邱慈观专栏｜钢铁绿色转型——方向明确，成本高昂，亟待助力

钢铁行业对我国至关重要。中国是全球最大的钢铁生产国，占比54%。中国也是全球最大的钢铁消费国，占比52%。钢铁是我国GDP的重要组成，为基础设施、建筑、机械与汽车等行业提供原材料。同时，钢铁是碳排放大户，占全国总排放量的15%，仅次于电力行业。

不言可喻，钢铁减排在应对气候变化问题上举足轻重。

依据研究，为实现碳中和目标，钢铁行业必须在材料、能源效率与生产技术上转型。其中，以电弧炉工艺取代传统的“高炉―转炉”工艺、以氢气取代煤炭作为炼铁的还原剂等，都是可行的科学转型路径。然而，低碳转型有赖新技术的开发、新设备的建造以及旧设备的升级，其中涉及庞大的资金投入。

在“双碳”目标驱动下，我国钢铁行业正向绿色低碳转型推进。不过，纵使转型方向明确，路径清晰，但路途艰辛，荆棘满布，技术不确定性高，资金压力巨大。面对于此，钢铁企业既需低碳转型，也需降低风险、维持盈利，其间须经多方历练，才能获得平衡。

有鉴于此，本文解析钢铁转型的变革进程与资金障碍，进而从企业、政府与金融等视角，表明助力的必要性。唯有在多方助力共同驱动下，钢铁行业才能顺利迈向碳中和目标。

钢铁冶炼流程

钢铁制造流程很长，技术转型是指其中钢铁冶炼工艺的转型。钢铁冶炼流程如图1所示，包括前端的材料处理、后端的材料加工，以及本文所聚焦的炼铁和炼钢。

炼铁流程主要是指铁矿石与还原剂反应，生成铁水或铁块的过程，并须根据还原剂来配置相应设施。例如，传统工艺以煤炭为还原剂，需要高温才能反应，因而须在耐高温的高炉中进行。对比之下，低碳工艺以氢气为还原剂，故可配置低能耗的氢基竖炉。炼钢流程涉及通过铁的氧化还原反应去除杂质，以制成高质量钢材。在此，由于不同工艺能耗需求不同，配置设施随之不同。传统工艺以高炉内制成的高温铁水作为原料，仅需在转炉中添加氧气来制成钢材。对比之下，低碳工艺以温度较低的废钢或氢气还原铁作为原料，因而须在电弧炉中通过电力加热，才可氧化制成钢材。

图1 钢铁冶炼流程图

转型路径：方向明确

依据美国劳伦斯伯克利国家实验室的研究，钢铁技术转型的主要路径有三，分别是材料循环利用、提升资源使用效率，以及开发碳中和技术。

·材料循环利用和钢铁的生产工艺有关。生产工艺可分为长流程与短流程两种，长流程是传统技术，短流程是先进技术，而当原材料被循环利用时，则可降低生产流程中的碳排放。

长流程采用“高炉―转炉”工艺，其中的高炉和炼铁工艺有关，转炉和炼钢工艺有关。特别是，铁矿石与焦炭必须先在高炉中发生反应形成液态铁，其后在转炉中经由氧化去除杂质，最终形成钢材。高炉工艺中，煤炭既是还原剂又是主要热源，提供了钢铁冶炼能源需求的75%。因此，降低高炉环节的碳排放无疑是降碳技术路径的核心。

短流程涉及材料的循环利用，主要通过“废钢―电弧炉”工艺来增加钢材的循环再利用。由于流程中减少了高炉炼铁步骤，改以电弧炉作为能源，故其碳排放远低于“长流程”工艺。表1为两种流程的比较。长流程的主要材料为铁矿石和原煤，以煤炭为能源，而短流程的主要材料为废钢和铁水，以电力为能源。依据美国哥伦比亚大学国际公共事务学院，生产一吨粗钢，长流程的碳排放为2.2吨，短流程仅0.8吨，是长流程的36%。

表1 “长流程”与“短流程”的碳排放比较

·资源使用效率提升包括材料与能源两方面。材料效率提升涉及改变终端钢铁产品的设计与使用，如通过优化建筑与汽车的设计来减少钢材使用量等。对于钢铁企业，终端需求并不可控，更直接的方式是提高能源效率，如余能余热回收再利用等。但美国劳伦斯伯克利国家实验室的研究指出，资源效率的提升至多只能降低钢铁生产15%的碳排放，彻底脱碳必须依赖其他手段。

