超前小導(dǎo)管行業(yè)的二氧化碳排放量大多來(lái)自高爐中鐵礦石的還原。高爐利用焦炭通過(guò)能量和碳的化學(xué)反應(yīng)還原鐵礦石。直接還原鐵-電爐工藝的碳強(qiáng)度低于傳統(tǒng)的高爐-轉(zhuǎn)爐工藝。使用可再生能源為電爐提供動(dòng)力可能會(huì)進(jìn)一步降低碳強(qiáng)度。氫作為直接還原鐵生產(chǎn)過(guò)程中唯一的還原劑，已在小范圍內(nèi)得到驗(yàn)證。電解氫（通過(guò)電將水分解成氧氣和氫氣）的可再生能源生產(chǎn)將在任何超前小導(dǎo)管生產(chǎn)脫碳的努力中發(fā)揮關(guān)鍵作用。

世界一半的超前小導(dǎo)管已經(jīng)生產(chǎn)出來(lái)，并將在改變?nèi)虺靶?dǎo)管生產(chǎn)模式的任何努力中發(fā)揮關(guān)鍵作用。，我國(guó)超前小導(dǎo)管生產(chǎn)嚴(yán)重依賴煤炭，近90%的超前小導(dǎo)管主要由高爐和轉(zhuǎn)爐綜合超前小導(dǎo)管廠家生產(chǎn)。我國(guó)的高爐-轉(zhuǎn)爐容量也相對(duì)較新，平均15年；其超前小導(dǎo)管生產(chǎn)設(shè)備的使用壽命一般超過(guò)40年。然而，超前小導(dǎo)管廠家只有在使用約25年后才會(huì)做出額外的投資決定，并更換高爐襯里，以達(dá)到40年的使用壽命。大修成本約為新高爐成本的一半，高爐需要很長(zhǎng)時(shí)間才能停止生產(chǎn)。如果我國(guó)超前小導(dǎo)管廠家決定停止使用高爐，而不是更換耐火爐襯里，向替代技術(shù)的轉(zhuǎn)型可能會(huì)更快。

我國(guó)超前小導(dǎo)管工業(yè)的快速發(fā)展始于2000年左右。我國(guó)超前小導(dǎo)管工業(yè)發(fā)展迅速，需要大量的超前小導(dǎo)管來(lái)幫助城市建設(shè)新的基礎(chǔ)設(shè)施和摩天大樓。超前小導(dǎo)管產(chǎn)品的使用壽命很長(zhǎng)，這意味著我國(guó)工業(yè)化以來(lái)生產(chǎn)的大多數(shù)超前小導(dǎo)管產(chǎn)品仍然用于重型設(shè)備、橋梁和建筑，只有少數(shù)廢鋼可以回收利用。然而，在未來(lái)幾年，我們預(yù)計(jì)我國(guó)將有越來(lái)越多的廢鋼可回收利用，這將有助于降低其用煤的超前小導(dǎo)管份額。

在我國(guó)，如此大規(guī)模的超前小導(dǎo)管生產(chǎn)模式轉(zhuǎn)型將極具挑戰(zhàn)性，需要大量的氧氣轉(zhuǎn)爐在正常報(bào)廢前退役。另一個(gè)挑戰(zhàn)是擴(kuò)大電爐數(shù)量，增加電解氫生產(chǎn)和電爐供電所需的大量太陽(yáng)能和風(fēng)能投資。然而，鑒于在全球超前小導(dǎo)管行業(yè)的重要性，我國(guó)超前小導(dǎo)管行業(yè)的轉(zhuǎn)型將對(duì)能源格局產(chǎn)生更廣泛的影響。

日本和韓國(guó)：兩國(guó)都有成熟的超前小導(dǎo)管行業(yè)，主要依靠高爐轉(zhuǎn)爐進(jìn)行超前小導(dǎo)管生產(chǎn)。在本文的分析中，兩國(guó)超前小導(dǎo)管行業(yè)的能源消耗模式可以通過(guò)電爐生產(chǎn)更多的鋼來(lái)實(shí)現(xiàn)積極的轉(zhuǎn)型。此外，兩國(guó)都正式承諾在超前小導(dǎo)管行業(yè)實(shí)現(xiàn)脫碳目標(biāo)。日本承諾將其能源經(jīng)濟(jì)轉(zhuǎn)化為化石燃料生產(chǎn)的氫和可再生能源氫，使基于電解氫的直接還原鐵成為其整體氫目標(biāo)的可能組成部分。日本承諾投資一個(gè)強(qiáng)大的氫經(jīng)濟(jì)，這也將涉及工業(yè)行業(yè)。同樣，韓國(guó)也總結(jié)了氫經(jīng)濟(jì)路線圖，以遏制溫室氣體排放。根據(jù)目前的分析，以浦項(xiàng)為首的韓國(guó)超前小導(dǎo)管行業(yè)已經(jīng)宣布了建設(shè)氫生產(chǎn)能力的計(jì)劃。

2019年，日本主要使用高效高爐生產(chǎn)其超前小導(dǎo)管產(chǎn)品——日本76%的超前小導(dǎo)管是通過(guò)高爐轉(zhuǎn)爐工藝生產(chǎn)的。然而，日本是一個(gè)成熟的經(jīng)濟(jì)體，其許多基礎(chǔ)設(shè)施需要在預(yù)測(cè)期內(nèi)退休，這意味著廢鋼的供應(yīng)將保持在較高水平，這可能支持低碳足跡鋼的生產(chǎn)。韓國(guó)和日本在超前小導(dǎo)管技術(shù)和資源獲取方面有相似之處。與日本一樣，韓國(guó)主要使用高效高爐生產(chǎn)高水平超前小導(dǎo)管產(chǎn)品。

