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摘 要：炼钢过程只要缺少一种材料，便无法得到成品。全球脱碳竞争愈发激烈，如果能够领先世界制造零碳钢铁，日本钢铁行业将能够重返世界第一。事实上，在北欧正式推出特殊零碳钢的日本制铁集团山阳特殊制钢的股价在这一年半内翻了一番。相反，如果在脱碳竞争中失败，钢铁行业或将从日本消失。若广泛用于汽车、家电、建筑等领域的钢铁产业消失，将极大地动摇日本制造的根基。本文将介绍日本钢铁行业面向脱碳的现状。
关键字：零碳钢铁、高炉氢还原、大型电炉、高级钢制造、100%氢直接还原工艺、钢铁脱碳
目录
钢铁行业的生存挑战
高炉法作为最优的炼铁法，唯一的缺点是排放二氧化碳
高炉制造商致力于三项技术创新
2万亿日元脱碳基金完全不够
脱碳关系到日本制造业的复兴
日本的钢铁需求在1990年达到9400万吨的峰值，现在已经下降到三分之二以下。在内需减少的情况下，日本高炉制造商——日本制铁、JFE钢铁、神户制钢所三家公司，通过以汽车工业为中心，将钢铁直接出口增至3500万吨，成功维持了日本7500万吨的粗钢产量。日本制铁的出口比例为45%，而世界平均值低于10%，日本制铁成为世界最大的独立出口制造商。
而中国的粗钢产量已超过10亿吨，成为世界最大的钢铁生产国。日本在规模上已无法匹敌。预计未来随着工业化和城市化进程发展，印度产钢量也将大幅增长。
日本钢铁行业的经常项目项下的利润（经常利润）在2006年达到1.9万亿日元（约1014亿元）的峰值，而到2020年下降到了十分之一。与之相对，日本国内的设备投资却趋于增加。自2012年以来，日本制铁已向国内钢铁厂的老旧设备更新和战略商品投入了约6万亿日元（约3203亿元）。为什么会这样？
钢铁行业竞争力的源泉在于一体化生产体制的核心技术力。对于汽车制造商而言，每种车型和产品都有生产线和工厂，通过建立与日本类似的生产和销售体系，海外国产化率已提高到70%左右。但是，对于高炉来说，从铁矿石制铁的上工序，到根据用户需求制造各种钢材的下工序，需要一体化生产体制。不可能为每个产品单独建一个工厂，一体化制造成为竞争力的源泉。
此外，与汽车不同，无法在海外建造新的钢铁厂。
钢铁是工业的基础。国产化是各国的基本政策，不会向海外制造商发放建设许可。在海外建设一体化钢铁厂实际上是不可能的，并购是海外扩张的必由之路。日本制铁于2019年底收购了印度的Essar Steel，但新兴国家目前为止的制铁量并不多，并购交易也很少。
在这种情况下，日本必须维持一体化生产体制，这也是日本高炉制造商的基本战略。然而，问题在于上工序会排放大量二氧化碳。除非实现脱碳，否则日本将无法维持一体化生产体制。换句话说，这意味着钢铁行业将从日本消失。
铁矿石中含有丰富的铁，但仅以与氧结合的状态存在。因此，制铁首先必须还原（分离）氧气。这是绝对条件之一。另一个条件是，必须达到1500℃以上的高温，否则铁就不会熔化分解。
而碳（C）可以同时满足这两个条件，其能够分离氧气，并可以通过放热反应将温度升高到1500℃以上。但问题在于制造1吨铁会产生2吨二氧化碳。尽管日本既没有铁矿石也没有原料炭，但通过不断改进高炉法技术成为钢铁大国。然而，如果不能减少高炉的二氧化碳排放，钢铁厂将在不久的将来面临关门的危险。
针对钢铁脱碳，三大高炉制造商致力于“高炉氢还原”、“大型电炉的高级钢制造”、“100%氢直接还原工艺”三项技术创新。
首先是高炉中的氢还原，用氢气代替碳（C）从铁矿石中分离氧。问题是产生H2O而不是CO2，会导致高炉内温度下降，铁矿石无法如预期熔化，也就无法得到铁。这是一个重大的技术课题。
研究课题之一是在1000℃以上的高温下注入氢，但氢在超过500℃时就会爆炸。迄今为止，人类从未处理过750℃以上的氢，如何处理高温氢成为障碍之一。而且氢分子非常小，会渗透到金属中引起“氢脆”，削弱金属强度。首要课题是如何将大量氢送入高炉。三大高炉制造商从10年前开始就在进行氢还原制铁的技术开发，目前已经实现了10%的氢置换。
