guān)企業(yè)名稱、生產(chǎn)工藝、運營日期、碳捕集量、捕獲的二氧化碳是利用(CCU)或封存(CCS),以及外部資金支持形式。
由于CCUS項目的經(jīng)濟效益問題,企業(yè)進行評估時,會將外部資金支持列為重要考慮因素。以下針對表1中兩個信息相對充分的商業(yè)化運營項目展開說明。
Al Reyadah項目:脫碳決心與政府資助
Al Reyadah是阿聯(lián)酋的CCUS項目,位于阿布扎比南部,每年為阿聯(lián)酋鋼鐵廠捕集80萬噸二氧化碳。項目由阿布扎比的大型油企發(fā)起,得益于政府的脫碳決心與資金支持,它不僅是鋼鐵行業(yè)首個CCUS項目,也是全球首個商業(yè)化運營的CCUS項目。
阿聯(lián)酋是石油與天然氣大國,其油氣資源主要來自酋長國之一的阿布扎比。阿聯(lián)酋是《京都議定書》的簽訂方之一,從2006年開始發(fā)展可再生能源,并由阿布扎比石油公司(ADNOC)推動創(chuàng)立阿布扎比未來能源公司(Masdar)。2008年,阿布扎比政府發(fā)布《2030年經(jīng)濟愿景》,明確發(fā)展多元化能源與相關(guān)的脫碳戰(zhàn)略,同時啟動碳捕集與EOR技術(shù)研究,以位置靠近ADNOC油田的阿聯(lián)酋鋼鐵公司作為首個碳捕集對象。2009至2011年,ADNOC與Masdar合作完成將二氧化碳注入ADNOC油田的試點研究,而ADNOC也獲得政府百億美元的脫碳資助。2012年兩家國企聯(lián)合成立CCUS技術(shù)公司,以阿拉伯語“領(lǐng)導(dǎo)”之意將其命名為Al Reyadah。
Al Reyadah項目的設(shè)施總造價1.22億美元,于2016年啟動運營,目標(biāo)有二,一是幫助鋼鐵企業(yè)降低碳排放,二是減少注入油田的天然氣消耗與進口。從結(jié)果上看,第二個目標(biāo)已順利實現(xiàn)。隨著阿布扎比的經(jīng)濟發(fā)展,天然氣的需求量日益增加,故當(dāng)以二氧化碳或氮氣取代天然氣來進行地質(zhì)驅(qū)油時,則天然氣可被用于更具經(jīng)濟價值的領(lǐng)域。Al Reyadah項目落地后,每年阿布扎比可捕集80萬噸二氧化碳來取代1.5億立方英尺的天然氣,釋放數(shù)十億美元價值。
但第一個目標(biāo)的進展卻未如人意。目前Al Reyadah項目的總體碳捕集率大概是25%,無法成為阿聯(lián)酋鋼鐵的主要脫碳手段。原因與碳捕集技術(shù)的局限有關(guān):點源碳捕集設(shè)備只能安裝于個別點源,如點源較多,則須分別部署。阿聯(lián)酋鋼鐵的CCUS設(shè)施安裝在其中一座直接還原爐上,該工廠的其他排放點源包括三座鋼鐵生產(chǎn)設(shè)施和五座軋鋼廠,而點源全覆蓋的成本甚為巨大。當(dāng)將本案面臨的局限擴及整體鋼鐵行業(yè)時,由于大部分鋼鐵企業(yè)仍采用傳統(tǒng)的高爐工藝,涉及的排放點源會比直接還原鐵工藝更多,因而必要的設(shè)備投入也更龐大。
面對捕集效率低、成本高昂的挑戰(zhàn),目前阿聯(lián)酋鋼鐵并沒有進一步擴大CCUS實施范圍的規(guī)劃。同時,今年阿聯(lián)酋鋼鐵啟動了中東第一個綠色氫煉鐵項目,表明將優(yōu)先發(fā)展“氫基還原鐵”技術(shù)以實現(xiàn)脫碳。不過,在政府資助下,阿布扎比仍在發(fā)展CCUS技術(shù),去年ADNOC與美國西方石油公司合作推進從空氣中直接捕集技術(shù),就是為了探索新的碳捕集方式。