·从长期看，钢铁行业只有通过碳中和技术才能实现净零排放。国际上已开发出两项碳中和技术，分别是“氢气直接还原铁―电弧炉”工艺，以及在传统的“高炉―转炉”工艺中结合碳捕集技术。第一种技术是在冶炼过程中以氢气作为还原剂，并在电弧炉中转化为钢材。由于氢气冶铁的能耗较低，相比“高炉―转炉”工艺，这种技术可减少的碳排放高达75%，故被视为钢铁行业脱碳的首选方法。第二种技术是通过碳捕集方法来捕捉“高炉―转炉”工艺中的碳排放，并将二氧化碳存或储于地下或用于生产其他产品。但这项技术仍处于开发阶段，面临的难题不少，包括寻找公众可接受的合适地质储存点，以及如何以安全有效方式运输二氧化碳。

综上所言，钢铁转型路径明晰，主要为材料循环利用、资源使用效率提升以及碳中和技术开发。不过，路径明晰是指方向清楚，却并不代表其具体落实性。特别是，前两种路径相对容易实现，可在短期内帮助钢铁企业降碳；第三种路径却面对挑战，涉及技术研发、工厂试验以及可再生能源使用，必须经过长期努力才可实现。

转型投资：金额巨大

我国钢铁企业已陆续启动短期转型路径，包括余能余热回收再利用等，但对长期路径不免望而却步，理由和资金投入有关。依据清华大学气候变化与可持续发展研究院，中国为实现长期低碳转型目标，工业新增投资约需人民币7.2万亿元，对钢铁企业形成巨大挑战。

钢铁转型所需资金主要由资本支出和运营支出两部分形成。资本支出涵盖新生产设施的建造、现有设施的改造升级，以及新技术设备的购买。运营支出涵盖日常生产运营成本，涉及能源和原材料的投入等。

在资本支出方面，短期的节能降耗可通过改造现有设备来实现，但长期的碳中和技术则有赖新建生产设施。特别是，当一家钢企拟将传统工艺转换为“氢气直接还原铁―电弧炉”工艺时，则它不仅要建造氢基竖炉用于氢气冶铁，可能还要建造电弧炉来炼钢，从而涉及高昂的建设投资。这情况就发生于宝钢。依据其气候行动报告，2021年它对氢基竖炉投资18.9亿元，每年可生产100万吨海绵铁，仅占其年产量的2%。以此推算，如果宝钢的全部产能都通过“氢基竖炉―电弧炉”工艺来达成，则须投入资金945亿元，几为宝钢去年净利润的8倍。

值得注意的是，上述投资并未包括制备绿氢的间接投资。德国经济研究院的测算表明，如果欧洲前七大钢铁公司拟将其在欧洲境内生产粗钢的30%转型为“氢气还原铁―电弧炉”工艺，则包含制氢设备在内，各公司平均须投资17亿至29亿欧元，相当其过去20年平均年投资额的1.2倍到2倍。如果七家钢企拟将其全球粗钢产量的30%进一步转型为绿色钢铁，则各公司平均须投资247亿至412亿欧元，相当其历史年均资本支出的3.3倍到5.4倍。

在运营支出方面，钢铁企业面临高昂的能源成本。就短期而言，如果钢铁企业采用“废钢―电弧炉”工艺，则须面对用电量大增问题。依据落基山研究所的测算，电弧炉的电费成本约比转炉炼钢高出人民币180元/吨钢。此时如果使用绿电，电费成本可能会更高。就长期而言，如果钢铁企业采用“氢气还原铁―电弧炉”工艺，则须在原本高昂的电费基础上，再叠加氢气的制备成本。以宝钢为例，当使用“灰氢直接还原铁―电弧炉”工艺时，每吨钢材生产成本会增加1000元。如果进一步利用绿氢直接还原铁时，生产成本将更加升高。

目前我国80%以上的氢气来自灰氢，由化石燃料制备而成。尽管与传统焦炭炼铁相比，灰氢炼铁可减少部分碳排放，但当与由可再生能源电解水制成的绿氢相比时，其碳足迹仅及灰氢的1/5。因此，长远来看，绿氢应是钢铁企业实现净零排放的更优选择。但仍须考虑现实问题，目前我国绿氢发展处于初级阶段，生产成本高达42.9元/千克，至少是灰氢成本的3倍。图2将以上信息汇整，从成本看，灰氢不及绿氢的1/3，但从碳排放量看，灰氢是绿氢的4.6倍。这两个值互成反比，表明两种制氢法对炼钢成本和碳排放形成巨大差异后果。

图2 两种制氢方式的成本与碳足迹比较

绿色转型：亟待助力

依上所言，钢铁低碳转型的方向明晰，路径清楚，但其中涉及庞大的转型投资，钢铁企业一时难以负荷。但低碳转型是必须完成的征程，企业要同时兼顾绿色和盈利，势必面临一些难解的困境。那么，哪些因素可以帮助企业更顺利步上征程、完成转型呢?

