划重点
01钢铁行业是我国碳排放大户，实现碳中和目标需脱碳，其中CCUS技术具有关键作用。
02然而，CCUS技术面临成本高、盈利点不明、捕集率偏低等问题，阻碍钢铁企业参与意愿。
03国际能源署预计2050年全球制铁工艺配备CCUS技术的比例将高达37%。
04为此，我国可借鉴国际经验，政府加大支持力度，钢铁行业加强创新研发力度，提前规划脱碳投资路径。
05同时，钢铁企业应把握低碳经济发展机遇，探索CCUS技术的商业化应用模式。
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钢铁行业是我国的碳排放大户，排放量占全国总量的15%，仅次于电力行业，故其脱碳对实现碳中和目标至关重要。研究表明，钢铁行业的中长期脱碳路径主要有三，分别是氢基直接还原铁-电弧炉（DRI-EAF）工艺、废钢-电弧炉（scrap-EAF）工艺，以及碳捕集、利用与封存（CCUS）技术。由于前两种工艺都未能使钢铁行业完全脱碳，故国际能源署预计2050年时全球制铁工艺配备CCUS技术的比例将高达37%，可见其重要性。
然而，想要完成预期的脱碳目标，三种路径都须通过商业化的关卡，尤其是CCUS技术，有成本高、盈利点不明、捕集率偏低等问题，阻碍了钢铁企业的参与意愿。另外，我国在CCUS技术上起步较晚，面对严峻的商业化挑战，使原本盈利困难的钢铁企业更加裹足不前。
因此，了解该技术的发展进度、全球应用情况及实践难点，将有利于钢铁企业及其相关方展开评估，以推进碳中和目标的实现。有鉴于此，本文讨论钢铁行业CCUS技术的经济效益、实践案例与推广挑战，并探索中国钢铁行业发展CCUS技术的未来方向，以共谋出路。
2024年11月18日，江苏省南通，中天钢铁集团（南通）有限公司绿色精品钢炼钢车间。
CCUS技术的经济效益
CCUS技术可分为二氧化碳的捕集、输送、利用与封存三个步骤。各行业对CCUS技术的应用不同，但普遍面临成本高昂、盈利不足、降碳效果不符预期等挑战。
从成本看，碳捕集环节的成本最高，约占整个流程的75%，同时技术风险也最高。现有的碳捕集技术有点源捕集与从空气中直接捕集两种，前者技术较为成熟，后者处于开发早期。点源捕集主要针对工业排放源，包括化工厂、天然气加工厂等高浓度排放源，以及钢铁厂、水泥厂等低浓度排放源。由于排放源浓度、排放点源数量与排放设施的差异，碳捕集的技术方案与设施配置需要相应调整，导致相关项目常须定制化设计，从而提高了规模化复制的难度。事实上，根据不同排放源情况，碳捕集成本的浮动区间也较大，通常捕集一吨二氧化碳的成本在10至342美元之间，而钢铁行业的成本在40至124美元之间。
从收入看，钢铁企业从CCUS中获得的直接收入主要来自碳利用。二氧化碳可用于地质驱油（Enhanced Oil Recovery，EOR），以提升石油采收率，另可用于燃料、化学品、建筑材料等产品制造，故钢铁企业可将二氧化碳售予这些行业，以抵消碳捕集的部分成本。只是，几种应用方案中，目前仅EOR可大规模商业化运营，其他则否。相比之下，碳封存的盈利性更糟，该环节下的二氧化碳是被注入到咸水层或枯竭油气田中，因而并无直接收入。
放眼未来，CCUS技术的后续成本可能会随着碳捕集技术的发展而降低，但碳利用的收入不确定性却不容忽视，会随着石油等产品价格的波动而上下起伏。不言而喻，经济效益问题阻碍了钢铁行业对CCUS项目的采纳，以致目前全球仅六个商业化运营项目，其中一个在阿联酋，一个在中国，三个在美国，一个在日本。表1详列这些项目的相关企业名称、生产工艺、运营日期、碳捕集量、捕获的二氧化碳是利用（CCU）或封存（CCS），以及外部资金支持形式。
