執(zhí)行摘要

在2015年的巴黎協(xié)定中，成員國(guó)同意將全球變暖限制在2℃以內(nèi)，而不是限定為工業(yè)化以前。這就表明到2050年溫室氣體的排放將會(huì)與1990年相比減少80~90%。因?yàn)?014年工業(yè)部門(mén)排放的溫室氣體（GHG）在全球溫室氣體排放中的占比達(dá)28%，因此為了實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，必須采取脫碳的措施。工業(yè)場(chǎng)所的生命周期較長(zhǎng)，因而需要通過(guò)升級(jí)和替代這些設(shè)施以實(shí)現(xiàn)碳減排，并且需要提前進(jìn)行規(guī)劃和投資。

麥肯錫公司調(diào)查了工業(yè)部門(mén)脫碳的過(guò)程，尤其是在水泥、鋼鐵、乙烯和合成氨部門(mén)。這樣選擇的原因是這些部門(mén)碳排放很難削減，同時(shí)與其他部門(mén)相比，這些部門(mén)原料和高溫加熱的排放占比也相對(duì)較高。通過(guò)總結(jié)認(rèn)為，工業(yè)部門(mén)脫碳即使在技術(shù)和經(jīng)濟(jì)上存在障礙，但是其在技術(shù)上是可行的。而且脫碳的成本將會(huì)驅(qū)動(dòng)和影響廣泛的能源系統(tǒng)。

工業(yè)部門(mén)既是全球經(jīng)濟(jì)的動(dòng)力室，同時(shí)也是溫室氣體排放的主要排放機(jī)

工業(yè)部門(mén)是全球財(cái)富、繁榮和社會(huì)價(jià)值的至關(guān)重要的來(lái)源。工業(yè)企業(yè)提供了全球1/4的GDP和就業(yè)，同時(shí)其制造的材料和商品也是我們?nèi)粘Ｉ畹谋匦杵?，例如化肥支持了全球逐漸增長(zhǎng)的人口，鋼鐵和塑料供了我們駕駛的汽車(chē)，水泥則為我們的工作和生活提供了建筑。

2014年，工業(yè)過(guò)程直接排放的溫室氣體和因工業(yè)部門(mén)使用電力而間接排放的溫室氣體在全球溫室氣體排放中的占比達(dá)28%，排放量為150億噸二氧化碳。工業(yè)過(guò)程中直接和間接排放的溫室氣體中，90%為二氧化碳。1990~2014年，工業(yè)部門(mén)的溫室氣體排放增長(zhǎng)了69%（年均增長(zhǎng)2.2個(gè)百分點(diǎn)），同時(shí)，其他部門(mén)如發(fā)電、運(yùn)輸和建筑的排放增加了23%（年均增長(zhǎng)0.9個(gè)百分點(diǎn)）。

幾乎45%的工業(yè)部門(mén)二氧化碳排放來(lái)自于生產(chǎn)水泥、鋼鐵、合成氨和乙烯，其分別排放了30億噸、29億噸、5億噸和2億噸的二氧化碳，這4個(gè)部門(mén)是本研究的關(guān)注點(diǎn)。在這4個(gè)部門(mén)的生產(chǎn)過(guò)程中，45%的二氧化碳排放來(lái)自于原料，這里的原料是指企業(yè)從原材料到工業(yè)產(chǎn)品的過(guò)程（例如，生產(chǎn)水泥過(guò)程中的石灰石和合成氨過(guò)程中的天然氣）。另外，35%的二氧化碳排放來(lái)自于用于高溫加熱的燃燒燃料。剩余的20%的二氧化碳排放則是其他能源需求的結(jié)果：工業(yè)場(chǎng)地中使用的化石燃料來(lái)生產(chǎn)中間產(chǎn)品、低溫供熱和其他工業(yè)用途所排放的二氧化碳占比約為13%，機(jī)械驅(qū)動(dòng)排放的二氧化碳占比約為7%。

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在電力、運(yùn)輸和建筑部門(mén)取得突破后，工業(yè)部門(mén)脫碳將是下一個(gè)前沿領(lǐng)域