综观各种转型助力，实以企业规划、政策推动以及金融赋能最为关键。以下聚焦此三者，依次解析。

1.企业规划转型

钢铁企业应当对低碳转型进行全盘规划，其中包括低碳转型方法的规划和相应资本安排的规划，而它们会依企业脱碳路径的选择而不同。此处有两种常见典型。一种是采取颠覆式进路的新设公司，从开始就选择碳中和技术，不涉及转型问题，其规划重点在于初始资金的募集、盈利模式的探索、拓展战略的拟订、生态系统的建立等。另一种是采取渐近式进路的现存公司，面对传统制钢工艺的低碳转型问题，其规划重点在于碳中和目标的设定、短中长期脱碳战略的规划、低碳技术的采纳进程、运营支出和资本支出的合理安排等。但无论类别，钢铁公司都必须将成本、盈利和脱碳加以平衡。

现实世界里，两类公司都存在，前者如瑞典的H2绿钢公司（H2 Green Steel，“H2GS”），后者如印度的金达西南钢铁公司（“JSW Steel”），以下分别简短说明。

成立于2020年的H2GS公司，以整合绿氢生产和新的钢铁生产工艺为目标，其中涉及绿氢、电弧炉和废钢的使用，包括以可再生能源电解水生产绿氢、以氢气直接还原铁和废钢炼钢等。该公司更拟通过和价值链上下游企业的合作，搭建起一个比较完整的生态圈，以克服现阶段绿色钢铁面临的困境。

具体而言，H2GS通过多方战略规划来求取绿色和盈利之间的平衡，包括以下几点。首先是盈利模式，绿氢制钢的成本高，但某些消费者愿意支付溢价，故绿色钢铁溢价与传统钢铁碳税之间的差额就形成H2GS的盈利来源。其次是稳固订单、降低融资不确定性。H2GS通过与潜在客户签订长期承购合同来稳固订单，并以其作为银行贷款的抵押凭据来降低融资不确定性。第三是联手价值链上下游企业共建绿色钢铁生态系统，H2GS通过“三管齐下”战略将其落实于工厂选址问题上，精心挑选靠近低成本可再生能源、优质铁矿石以及获得政府支持的地点。

成立于1982年的JSW钢铁公司，显然不适用颠覆式变革，而须通过渐进式规划来兼顾成长与脱碳。如同大多数印度钢铁公司，JSW以传统工艺制备钢铁，包括以焦碳作为炼铁的还原剂，故其粗钢排放强度高达2.36 CO2/吨。JSW固然了解低碳转型的必要性，但除转型成本外，它还须面对一些印度特有限制，诸如欠缺高品质铁矿石、天然气储量不足、废钢存量少、传输基建条件差，从而必须妥善规划。

有鉴于此，JSW分别拟订了短期、中期和长期的减碳目标，为各阶段目标规划时点和路径，并在运营支出和资本支出之间采取合理安排。具体而言，第一阶段从当前到2030年，脱碳路径为采用商业上可行的解决方案，包括通过可再生能源的使用、工艺效率的提升和废钢利用率的增加来降低碳排放，以减少目前碳足迹的30%为目标。第二阶段从2030年开始，脱碳路径以采用绿氢和碳捕集等高资本支出技术为主，但因相关试点时间较长，故当下JSW已着手兴建工厂并安装系统。第三阶段在时间上没有限制，取决于颠覆式新技术的出现以及其对JSW脱碳途径带来的影响而定。

2.政策推动转型

政府应当出台推动钢铁企业低碳转型的政策，通过提供指导、建立标准、制订激励约束机制等方式，帮助缓释钢铁脱碳的难点。相关政策颇多，有的强化绿色钢铁需求，有的推动废钢收集和再利用，有的加速淘汰高炉设备、有的帮助提高能源效率、有的促进绿色技术发展，有的抵免绿色钢铁税收，成效依情况而定，以下择要说明。

首先，由于废钢量在未来短期内会明显增加，建议政府出台政策，限制厂商继续安装高炉设备，并提供措施激励企业兴建电弧炉炼钢厂加以取代。同时，建议政府出台政策，鼓励厂商加速淘汰旧高炉设备，并提供措施激励企业兴建氢基直接还原铁工厂加以取代。

其次，建议政府出台绿色钢铁的税收减免政策，以抵消厂商投资建造新设施的部分支出，弥补碳中和技术未及商业化前的成本问题，从而提高绿色钢铁竞争力。合适的税收减免方案依当地情况而定，但可参考日本政府推出的绿色转型计划，采用前高后低的阶梯式税收扣减率，并在资本投资金额、抵税上限、员工工资调整等方面设置筛选标准。