Denbury:資源優(yōu)勢與財稅支持
Denbury是一家專注于CCUS技術(shù)服務(wù)的美國能源公司,擁有全美最大的二氧化碳運輸管道網(wǎng)絡(luò)。該公司至今收支尚未平衡,但預(yù)計2026年將開始盈利。CCUS公司很少能在短期內(nèi)轉(zhuǎn)虧為盈,Denbury實屬例外,得益于美國優(yōu)厚的自然資源優(yōu)勢和政府的長期財稅支持。
◎ 在自然資源方面,美國擁有豐富的天然二氧化碳源場,是世界上唯一能實現(xiàn)天然二氧化碳商業(yè)化鉆探的國家。二氧化碳天然源場主要位于美國西南部的油田內(nèi),鉆探時可采用與石油和天然氣鉆探類似的設(shè)備,每噸的開采成本在10至15美元之間。美國自上世紀(jì)中葉發(fā)現(xiàn)二氧化碳能強化采油后,便開始發(fā)展EOR技術(shù)。1970年代,美國能源公司雪佛龍大舉開發(fā)二氧化碳EOR,投入1.71億美元,隨后其他能源公司也開始發(fā)展技術(shù)并收購天然源場,形成一股熱潮。目前美國EOR技術(shù)使用的二氧化碳,其中80%來自天然源場。
◎ 在政策方面,美國政府長期以財稅激勵政策支持CCUS技術(shù)發(fā)展。1986年美國聯(lián)邦立法,首度對二氧化碳EOR項目提供稅收激勵,給予15%的稅收抵免,適用于二氧化碳注入項目的相關(guān)成本。2008年美國又設(shè)立45Q稅收抵免機制,對每噸通過EOR注入的二氧化碳抵免10美元,對每噸通過地質(zhì)層封存的二氧化碳抵免20美元。2022年的《通膨削減法案》又更新了45Q稅收抵免條款,加大抵免額度,對每噸被直接封存或利用的二氧化碳分別抵免85美元和60美元,以進一步推動CCUS技術(shù)發(fā)展。
受益于資源優(yōu)勢與財政支持,Denbury的CCUS業(yè)務(wù)快速擴張。該公司于1997年上市后,更通過一系列的收購來發(fā)展EOR業(yè)務(wù),收購對象包括小溪油田與杰克遜二氧化碳天然源場等。Denbury于2009年開始大力投資二氧化碳管道運輸網(wǎng)絡(luò),并隨著EOR領(lǐng)域管道運輸業(yè)務(wù)的增加而提高碳捕集技術(shù)投資,為更多工業(yè)排放源企業(yè)服務(wù)。至去年為止,Denbury已擁有超過1300英里的二氧化碳管道,并對捕集的430萬噸工業(yè)二氧化碳展開運輸、注入和封存。
去年Denbury被??松梨谑召?,后者與美國Nucor鋼鐵公司簽訂一個CCS協(xié)議,為其提供二氧化碳運輸與存儲服務(wù)。Nucor計劃于2026年啟動美國第一個鋼鐵行業(yè)的CCUS項目,項目已獲美國能源部的資助,預(yù)計每年可捕集80萬噸二氧化碳。
前景展望與建議
CCUS技術(shù)的資金投入大、捕集效率低,近幾年備受質(zhì)疑。然而,國際能源署一直將CCUS列為能幫助鋼鐵行業(yè)實現(xiàn)碳中和的重要技術(shù)之一。因此,在鋼鐵行業(yè)推動CCUS技術(shù)的商業(yè)化方面,我國可借鑒國際經(jīng)驗,揚長避短,發(fā)掘適合我國國情的道路。以下是三點建議。