全球的行動(dòng)驅(qū)動(dòng)了電力、建筑和運(yùn)輸部門(mén)脫碳技術(shù)的創(chuàng)新和規(guī)?；Ｍ瑫r(shí)也降低了這些技術(shù)的成本（例如近期光伏組件和電動(dòng)汽車(chē)成本的減低）。而工業(yè)部門(mén)脫碳技術(shù)的創(chuàng)新較為緩慢，同時(shí)相應(yīng)成本也并未下降，這樣就使得工業(yè)部門(mén)減少二氧化碳排放的路徑并未像其他部門(mén)那樣清晰。

另外，由于4個(gè)原因，以上4個(gè)部門(mén)的二氧化碳很難減排。第一，來(lái)源于原料的45%的二氧化碳排放并不能通過(guò)改變?nèi)剂蟻?lái)減排，僅能過(guò)改變工業(yè)過(guò)程來(lái)實(shí)現(xiàn)減排目的。第二，35%的二氧化碳排放來(lái)自于通過(guò)燃燒化石燃料來(lái)進(jìn)行的高溫加熱（4個(gè)部門(mén)中，工業(yè)過(guò)程中達(dá)到的溫度從700℃到超過(guò)1600℃）。通過(guò)轉(zhuǎn)為使用代用燃料，例如無(wú)碳的電力來(lái)減少排放是很困難的，因?yàn)檫@需要大幅度的修改窯爐設(shè)計(jì)。第三，因?yàn)楣I(yè)過(guò)程都是高度結(jié)合的，因此任何一部分的改變必然會(huì)伴隨著工業(yè)過(guò)程其他部分的改變。最后，生產(chǎn)設(shè)施的生命周期較長(zhǎng)，一般都超過(guò)了50年（在定期維修下）。在現(xiàn)有的站點(diǎn)上進(jìn)行工藝流程改變需要投入大量資金進(jìn)行重建或改造。

經(jīng)濟(jì)部門(mén)的挑戰(zhàn)也在不斷增加。在購(gòu)買(mǎi)決策中，水泥、鋼鐵、合成氨和乙烯作為商品，成本是決定性的考慮因素。除水泥之外，這些產(chǎn)品均在全球流通，并進(jìn)行貿(mào)易。通常，在這4個(gè)部門(mén)中，當(dāng)外部無(wú)定價(jià)的時(shí)候，至今還沒(méi)有人愿意為可持續(xù)的或者脫碳的產(chǎn)品在自己的賬單上加上一筆。因此，通過(guò)適應(yīng)低碳工業(yè)過(guò)程和技術(shù)而增加產(chǎn)品成本的企業(yè)將會(huì)發(fā)現(xiàn)，他們將會(huì)在工業(yè)生產(chǎn)者中產(chǎn)生經(jīng)濟(jì)劣勢(shì)，因此他們并不會(huì)這樣做。

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工業(yè)部門(mén)可以通過(guò)多種多樣的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)二氧化碳減排，如通過(guò)優(yōu)化固有能源結(jié)構(gòu)（包括生物質(zhì)的可利用性、碳儲(chǔ)存容量、低成本的低碳電力和氫氣）以及改變生產(chǎn)力

脫碳技術(shù)的結(jié)合能夠使工業(yè)實(shí)現(xiàn)零排放：需求側(cè)的措施、能源效率的提高、供熱的電氣化、使用水電（零碳電力）作為原料或者燃料、使用生物質(zhì)作為原料或者燃料、碳捕捉和存儲(chǔ)（CCS）和其他創(chuàng)新。

脫碳方式的合理組合很大程度上依賴于當(dāng)?shù)氐囊恍┮蛩?。最重要的因素是使用低成本的零碳電力，使用適用的可持續(xù)生物質(zhì)能，因?yàn)樵陉P(guān)注的部門(mén)中，大多數(shù)的工業(yè)過(guò)程有大量的與能源及其載體相關(guān)的原料需求，這將會(huì)被一種或兩種其他可選擇的能源替代。當(dāng)?shù)負(fù)碛械奶純?chǔ)存容量以及公共和監(jiān)管對(duì)碳儲(chǔ)存的支持使得CCS也是一項(xiàng)不錯(cuò)的選擇。4個(gè)重點(diǎn)部門(mén)的增長(zhǎng)前景也很重要，因?yàn)樵谝延械墓I(yè)設(shè)施（棕地項(xiàng)目）中運(yùn)用某種脫碳技術(shù)在成本上是有效的，但是其他脫碳技術(shù)對(duì)于新建設(shè)施（綠地項(xiàng)目）而言則更具經(jīng)濟(jì)性。

