打造全球清洁钢铁经济：借力贸易降低绿色溢价

2026年5月5日 埃玛·鲁特科夫斯基（erutkowski@rhg.com）、汉娜·皮特（hpitt@rhg.com）、凯特·拉尔森（kmlarsen@rhg.com） 自伊朗战争开始以来，全球化石经济的脆弱性已经显现。S已被聚焦。关键能源基础设施遭到破坏或摧毁，贸易受到干扰，日常能源价格波动已成为常态。弹性能源供应链的重要性比以往任何时候都更加明显，而以国内清洁发电为支撑的电气化经济理应成为这一讨论的核心。然而，像太阳能和风能这样的资源本身也并非免受供应链压力——它们也依赖于一系列的原始投入。其中最重要的原始投入之一是钢铁，它不仅对于电气化基础设施的建设至关重要，而且对于建筑、汽车制造和大量耐用商品的生产也至关重要，并且它本身在制造过程中也高度依赖化石燃料。为了构建真正弹性、清洁能源经济的基础，确保清洁、可持续的钢铁供应将需要减少钢铁行业对化石燃料的依赖。 随着当前冲突的凸显，全球资源紧密相连，发展强大、多样化的贸易网络对于避免过度依赖单一资源至关重要。对于能源供应有限的各国，将能源密集型工业过程如钢铁生产电气化，在可预见的未来可能仍然过于昂贵。然而，在钢铁生产中，化石燃料主要在炼铁步骤中被消耗，而大部分经济价值是在下游的炼钢过程中创造的。通过电弧炉和现代直接还原——一种不使用传统高炉、用天然气或氢代替煤炭将铁矿石炼制成铁的替代途径——炼铁步骤可以完全与炼钢过程分离，提供供应链灵活性，并在拥有丰富清洁能源资源和低生产成本的地区集中能源密集型步骤的机会。这样做需要建立一系列双边贸易伙伴关系，以在具有竞争力的价格获取清洁原料，同时避免过度依赖单一资源。在本报告中，我们分析了清洁铁生产的成本驱动因素，并评估哪些国家最适合以低成本生产。 途径实现钢铁脱碳 钢铁是全球经济的基石，其制造过程高度依赖碳，约占全球二氧化碳排放的7%。2排放。迄今为止的脱碳主要来自两种方法：报废回收和直接还原铁。钢铁制造通常分为两步，最初的炼铁步骤（将铁矿石转化为铁）传统上需要大量的化石燃料。在第二步中，使用主要依赖电力且排放较低的电弧炉，将铁转化为钢。这些炉子非常灵活，还可以将高达100%的钢废料加工成新产品，减少对碳密集型炼铁步骤的需求。然而，钢已经高度回收，优质废料稀缺，许多最终用途，如车辆，需要高纯度钢，这种钢很少仅从废料中制成，通常依赖于原生铁料输入。鉴于报废回收——一种成熟但有限的选项——降低炼铁排放将成为进一步实现行业脱碳最重要的因素。 为了理解涵盖旨在减少炼铁碳排放的多种技术范围内的清洁炼钢发展态势，需要了解……清洁投资监控器由Rhodium Group和MIT-CEEPR共同发起的项目，根据技术类型（包括氢气准备性直接还原铁（DRI）、氢气DRI、燃料替代、碳捕获和生物基高炉等）跟踪全球所有清洁钢铁设施的季度投资和项目状况。图1详细展示了超过1003亿美元的清洁钢铁项目宣布投资现状。 宣布的清洁钢产量资本投资总额的百分比，以2024年美元计算，单位：十亿美元 铁矿石脱碳的主要选项是采用直接还原铁（DRI）工艺，通常在竖炉中生产，其中甲烷分解成CO和H。2这两种都作为铁矿石的还原剂。如今，这一过程主要依赖天然气，与以煤为基的鼓风炉相比，能将炼铁过程中的排放量减少约40%。 全脱碳炼铁是这一过程的自然延伸：不是使用天然气，而是通过电解生产的绿色氢可以作为还原剂单独使用。这可以在与天然气直接还原铁相同的垂直炉筒装置中实现，高温氢气上升通过炉子，还原矿石球团。正在开发的基于氢的其他技术选项包括流化床氢2-DRI、氢等离子体DRI和基于氢的旋转窑，旨在利用低品位铁矿石粉，但尚未得到广泛应用。在近年来已动工或宣布的清洁炼铁项目中，氢DRI占在建或运营投资的56%以及所有宣布投资总额的38%（见图1）。 除了直接还原外，还有一些其他方法正在开发中，用于实现炼铁脱碳，例如生物质替代、电化学工艺和碳捕集，但这些其他解决方案仅占宣布总投资的4%。