◎ 首先,政府需加大支持力度,推動CCUS技術(shù)優(yōu)勢行業(yè)率先發(fā)展。目前我國CCUS技術(shù)處于發(fā)展初期,面臨技術(shù)創(chuàng)新、成本控制和商業(yè)化應(yīng)用的多重挑戰(zhàn),故企業(yè)亟須通過政府支持來降低投資風(fēng)險。特別是,擬使用CCUS技術(shù)的鋼鐵企業(yè)必將面臨較高的研發(fā)與部署成本,需要承擔(dān)較高的資本支出,而政府的專項資金支持則能產(chǎn)生驅(qū)動作用。同時,對于EOR等較為成熟的二氧化碳利用領(lǐng)域,政府亦可出臺財政激勵政策,以降低CCUS相關(guān)優(yōu)勢行業(yè)的運營成本,從而帶動產(chǎn)業(yè)集群化發(fā)展,促進商業(yè)化正循環(huán)。
◎ 其次,鋼鐵行業(yè)需加強創(chuàng)新研發(fā)力度,積極推動CCUS技術(shù)的商業(yè)化。鋼鐵企業(yè)可探索將二氧化碳用于自身產(chǎn)品優(yōu)化,如包鋼的碳化法鋼渣綜合利用等。同時,鋼鐵企業(yè)也可關(guān)注跨行業(yè)應(yīng)用,包括合成氣體與化學(xué)品生產(chǎn)、建筑材料等領(lǐng)域。在能源領(lǐng)域,鋼鐵行業(yè)可與氫能產(chǎn)業(yè)聯(lián)動,生產(chǎn)綠色甲醇或合成天然氣等,為交通、化工等行業(yè)提供清潔能源。在建筑領(lǐng)域,二氧化碳可作為碳源用于建筑材料,通過二氧化碳礦化技術(shù)提升建筑材料的強度和耐用性。此外,鋼鐵行業(yè)也應(yīng)積極推動碳利用技術(shù)的規(guī)模化應(yīng)用,降低成本并提高技術(shù)成熟度。
◎ 第三,鋼鐵企業(yè)自身應(yīng)當(dāng)提前規(guī)劃脫碳投資路徑,以避免碳鎖定。CCUS技術(shù)尚未成熟,目前捕集效率較低,因此鋼鐵企業(yè)需要提前布局,才能在短中長期分步實現(xiàn)降碳。短期內(nèi),鋼鐵企業(yè)應(yīng)當(dāng)根據(jù)轉(zhuǎn)型目錄盡快提升能效,并優(yōu)化生產(chǎn)工藝以減少碳排放。中長期內(nèi),鋼鐵企業(yè)應(yīng)當(dāng)提前投資建造氫基還原鐵工藝的相關(guān)設(shè)施,加大廢鋼采購與再利用,同時兼顧CCUS技術(shù)的開發(fā)與落地。更重要的,在降碳路徑明晰情況下,鋼鐵企業(yè)必須把握當(dāng)前的降碳窗口期,盡快設(shè)定短中長期降碳目標(biāo)與相應(yīng)的投資規(guī)劃,并切實推動脫碳進程。
總結(jié)而言,鋼鐵行業(yè)應(yīng)當(dāng)把握低碳經(jīng)濟的發(fā)展機遇,探索CCUS技術(shù)的商業(yè)化應(yīng)用模式。尤其,在我國供給側(cè)改革的背景下,鋼鐵企業(yè)應(yīng)當(dāng)通過低碳轉(zhuǎn)型與優(yōu)化產(chǎn)能來實現(xiàn)提質(zhì)增效的發(fā)展目標(biāo),提升市場競爭力,更應(yīng)當(dāng)通過多方協(xié)同和持續(xù)創(chuàng)新,來實現(xiàn)碳中和目標(biāo)。
邱慈觀是美國賓夕法尼亞大學(xué)沃頓商學(xué)院金融學(xué)博士,現(xiàn)任上海交通大學(xué)上海高級金融學(xué)院教授、可持續(xù)金融學(xué)科發(fā)展專項基金學(xué)術(shù)主任,李小千是專項基金研究專員。
(本文轉(zhuǎn)載自上海高級金融學(xué)院FMBA ,如有侵權(quán)請電話聯(lián)系13810995524)
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