由于CCUS项目的经济效益问题，企业进行评估时，会将外部资金支持列为重要考虑因素。以下针对表1中两个信息相对充分的商业化运营项目展开说明。
Al Reyadah项目：脱碳决心与政府资助
Al Reyadah是阿联酋的CCUS项目，位于阿布扎比南部，每年为阿联酋钢铁厂捕集80万吨二氧化碳。项目由阿布扎比的大型油企发起，得益于政府的脱碳决心与资金支持，它不仅是钢铁行业首个CCUS项目，也是全球首个商业化运营的CCUS项目。
阿联酋是石油与天然气大国，其油气资源主要来自酋长国之一的阿布扎比。阿联酋是《京都议定书》的签订方之一，从2006年开始发展可再生能源，并由阿布扎比石油公司（ADNOC）推动创立阿布扎比未来能源公司（Masdar）。2008年，阿布扎比政府发布《2030年经济愿景》，明确发展多元化能源与相关的脱碳战略，同时启动碳捕集与EOR技术研究，以位置靠近ADNOC油田的阿联酋钢铁公司作为首个碳捕集对象。2009至2011年，ADNOC与Masdar合作完成将二氧化碳注入ADNOC油田的试点研究，而ADNOC也获得政府百亿美元的脱碳资助。2012年两家国企联合成立CCUS技术公司，以阿拉伯语“领导”之意将其命名为Al Reyadah。
Al Reyadah项目的设施总造价1.22亿美元，于2016年启动运营，目标有二，一是帮助钢铁企业降低碳排放，二是减少注入油田的天然气消耗与进口。从结果上看，第二个目标已顺利实现。随着阿布扎比的经济发展，天然气的需求量日益增加，故当以二氧化碳或氮气取代天然气来进行地质驱油时，则天然气可被用于更具经济价值的领域。Al Reyadah项目落地后，每年阿布扎比可捕集80万吨二氧化碳来取代1.5亿立方英尺的天然气，释放数十亿美元价值。
但第一个目标的进展却未如人意。目前Al Reyadah项目的总体碳捕集率大概是25%，无法成为阿联酋钢铁的主要脱碳手段。原因与碳捕集技术的局限有关：点源碳捕集设备只能安装于个别点源，如点源较多，则须分别部署。阿联酋钢铁的CCUS设施安装在其中一座直接还原炉上，该工厂的其他排放点源包括三座钢铁生产设施和五座轧钢厂，而点源全覆盖的成本甚为巨大。当将本案面临的局限扩及整体钢铁行业时，由于大部分钢铁企业仍采用传统的高炉工艺，涉及的排放点源会比直接还原铁工艺更多，因而必要的设备投入也更庞大。
面对捕集效率低、成本高昂的挑战，目前阿联酋钢铁并没有进一步扩大CCUS实施范围的规划。同时，今年阿联酋钢铁启动了中东第一个绿色氢炼铁项目，表明将优先发展“氢基还原铁”技术以实现脱碳。不过，在政府资助下，阿布扎比仍在发展CCUS技术，去年ADNOC与美国西方石油公司合作推进从空气中直接捕集技术，就是为了探索新的碳捕集方式。
Denbury：资源优势与财税支持
Denbury是一家专注于CCUS技术服务的美国能源公司，拥有全美最大的二氧化碳运输管道网络。该公司至今收支尚未平衡，但预计2026年将开始盈利。CCUS公司很少能在短期内转亏为盈，Denbury实属例外，得益于美国优厚的自然资源优势和政府的长期财税支持。
在自然资源方面，美国拥有丰富的天然二氧化碳源场，是世界上唯一能实现天然二氧化碳商业化钻探的国家。二氧化碳天然源场主要位于美国西南部的油田内，钻探时可采用与石油和天然气钻探类似的设备，每吨的开采成本在10至15美元之间。美国自上世纪中叶发现二氧化碳能强化采油后，便开始发展EOR技术。1970年代，美国能源公司雪佛龙大举开发二氧化碳EOR，投入1.71亿美元，随后其他能源公司也开始发展技术并收购天然源场，形成一股热潮。目前美国EOR技术使用的二氧化碳，其中80%来自天然源场。