也有意见认为，应该在电炉而非高炉中制铁。然而，电炉中无法制造高级钢是其一大缺陷。电炉法是用电将建筑物的拆除废料等熔化来制铁的方法。废料中的铜等杂质无法分离，导致铁的品质大幅下降。另一个课题是精炼过程中会混入大气中的氮，导致品质下降。此外，用于H型钢和钢筋等的铁尚且能够使用电炉制造，但是，如果像汽车零件那样需要进行冲压、焊接，钢板就会破裂。此外，电炉法还存在因炉体积小而生产效率低的问题。高炉转电炉需要300吨级的大型电炉，目前世界上的100吨级和150吨级无法满足。然而，一旦电炉的规模扩大两倍或三倍，又可能出现其它方面的技术课题。
正在进行实证实验的试验高炉
来源：日本资源能源厅
最后一项技术创新是“100%氢直接还原”，其不依赖高炉法，而是直接从铁矿石中分离氧。以电炉制造商为中心，世界累计产量已有1亿吨左右，但目前的技术是使用天然气直接还原。因此，二氧化碳减排量仅为30%多。日本高炉制造商的目标是确立100%氢还原技术。
在脱碳化方面，除了三项技术创新外，支撑三项技术创新的外部条件也缺一不可。
毋庸置疑，第一是加强“绿色创新基金”等政策支持，有观点认为，支援金不应只有2万亿日元（约1068亿元），而是应该增加到20万亿日元（约1.068万亿元）。
第二是零碳电力以及大量引入绿氢和降低成本。日本政府制定了到2050年引入2000万吨氢的目标，但仅制铁预计就需要600-700万吨氢。构建氢供给体制是关键。
第三是CCUS。即使采用氢还原制铁，煤仍然是高温熔铁的热源。回收、利用、储存二氧化碳的CCUS技术不可或缺。
日本钢铁联盟会长桥本英二（日本钢铁社长）在2月21日召开的经济产业省审议会（第11届 产业结构审议会 制造产业分科会）上表示，脱碳关系到钢铁业，甚至日本制造业的复兴。
他回顾到：“此前日本的企业商品价格指数太低了。这削弱了日本的制造业，也导致了现在的低工资。起源可以追溯到卡洛斯·戈恩（Carlos Ghosn）。”1999年，时任日产汽车社长卡洛斯·戈恩将钢材供应改为招标投标制，各钢铁企业展开了激烈的价格竞争。“当时，日本有六家高炉制造商，产能过剩。而Ghosn shock推动了过度竞争。一开始客户很满意，但最后，客户的产品价格也相应降低。”
桥本于2019年4月就任日本钢铁社长后，向国内外宣布“削减过剩产能，使价格恢复正常，并恢复企业商品价格。”由此，丰田用钢材等相继涨价。桥本表示：“虽然客户对涨价颇有异议，但是企业商品价格过低的后果我们已经见识过。目前的碳中和时代，包括化石燃料在内的所有能源和资源价格都持续高涨。如果日本的企业商品价格继续保持较低水平，有一天将无法从海外购买能源和资源。”
“有意见认为，即使确立了实现碳中和的技术，如果营业额不高便无法吸引资金，但脱碳已经成为制造业世界竞争的前提。在此之前，只要产品好，价格合理，就会被采用，但现在第一个问题是产品是否脱碳。如果脱碳，即使质量稍差或价格较高，客户也会积极购买，以提高自己企业的声誉，进而提高产品价格。”
即使致力于脱碳，日本制铁的PBR（股价净资产倍率）仍仅保持在0.57倍的地位。对于公司不被股市看好的观点，桥本表示：“现在不是利润、股息收益率越高股价就越高的时代。股价不上涨的理由很明确——因为排放了大量的二氧化碳。投资者质疑我们'虽然表明了致力于脱碳，但至今都没有公开路线图，真的能做到吗？’”。
尽管以日本制铁为首的高炉制造商的利润创历史新高，但股价仍然较低，其中也不乏近一年半股价翻倍的公司——日本制铁集团的山阳特殊制钢。原因很简单。因为山阳特殊制钢旗下的瑞典奥巴科公司于2022年1月开始销售零碳的特殊钢。“即使向客户说明零碳钢的价格较高，客户也毫不犹豫地接受，拒绝零碳不可能发生在欧洲社会。退一步说，即便钢材成本提高，客户也能充分将其转移到产品上。”
由于日本近几十年工资几乎没有上涨，导致国内需求疲软，企业无法转移原料的高成本，结果陷入利润无法增长，工资无法提高的循环。脱碳或将提高日本的企业产品价格。随着企业收益提高，工资也会提高，进而消费也会扩大。
桥本会长表示：“日本只有先于其他国家进行脱碳，才能筹措资金，提高股价。技术能力的强弱不体现在数字统计中。在没有任何资源的情况下，日本一直咬紧牙关，提高技术开发能力。目前开发能力依然是世界第一。如果提出有力的国家政策方案（如财政援助），且钢铁价格的上涨能惠及民众，则日本的钢铁业有望重返世界第一，并助力脱碳事业。”
翻译：李释云
审校：贾陆叶
李 涵
统稿：李淑珊
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