环境学院戴瀚程团队与合作者揭示中国钢铁行业区域差异化近零排放路径
发布时间: 2026-08-31 09:38:59
中国钢铁行业是全球工业深度脱碳的重中之重。2022年，我国钢铁部门二氧化碳排放量约18亿吨，占全球钢铁总排放的54%，约占全国工业排放的25%。在“双碳”目标引领下，我国钢铁产业同时面临区域资源禀赋分化明显、生产设施基础条件差异大的现实约束，如何为国内数百家钢铁企业厘清技术经济可行的近零排放转型路径，是当前亟需回应的关键科学与政策命题。
针对上述现实挑战，北京大学环境科学与工程学院戴瀚程长聘副教授课题组与生态环境部减污降碳协同治理重点实验室严刚研究员团队、生态环境部环境规划院碳达峰碳中和研究中心、华南理工大学等多家单位开展协同研究。研究将自主研发的IMED综合评估模型，与精细化工厂级排放数据、地理空间资源匹配分析相耦合，搭建起兼顾技术内生演化与产业空间布局的联合优化分析框架。依托覆盖全国98%钢铁产能的厂级排放清单，结合各区域资源禀赋约束，本研究首次从工厂级微观尺度，系统识别出废钢供给、绿氢供给、碳捕获与封存（CCS）等多重资源约束条件下，我国钢铁行业的差异化近零排放转型路径。
这也是课题组继2026年7月于《焦耳》（Joule）发表研究，提示依托内生技术学习效应，加速脱碳可通过“干中学”实现长期系统成本下降约8%之后，基于IMED模型结合精细化厂级数据，围绕钢铁行业低碳技术空间布局开展的又一项研究成果。
研究团队构建了覆盖全国755家钢铁企业的工厂级碳排放数据库，对应总粗钢产能约10.28亿吨。数据显示，高炉-转炉长流程仍是我国钢铁生产的绝对主体，粗钢产量占比接近九成；电弧炉短流程占比仅一成左右，显著低于29.1%的全球平均水平，充分反映出国内钢铁产业对高碳生产工艺的高度依赖。
更为关键的是，全国35%的高炉服役年限处于10—15年这一关键阶段。这批高炉尚未到达自然退役周期，如果错失时机、未能及时开展低碳化改造，将在未来数十年形成顽固的碳锁定效应，持续推高行业转型成本。
从空间维度看，钢铁行业碳排放呈现高度集聚特征，河北、江苏、山东、辽宁、山西五省合计贡献全国钢铁行业41%的碳排放。同时，各省烧结、炼铁核心工序的碳强度存在明显差距。这也印证，全国统一“一刀切”的脱碳技术方案并不适配我国钢铁行业现实，亟需立足地方禀赋，制定分区域、差异化的转型路径。
图1. 2022年中国BF-BOF和EAF路线的CO2排放与钢铁产量空间分布
依托IMED|TEC模型开展情景模拟分析表明，在近零排放情景（NZS）下，我国钢铁行业到2060年可实现97%的深度碳减排。该目标的达成有赖于多元低碳技术协同部署：氢冶金工艺占比提升至34.6%，废钢-电弧炉短流程占比达到53.3%，而CCS的应用占比控制在12.1%，避免对末端治理技术的过度依赖。
相较于常规情景（BAU），该近零排放路径可使2022—2060年累计系统成本下降约2.18万亿美元（按2020年不变价折算约15.1万亿元人民币，涵盖设备购置、能源消耗、原料投入等全链条成本）；但转型过程中也将产生约4360亿美元（约合3万亿元人民币）的搁浅资产，体现出产业转型伴随的现实代价。
从时间节奏来看，2040年前是高炉低碳改造的核心战略窗口期。研究测算，约140家高炉设施需要在此期间完成退役；对于辽宁（高炉平均炉龄17.5年）、贵州（高炉平均炉龄43.9年）等地区的中高龄高炉，应当尽早做出改造或退役的决策安排。2040—2045年将迎来全行业改造集中落地阶段，47%的中等规模产能将在此窗口期完成低碳技术替代；至2060年，钢铁行业残余碳排放可压缩至65MtCO2左右。
图2. 国家层面钢铁技术路径（资源约束反馈后）
研究进一步将国家级脱碳技术路径下沉至区域尺度，通过耦合空间资源约束与钢铁生产设施的厂级异质性，在厂级特征基础上，构建并优化面向区域的钢铁近零排放转型路径。研究结合废钢供给潜力、绿氢产出条件、二氧化碳地质封存能力的空间可达性分析，提炼出七类适配地方禀赋的差异化技术部署模式，刻画出钢铁低碳转型的空间格局。
沿海地区：优先规模化推广电炉炼钢。电弧炉短流程炼钢是支撑全国钢铁行业脱碳的基础脱碳技术路线。沿海区域废钢供给条件优越，同时集聚大量下游制造业，废钢回收渠道通畅，具备电炉炼钢大规模落地的先天优势，将成为电弧炉技术率先规模化应用的重点区域。
北方及西北、华南沿海：因地制宜布局氢冶金。北方与华南沿海拥有较好的可再生能源基础，为氢基直接还原铁工艺落地提供能源保障。其中华南沿海预计2040年前氢冶金占比可达15%—23%；西北地区坐拥充沛风光资源，绿氢生产成本优势突出，将成为我国氢冶金产业的核心承载区。
中部内陆地区：依托地质禀赋以CCS作为关键减排抓手。内陆省份集聚了全国近46%的碳捕获潜力。以山西、陕西、河南为代表的鄂尔多斯盆地周边核心区域，二氧化碳地质封存条件得天独厚，区域CCS技术渗透率可达56%；至2060年该区域碳捕获规模可达534MtCO₂，助力本地钢铁行业碳强度下降58%。整体来看，中部地区碳捕获潜力合计占到全国总规模的65%，是 CCS技术落地的核心阵地。
转型带动钢铁产能空间格局重构。低碳转型也将重塑国内钢铁产能的地域分布。北方、东部传统钢铁产业基地，钢铁产能相较2022年预计缩减47%—54%；与之相对，西北地区产能将提升55%。整体上，钢铁生产重心呈现向可再生能源、关键低碳资源富集区域迁移的显著特征。
图3. 资源约束下的区域钢铁技术路径
该成果于2026年8月21日在线发表于《自然》（Nature）旗下综合性学术期刊《自然·通讯》（Nature Communications），论文题目为“Navigating regional zero-carbon steel pathways in China by aligning spatial resource constraints with facility heterogeneity”。
华南理工大学环境与能源学院博士生严妍、北京大学环境科学与工程学院博士生刘心远为论文共同第一作者；严刚、戴瀚程为论文共同通讯作者。本研究联合生态环境部环境规划院、香港城市大学、中国石油大学（北京）及华北电力大学等多家单位共同完成。研究得到国家自然科学基金、国家科技重大专项、科技部国家重点研发计划等项目资助。
相关链接：戴瀚程课题组与合作者发文揭示中国工业加速脱碳的经济与气候双重收益
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