在政策方面，美国政府长期以财税激励政策支持CCUS技术发展。1986年美国联邦立法，首度对二氧化碳EOR项目提供税收激励，给予15%的税收抵免，适用于二氧化碳注入项目的相关成本。2008年美国又设立45Q税收抵免机制，对每吨通过EOR注入的二氧化碳抵免10美元，对每吨通过地质层封存的二氧化碳抵免20美元。2022年的《通膨削减法案》又更新了45Q税收抵免条款，加大抵免额度，对每吨被直接封存或利用的二氧化碳分别抵免85美元和60美元，以进一步推动CCUS技术发展。
受益于资源优势与财政支持，Denbury的CCUS业务快速扩张。该公司于1997年上市后，更通过一系列的收购来发展EOR业务，收购对象包括小溪油田与杰克逊二氧化碳天然源场等。Denbury于2009年开始大力投资二氧化碳管道运输网络，并随着EOR领域管道运输业务的增加而提高碳捕集技术投资，为更多工业排放源企业服务。至去年为止，Denbury已拥有超过1300英里的二氧化碳管道，并对捕集的430万吨工业二氧化碳展开运输、注入和封存。
去年Denbury被埃克森美孚收购，后者与美国Nucor钢铁公司签订一个CCS协议，为其提供二氧化碳运输与存储服务。Nucor计划于2026年启动美国第一个钢铁行业的CCUS项目，项目已获美国能源部的资助，预计每年可捕集80万吨二氧化碳。
前景展望与建议
CCUS技术的资金投入大、捕集效率低，近几年备受质疑。然而，国际能源署一直将CCUS列为能帮助钢铁行业实现碳中和的重要技术之一。因此，在钢铁行业推动CCUS技术的商业化方面，我国可借鉴国际经验，扬长避短，发掘适合我国国情的道路。以下是三点建议。
首先，政府需加大支持力度，推动CCUS技术优势行业率先发展。目前我国CCUS技术处于发展初期，面临技术创新、成本控制和商业化应用的多重挑战，故企业亟须通过政府支持来降低投资风险。特别是，拟使用CCUS技术的钢铁企业必将面临较高的研发与部署成本，需要承担较高的资本支出，而政府的专项资金支持则能产生驱动作用。同时，对于EOR等较为成熟的二氧化碳利用领域，政府亦可出台财政激励政策，以降低CCUS相关优势行业的运营成本，从而带动产业集群化发展，促进商业化正循环。
其次，钢铁行业需加强创新研发力度，积极推动CCUS技术的商业化。钢铁企业可探索将二氧化碳用于自身产品优化，如包钢的碳化法钢渣综合利用等。同时，钢铁企业也可关注跨行业应用，包括合成气体与化学品生产、建筑材料等领域。在能源领域，钢铁行业可与氢能产业联动，生产绿色甲醇或合成天然气等，为交通、化工等行业提供清洁能源。在建筑领域，二氧化碳可作为碳源用于建筑材料，通过二氧化碳矿化技术提升建筑材料的强度和耐用性。此外，钢铁行业也应积极推动碳利用技术的规模化应用，降低成本并提高技术成熟度。
第三，钢铁企业自身应当提前规划脱碳投资路径，以避免碳锁定。CCUS技术尚未成熟，目前捕集效率较低，因此钢铁企业需要提前布局，才能在短中长期分步实现降碳。短期内，钢铁企业应当根据转型目录尽快提升能效，并优化生产工艺以减少碳排放。中长期内，钢铁企业应当提前投资建造氢基还原铁工艺的相关设施，加大废钢采购与再利用，同时兼顾CCUS技术的开发与落地。更重要的，在降碳路径明晰情况下，钢铁企业必须把握当前的降碳窗口期，尽快设定短中长期降碳目标与相应的投资规划，并切实推动脱碳进程。
总结而言，钢铁行业应当把握低碳经济的发展机遇，探索CCUS技术的商业化应用模式。尤其，在我国供给侧改革的背景下，钢铁企业应当通过低碳转型与优化产能来实现提质增效的发展目标，提升市场竞争力，更应当通过多方协同和持续创新，来实现碳中和目标。
[邱慈观是美国宾夕法尼亚大学沃顿商学院金融学博士，现任上海交通大学上海高级金融学院教授、可持续金融学科发展专项基金学术主任，李小千是专项基金研究专员。]