第三，建议政府为主要钢铁产品制订碳排放标准，对每单位产品的碳排放界定阀值，以释放信号，激励钢铁行业突破现有技术，加速低碳转型。

第四，建议政府出台绿色钢铁采购政策，加大市场需求，为钢铁转型创造有利环境。在此，常见作法是由政府建立绿色钢铁的采购目标，制定产品标准和标签，以激励钢铁行业转型。

第五，建议政府加速推动可再生能源的规模化发展，以影响钢铁行业长期转型的时点。研究表明，国内氢还原剂的使用取决于绿电发展，当可再生能源价格降至当前电价的1/3时，绿氢就有成本竞争力。因此，政府或可通过价格补助来降低绿氢制备成本，或可通过更严格的碳排放上限和交易系统来提高企业的碳污染成本，从而加速钢铁行业的绿色转型。

第六，建议政府为创新绿色钢铁技术的开发和规模化提供合宜的赞助补贴，以降低企业风险，促进新技术的商业化发展。不过，至今成功案例主要出现在欧洲，如瑞典的氢集成突破性炼铁技术（“HYBRIT”），亚洲案例仍有待开发。HYBRIT可生产不含化石燃料的海绵铁，其绿色示范工厂从欧盟创新基金和瑞典能源署分别获得1.43亿欧元及3亿美元的赞助，预计2035年投产后可降低瑞典10%的碳排放及芬兰7%的碳排放。

值得注意的是，我国政策扶持的窗口期将逐渐缩小。国内78%的高炉设备将在2030年达到使用年限，倘钢铁企业建造新的高炉设备，则将造成碳锁定。因此，政府应当尽快行动，采取向低碳经济倾斜的政策，对钢铁企业提供丰沛的转型动力，驱动它们向绿色转型。

3.金融赋能转型

以金融赋能钢铁绿色低碳转型，这可从转型金融目录的制订、转型金融工具的开发、混合融资的应用等方面看，各方面工作都有一定难度，但其稳妥推进必能帮助撬动转型资金。

钢铁转型金融目录能帮助出资方识别符合转型标准的钢铁冶炼技术，将资金引入合适目标，帮助钢企解决转型资金问题。我国钢铁转型金融的“国标”仍在拟订中，但河北及上海两省市已经推出“地标”，可为投资者引导方向。目录对于被融资的转型企业提出不少要求，包括减碳目标的设定、转型方案的规划、资本的安排、信息的披露等。建议主管机关加强监督，确保转型企业落实要求，从而促使转型资金真正发挥功能。

转型金融工具是将资金导入转型企业的必要媒介，目前各方组织都在积极开发，但除了丰富工具数量外，更须确保工具被应用于合适的融资主体，才不致产生资金错配问题。尤其，企业转型的终极目的在于达成碳中和目标，故合适性问题主要落在融资主体的转型规划是否能与碳中和目标对接。转型金融工具必须制订一套“碳中和目标对接度评估”标准，用以筛选融资企业，从而才能将资金导入合适对象。所幸这方面工作渐受重视，气候债券倡议组织等国际机构已开始针对转型金融工具推出“碳中和目标对接度评估”，可持续发展挂钩债券即为其一，而这种评估应能在钢铁行业中选出真正合适的融资对象。

混合融资是以慈善资本、公共资本或国际开发资本形成催化型资本，通过降低市场风险、增强信用、提高项目可行性等方式，撬动私营资本参与，以扩大整体资金规模。需要混合融资推动的领域，通常具有发展时间短、场域风险高、商业模式盈利性不明等特性，造成追求市场回报率的私营资本望而却步。对症下药，混合融资的设计目标即在于降低风险、提高项目可行性、帮助项目启动，以强化私营资本的参与意愿。

混合融资模式特别适用于钢铁企业的低碳转型情境，而国际上已出现一些案例，本文上述的瑞典H2GS公司和印度JSW钢铁名列其中。H2GS的绿氢制钢项目已完成部分融资，通过担保和捐赠款来降低项目风险，以撬动私营资本参与。该项目经由混合融资模式，总共募到65亿欧元的股权和债权资本，预计每年能避免416万吨碳排放。至于印度JSW钢铁，它加入了“资助钢铁脱碳”（Financing Steel Decarbonization，FSD）倡议，成为其下一名脱碳计划的承担主体。该倡议的混合融资模式备受国际社会认可，原因和其脫险机制的多样化有关，其中除财务类的优惠资本和捐赠款外，还有非财务类的技术支持、影响力监督、市场融入支持等。估算表明，倡议有望以10亿美元动员34亿美元社会投资，达到3.4倍的撬动比例，而其避免的碳排放高达2.5亿吨。

总之，在中国迈向“双碳”目标的进程中，钢铁低碳转型至关重要。转型工程浩大，路途艰辛，但在方向明确下，通过企业规划、政策推动和资金赋能，中国钢铁行业必能完成可持续发展。这不仅将为中国实现“双碳”目标提供有力支撑，也将为全球气候治理贡献“中国智慧”。

（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员）

内容来源｜财新专栏

图片来源｜Pexels

文/邱慈观