每种方法都伴随着其自身的一套挑战。到目前为止，生物质替代仅限于特定的高供应地区，而碳捕集的投资已经减少，因为早期试验的捕集率较低，并且在缺乏强有力的政策支持下没有经济收益。像波士顿金属公司的熔融氧化物电解、Electra的基于化学的电化学提纯和Helios的矿石钠还原等新颖的电化学方法显示出希望，但这些方法仍处于非常早期阶段，很可能需要时间和大量的投资才能从实验室走向规模化部署。到目前为止，还没有宣布投资建设利用这些技术的商业规模设施。 尽管存在多种可行的基于氢的炼铁技术，但全球大多数追踪的清洁项目仍然以传统方法为主。清洁投资监控器(CIM)是典型的竖炉，在氢气 readily available（恰当地称为氢气准备好的天然气DRI）之前，可以暂时使用天然气运行。像Midrex Flex和Energiron这样的利用竖炉的技术也可以立即运行至100% H。2这些以化石为基础、氢气准备的设施占CIM追踪总投资的57%。 尽管这些设施尚未完全实现脱碳，但它们作为重要的过渡性技术发挥着作用。无论使用何种燃料，直接还原设施都是实现最终脱碳所需资本投资的重要组成部分，为最终向氢能转型和降低排放（与高炉相比，可降低40%）奠定了钢铁基础设施。尽快用直接还原或其他替代方案替换高炉对于扩大长期钢铁脱碳基础设施至关重要。高炉需要定期进行大量资本投资，但维护周期之间寿命非常长。如果不转向传统高炉，国家可能会将排放锁定数十年，而天然气基直接还原铁则没有这种风险——设施使用H2并且CO在甲烷重整器中产生，几乎可以立即通过电解槽生产的氢气管道输送。2而不是要求更换整个设施。 在一个竞争激烈、全球贸易的行业中，投入成本很重要。 像许多制造业一样，钢铁制造商的利润微薄，必须应对波动性强的原材料市场和激烈的价格竞争，这使得成本对清洁钢铁的可行性至关重要。2025年，由于对氢的可用性和成本的担忧，宣布的投资中约有10%被取消。值得注意的是，取消的产能中有87%来自获得大量国家资助的阿塞洛米塔尔项目，该公司以氢市场条件为由，表示不会继续推进。钢铁基础设施使用寿命长，如果没有对清洁钢铁投入成本的强劲前景，所需的大量资本投资将难以销售。即使清洁钢铁的投入成本与传统钢铁制造达到成本相当——将绿色溢价降至零——转型也可能需要几十年，除非清洁钢铁能够跨越更高的门槛，促使高炉提前退役，而高炉的使用寿命可达数十年。尽管天然气DRI已经具有成本竞争力，并占新基础设施的约40%，但由于工业周转缓慢，它在全球钢铁产量中仅占大约10%。 生产大量的氢气清洁钢铁需要大量的燃料和材料。包括主要铁矿石球团、氢气和少量的石灰石在内的原材料成本，占到了生产平均成本的大多数，而人力和资本则占比很小。2030年各国钢铁成本的铑建模显示，原材料是成本变差的最大来源，也是成本最大的部分，燃料成本则相对较为稳定，位居第二（图2）。 直接还原铁工厂（无论是天然气还是基于氢的竖炉）通常比传统高炉需要更高等级的矿石供应，并且往往需要额外加工成球团。这种高等级矿石通常含铁量高、杂质低。这种矿石的供应仅限于特定地区，持续的供应可以提供显著的成本优势，减少额外加工的需要以及参与波动性强的公开市场的竞争。在燃料方面，廉价氢气依赖于丰富且廉价的清洁电力资源，这些资源也具有高度的区域性。降低清洁钢最显著的两种成本——燃料和材料——对于降低清洁钢的绿色溢价至关重要。实现这一目标的一种方法是从拥有大量、高质量清洁燃料和材料赋存的地区进口这些投入，以降低清洁钢生产商的成本。 分析区域优势 截至目前，欧洲在氢直接还原铁的投资中占据主导地位，但该地区在未来几十年内对铁的需求增长可能相对较少。因此，当前对清洁钢生产投资与对铁（清洁或传统）的预期总体需求增长之间存在不匹配。根据模型预测，铬气候展望铁的需求增长将在印度以及其他世界各地（包括非洲、南美洲和欧亚大陆）发生，但那里的清洁投资分配微乎其微（图3）。这意味着在增长最快的地区，大部分新增需求仍由传统以化石燃料为基础的铁矿石提炼技术满足，这可能会在未来几十年里锁定排放。 