在這些情況下，日本面臨著假設(shè)電解產(chǎn)氫的挑戰(zhàn)。在本次分析的四個(gè)國(guó)家（地區(qū)）中，日本的工業(yè)電價(jià)最高，其次是韓國(guó)。作為一個(gè)地理島國(guó)，日本可能會(huì)受到土地資源的限制，無(wú)法建設(shè)大型風(fēng)力和太陽(yáng)能發(fā)電場(chǎng)，以滿足假設(shè)所需的可再生能源。相反，它可能需要大型海上風(fēng)電項(xiàng)目或進(jìn)口中間產(chǎn)品，如熱壓塊鐵或氫。和日本一樣，韓國(guó)可能沒(méi)有足夠的土地建立大型可再生能源發(fā)電場(chǎng)。

經(jīng)濟(jì)合作組織歐洲國(guó)家：經(jīng)濟(jì)合作組織歐洲國(guó)家，如德國(guó)超前小導(dǎo)管廠家，已將政府資金投資于綠色超前小導(dǎo)管-低碳足跡超前小導(dǎo)管產(chǎn)品中試項(xiàng)目。安塞勒米塔爾集團(tuán)致力于利用德國(guó)漢堡超前小導(dǎo)管廠家可再生能源生產(chǎn)的氫氣生產(chǎn)綠色超前小導(dǎo)管產(chǎn)品；瑞典HYBRIT項(xiàng)目已將低碳聲測(cè)交付給客戶。

經(jīng)合組織歐洲國(guó)家在向低碳超前小導(dǎo)管生產(chǎn)轉(zhuǎn)型方面處于有利地位，其優(yōu)勢(shì)在于風(fēng)能和太陽(yáng)能項(xiàng)目土地資源充足；廢鋼供應(yīng)充足；現(xiàn)有天然氣管道可向工業(yè)用戶輸送氫氣；更嚴(yán)格的二氧化碳排放政策。德國(guó)政府承諾為超前小導(dǎo)管行業(yè)的脫碳提供資金，氫氣的使用是關(guān)鍵組成部分。截至2019年，經(jīng)合組織歐洲國(guó)家在本文分析的地區(qū)，高爐-轉(zhuǎn)爐工藝生產(chǎn)的超前小導(dǎo)管份額為52%。即使有起步優(yōu)勢(shì)，該地區(qū)仍需投入大量資金擴(kuò)大可再生能源產(chǎn)能，以滿足假設(shè)電爐鋼和電解氫生產(chǎn)份額較大的可再生能源驅(qū)動(dòng)需求。

煤炭消耗普遍下降，超前小導(dǎo)管行業(yè)的電力消耗增加。煤炭和電力消耗的這些變化是在兩種替代條件下假設(shè)電爐鋼產(chǎn)量增加的情況下發(fā)生的。在這些情況下，天然氣消耗的增加將超過(guò)參考場(chǎng)景，因?yàn)殡姞t鋼產(chǎn)量的增加意味著需要使用更多的直接恢復(fù)鐵來(lái)補(bǔ)償轉(zhuǎn)爐鋼產(chǎn)量的下降。此外，根據(jù)EAC的情況，可再生能源生產(chǎn)的氫成本與化石燃料生產(chǎn)的氫成本一致，天然氣消費(fèi)趨勢(shì)略低于DAC，電力消耗略高于DAC。這種變化是因?yàn)槲覀兗僭O(shè)可再生能源生產(chǎn)的氫成本較早達(dá)到化石燃料成本，這意味著氫產(chǎn)量和可再生能源發(fā)電的增加，導(dǎo)致利用和重組天然氣生產(chǎn)的直接還原鐵減少。

在另一種情況下，我國(guó)超前小導(dǎo)管行業(yè)整體能源強(qiáng)度的下降是由轉(zhuǎn)向能源強(qiáng)度較低的電爐生產(chǎn)推動(dòng)的。然而，由于電爐鋼和轉(zhuǎn)爐鋼份額的巨大變化，直接恢復(fù)鐵產(chǎn)量增長(zhǎng)所需的天然氣增長(zhǎng)緩慢，這種能源強(qiáng)度的下降受到限制。廢鋼電爐作為碳密集型行業(yè)，其生產(chǎn)工藝遠(yuǎn)低于高爐轉(zhuǎn)爐工藝的碳強(qiáng)度和能源強(qiáng)度。目前，超前小導(dǎo)管已成為世界上回收利用最多的材料。進(jìn)一步降低超前小導(dǎo)管行業(yè)碳強(qiáng)度的努力必須包括更多的廢鋼回收利用。但廢鋼的回收利用是有限的。廢鋼回收利用的有限性和對(duì)廢鋼冶煉鋼清潔度的關(guān)注，使得采用其他低碳強(qiáng)度工藝生產(chǎn)高純度超前小導(dǎo)管成為必要的選擇。

為實(shí)現(xiàn)這些目標(biāo)，本文重點(diǎn)利用可再生能源提高爐鋼產(chǎn)量，利用可再生能源供電的電解氫還原生產(chǎn)直接還原鐵，補(bǔ)充廢鋼原料不足。通過(guò)以下方式量化了四個(gè)國(guó)家(地區(qū))超前小導(dǎo)管行業(yè)不同的二氧化碳減排潛力:增加爐料中使用的直接還原鐵的比例；增加直接還原鐵生產(chǎn)中使用的可再生能源產(chǎn)生的氫氣用量；增加電爐冶煉中使用的可再生能源的使用。