核心观点
钢铁行业是全球温室气体排放的重要来源，约占全球二氧化碳排放量的7-9%。为了实现工业脱碳，钢铁行业需要从依赖煤炭的熔炉炼铁工艺转向低碳工艺，例如氢基直接还原铁（DRI）和电气化熔炉。美国钢铁行业以电弧炉（EAF）技术为主，这为其向低碳转型提供了有利条件。
模型介绍
本研究开发了一个低碳钢生产（LCSP）优化模型，以支持行业从业者和政策制定者在可持续脱碳方面进行战略规划。该模型考虑了天然气和氢气基DRI炼铁、电弧炉中废钢-DRI混合，以及生命周期二氧化碳排放和杂质，以确保以最低成本满足产品质量要求。模型的目标函数通过考虑收入、运营支出、二氧化碳抵消和捕获成本以及可再生能源信用，最小化净系统成本。
模型输入数据
模型参考了来自各种来源的数据，包括美国国家层面的数据和一些州层面的数据。模型区分了高品质和低品质的自然资源，例如铁矿石和废钢。铁矿石的质量基于其铁含量，而废钢的质量基于其铜含量。
模型结果分析
- 基准情景（S0）：在基准情景中，低品质废钢的成本约为高品质废钢的一半。为了满足产品纯度要求，少量低品质废钢与天然气基DRI混合用于生产钢筋和板材。由于氢基DRI成本高于天然气基DRI，因此未使用氢基DRI。
- 情景S1：在情景S1中，高品质废钢的价格降低，低品质废钢的价格上涨，这显著增加了废钢在钢铁生产中的比例，并降低了铁矿石成本。这导致总钢铁生产成本降低，并减少了与钢铁生产相关的二氧化碳排放。
- 情景S2：在情景S2中，通过降低二氧化碳捕获成本和降低氢气价格，模型显示钢铁生产从天然气基DRI转向氢基DRI。氢气价格被确定为从天然气基DRI转向氢基DRI的转折点。
研究结论
- 该模型可以同时优化决策变量，包括DRI投料混合比和废钢-新DRI钢铁生产比例，以生产满足目标二氧化碳排放强度和杂质约束的多种钢铁产品。
- 当前氢气价格仍然相对较高，但模型确定了钢铁生产从天然气基DRI转向氢基DRI的转折点。
- 该研究结果可以为钢铁和钢铁行业利益相关者和政策制定者提供有意义的讨论基础，以探讨脱碳的途径、政策和市场条件。