鉴于氢直接还原（DRI）的资源密集度，能够获取关键资源的国家具有明显的竞争优势。传统高炉炼铁投入品的供应链已建立良好并全球分布，成本模型的变化极小。 在国家之间。相比之下，基于模式化的氢直接还原铁的成本在国家之间因资源和经济条件差异而变化更为剧烈，如图4所示。图中展示了三个代表性国家——日本，历史上是主要钢铁生产国，但清洁钢铁资源有限；澳大利亚，一个发达经济体，拥有丰富的清洁钢铁资源；以及印度，一个新兴经济体，需求不断增长且资源丰富。 在推动钢铁行业脱碳的过程中，具有资源和成本优势的国家为资源受限国家提供了早期投资和战略贸易合作的最佳机会。对于传统钢铁生产国来说，这可以是一个在有效降低碳排放强度成本的同时，保留大部分工作和钢铁生产经济价值的机会。 为了识别钢铁脱碳的潜在领导者，我们分析了五个不同支柱的国家：成本因素，包括燃料成本、原材料资源和劳动力/资本成本，以及非成本因素（即政策支持和DRI准备情况）。识别这些轴线上国家的相对优势有助于构建既经济高效又能减少对任何一地区优势过度依赖的稳健供应链和贸易伙伴关系。 对于所考虑的每一支柱，根据对全球平均铁生产成本的相对贡献，对多个标准的原始数据进行标准化并相互加权。这种标准化旨在识别在多个方面都较强的地区。 综合考虑所有变量，而非单一类别的领导者。以下概述了支柱及其与最终排名的相关性： .燃料成本能源成本占氢DRI平准化成本的约40%，其经济可行性很大程度上取决于太阳能和风能的可用性和成本。拥有显著太阳能和风能资源以及具有巨大廉价和丰富可再生能源潜力的地区，是新建氢DRI设施的理想选址。 .物质资源除了燃料，直接还原铁的主要原料是铁矿石。直接还原铁的一个主要挑战是所需矿石的质量。虽然高炉通常可以使用含铁量较低的粉状物（加工成烧结矿）作为液相使其能够去除更多杂质，但在典型的垂直管式炉中进行直接还原通常需要含铁量高于67%的高品质球团。此外，DR级球团的贸易有限，大多数球团倾向于在国内消费。2024年，大约4800万吨（MMT）的DR级矿石以商业球团的形式供应——作为直接还原炉原料的加工铁矿石——占总DR级矿石需求的22%和全球矿石贸易的3%。确保供应是一个主要挑战，拥有大量国内矿石储备（特别是那些含铁量高的国家）、浓缩和加工基础设施以及显著现有出口的国家在扩大DRI生产方面具有明显优势。 .成本因素资本支出和劳动力成本占铁生产平准化成本的一小部分，但这一比例是可变的。这些因素往往相互对立；能够提供较低利率和资本成本稳定、发达的经济体通常具有更高的劳动力成本，反之亦然。这可能会使融资成本较低的国家对早期示范工厂更具吸引力，因为这些工厂具有高资本成本，但随着清洁钢铁经济的规模扩大和成本曲线下降，劳动力成本较低的经济体则更具吸引力。 .DRI准备就绪这个柱子试图捕捉现有基础设施和有利于实施直接还原炼铁的条件的益处，包括一个国家现有的化石DRI产能和熔炉船队的年龄。对于那些铁基础设施老化的国家来说，鉴于即将到来的重大资本投资需求，无论是为了延长化石产能的寿命还是用现代替代品来替换它，都为转型做好了准备。现有的DRI产能也因地区特定技术发展和运营的体制知识以及将现有天然气设施改造以使用氢气，其成本低于绿色场开发的可能性而具有潜在优势。 .政策该柱状图捕捉了某个国家政策环境对清洁钢的友好程度，通过考虑对绿色氢和清洁钢供应链以及截至目前对清洁钢（包括公共和私人）的投资政策。补贴和政府补助直接降低了早期项目的成本，而像欧盟的碳边境调节机制（CBAM）这样的碳定价政策有助于提高清洁技术的国内竞争力。总体投资表明早期采用者 并有助于衡量清洁钢产得到最多支持的地方，无论是来自私营企业还是政府。 燃料成本 在这些标准下进行评分，一些潜在领导者脱颖而出，每个领导者都有各自的优势和劣势。以下我们将深入探讨国家案例。同样的标准也突显了一些国家在实现国内钢铁行业脱碳过程中可能面临的挑战。日本和韩国的可再生能源成本特别