摘要：超前小导管行业的二氧化碳排放量大多来自高炉中铁矿石的还原。高炉利用焦炭通过能量和碳的化学反应还原铁矿石。直接还原铁-电炉工艺的碳强度低于传统的高炉-转炉工艺。使用可
超前小导管行业的二氧化碳排放量大多来自高炉中铁矿石的还原。高炉利用焦炭通过能量和碳的化学反应还原铁矿石。直接还原铁-电炉工艺的碳强度低于传统的高炉-转炉工艺。使用可再生能源为电炉提供动力可能会进一步降低碳强度。氢作为直接还原铁生产过程中唯一的还原剂，已在小范围内得到验证。电解氢（通过电将水分解成氧气和氢气）的可再生能源生产将在任何超前小导管生产脱碳的努力中发挥关键作用。
世界一半的超前小导管已经生产出来，并将在改变全球超前小导管生产模式的任何努力中发挥关键作用。，我国超前小导管生产严重依赖煤炭，近90%的超前小导管主要由高炉和转炉综合超前小导管厂家生产。我国的高炉-转炉容量也相对较新，平均15年；其超前小导管生产设备的使用寿命一般超过40年。然而，超前小导管厂家只有在使用约25年后才会做出额外的投资决定，并更换高炉衬里，以达到40年的使用寿命。大修成本约为新高炉成本的一半，高炉需要很长时间才能停止生产。如果我国超前小导管厂家决定停止使用高炉，而不是更换耐火炉衬里，向替代技术的转型可能会更快。
我国超前小导管工业的快速发展始于2000年左右。我国超前小导管工业发展迅速，需要大量的超前小导管来帮助城市建设新的基础设施和摩天大楼。超前小导管产品的使用寿命很长，这意味着我国工业化以来生产的大多数超前小导管产品仍然用于重型设备、桥梁和建筑，只有少数废钢可以回收利用。然而，在未来几年，我们预计我国将有越来越多的废钢可回收利用，这将有助于降低其用煤的超前小导管份额。
在我国，如此大规模的超前小导管生产模式转型将极具挑战性，需要大量的氧气转炉在正常报废前退役。另一个挑战是扩大电炉数量，增加电解氢生产和电炉供电所需的大量太阳能和风能投资。然而，鉴于在全球超前小导管行业的重要性，我国超前小导管行业的转型将对能源格局产生更广泛的影响。
日本和韩国：两国都有成熟的超前小导管行业，主要依靠高炉转炉进行超前小导管生产。在本文的分析中，两国超前小导管行业的能源消耗模式可以通过电炉生产更多的钢来实现积极的转型。此外，两国都正式承诺在超前小导管行业实现脱碳目标。日本承诺将其能源经济转化为化石燃料生产的氢和可再生能源氢，使基于电解氢的直接还原铁成为其整体氢目标的可能组成部分。日本承诺投资一个强大的氢经济，这也将涉及工业行业。同样，韩国也总结了氢经济路线图，以遏制温室气体排放。根据目前的分析，以浦项为首的韩国超前小导管行业已经宣布了建设氢生产能力的计划。
2019年，日本主要使用高效高炉生产其超前小导管产品——日本76%的超前小导管是通过高炉转炉工艺生产的。然而，日本是一个成熟的经济体，其许多基础设施需要在预测期内退休，这意味着废钢的供应将保持在较高水平，这可能支持低碳足迹钢的生产。韩国和日本在超前小导管技术和资源获取方面有相似之处。与日本一样，韩国主要使用高效高炉生产高水平超前小导管产品。
在这些情况下，日本面临着假设电解产氢的挑战。在本次分析的四个国家（地区）中，日本的工业电价最高，其次是韩国。作为一个地理岛国，日本可能会受到土地资源的限制，无法建设大型风力和太阳能发电场，以满足假设所需的可再生能源。相反，它可能需要大型海上风电项目或进口中间产品，如热压块铁或氢。和日本一样，韩国可能没有足够的土地建立大型可再生能源发电场。
经济合作组织欧洲国家：经济合作组织欧洲国家，如德国超前小导管厂家，已将政府资金投资于绿色超前小导管-低碳足迹超前小导管产品中试项目。安塞勒米塔尔集团致力于利用德国汉堡超前小导管厂家可再生能源生产的氢气生产绿色超前小导管产品；瑞典HYBRIT项目已将低碳声测交付给客户。
经合组织欧洲国家在向低碳超前小导管生产转型方面处于有利地位，其优势在于风能和太阳能项目土地资源充足；废钢供应充足；现有天然气管道可向工业用户输送氢气；更严格的二氧化碳排放政策。德国政府承诺为超前小导管行业的脱碳提供资金，氢气的使用是关键组成部分。截至2019年，经合组织欧洲国家在本文分析的地区，高炉-转炉工艺生产的超前小导管份额为52%。即使有起步优势，该地区仍需投入大量资金扩大可再生能源产能，以满足假设电炉钢和电解氢生产份额较大的可再生能源驱动需求。
煤炭消耗普遍下降，超前小导管行业的电力消耗增加。煤炭和电力消耗的这些变化是在两种替代条件下假设电炉钢产量增加的情况下发生的。在这些情况下，天然气消耗的增加将超过参考场景，因为电炉钢产量的增加意味着需要使用更多的直接恢复铁来补偿转炉钢产量的下降。此外，根据EAC的情况，可再生能源生产的氢成本与化石燃料生产的氢成本一致，天然气消费趋势略低于DAC，电力消耗略高于DAC。这种变化是因为我们假设可再生能源生产的氢成本较早达到化石燃料成本，这意味着氢产量和可再生能源发电的增加，导致利用和重组天然气生产的直接还原铁减少。
在另一种情况下，我国超前小导管行业整体能源强度的下降是由转向能源强度较低的电炉生产推动的。然而，由于电炉钢和转炉钢份额的巨大变化，直接恢复铁产量增长所需的天然气增长缓慢，这种能源强度的下降受到限制。废钢电炉作为碳密集型行业，其生产工艺远低于高炉转炉工艺的碳强度和能源强度。目前，超前小导管已成为世界上回收利用最多的材料。进一步降低超前小导管行业碳强度的努力必须包括更多的废钢回收利用。但废钢的回收利用是有限的。废钢回收利用的有限性和对废钢冶炼钢清洁度的关注，使得采用其他低碳强度工艺生产高纯度超前小导管成为必要的选择。
为实现这些目标，本文重点利用可再生能源提高炉钢产量，利用可再生能源供电的电解氢还原生产直接还原铁，补充废钢原料不足。通过以下方式量化了四个国家(地区)超前小导管行业不同的二氧化碳减排潜力:增加炉料中使用的直接还原铁的比例；增加直接还原铁生产中使用的可再生能源产生的氢气用量；增加电炉冶炼中使用的可再生能源的使用。