由于脫碳的選擇的最佳組合與一個(gè)個(gè)設(shè)施之間的關(guān)系完全不同，企業(yè)需要在特定情況作出的選擇進(jìn)行評(píng)價(jià)。為了幫助工業(yè)企業(yè)縮小他們的選擇并集中在那些最有期望的選擇中，我們提供了如下的發(fā)現(xiàn)，這些發(fā)現(xiàn)考慮了當(dāng)前商品的價(jià)格和技術(shù)：

能源效率的提高能夠降低碳排放的競(jìng)爭(zhēng)力，但是并不能讓自身的脫碳更為深入。能源效率的提高能夠降低15~20%的燃料消費(fèi)，對(duì)長(zhǎng)期而言具有經(jīng)濟(jì)性。但是，對(duì)于企業(yè)，能效關(guān)鍵在于回報(bào)時(shí)間（有時(shí)低于2年），而設(shè)備安裝啟用后可能會(huì)比其潛力低15~20%。

當(dāng)存在碳儲(chǔ)存地點(diǎn)時(shí)，在現(xiàn)有的商品價(jià)格下，CCS是成本最低的脫碳選擇。但是CCS并不是脫碳最直接的必要選項(xiàng)。對(duì)工業(yè)企業(yè)而言，CCS增加了一項(xiàng)額外的運(yùn)營(yíng)成本，而其他更深層次的創(chuàng)新能夠?yàn)槊撎继峁┛蛇x的相對(duì)于傳統(tǒng)產(chǎn)品更具成本競(jìng)爭(zhēng)力的選項(xiàng)（例如電氣化供熱）。CCS只能在擁有碳儲(chǔ)存地點(diǎn)的區(qū)域以及當(dāng)?shù)?a href="http://m.bjruji.com/zhengcefagui/" target="_blank" class="relatedlink">法規(guī)和公眾的支持下得以應(yīng)用。而CCS比較突出的是，在現(xiàn)在這是唯一一項(xiàng)能夠完全抵消來(lái)源于水泥生產(chǎn)而排放的二氧化碳的技術(shù)。

零碳電價(jià)低于50美元/兆瓦時(shí)，使用零碳電力來(lái)供熱或者是使用零碳的氫氣較CCS而言更為經(jīng)濟(jì)。低于50美元/兆瓦時(shí)的電價(jià)在許多地方已經(jīng)得以實(shí)現(xiàn)（例如瑞典電網(wǎng)的水電和核電的價(jià)格），同時(shí)隨著最近可再生能源發(fā)電成本下降的趨勢(shì)，它將會(huì)在更多的地方得以實(shí)現(xiàn)。對(duì)于與部門(mén)、當(dāng)?shù)氐幕剂?、其他商品的價(jià)格以及產(chǎn)地關(guān)聯(lián)緊密的脫碳而言，使用最低價(jià)的零碳電力來(lái)脫碳沒(méi)有應(yīng)用CCS那么貴。

在電價(jià)低于50美元/兆瓦時(shí)的情況下，只要可以提供具備很高溫度的鍋爐，水泥綠地項(xiàng)目電氣化供熱的成本競(jìng)爭(zhēng)力要強(qiáng)于使用化石燃料并應(yīng)用CCS來(lái)控制排放。

在電價(jià)低于35美元/兆瓦時(shí)的情況下，合成氨和鋼鐵綠地項(xiàng)目中使用氫氣的成本競(jìng)爭(zhēng)力要強(qiáng)于在傳統(tǒng)的生產(chǎn)過(guò)程中應(yīng)用CCS。

在電價(jià)低于25美元/兆瓦時(shí)的情況下，在乙烯綠地項(xiàng)目、水泥和鋼鐵棕地項(xiàng)目中，供熱電氣化的成本競(jìng)爭(zhēng)力將比在傳統(tǒng)生產(chǎn)過(guò)程中應(yīng)用CCS要強(qiáng)。

最后，在電價(jià)低于15美元/兆瓦時(shí)的情況下，在合成氨棕地項(xiàng)目生產(chǎn)中使用水電以及在乙烯生產(chǎn)中電氣化供熱的成本競(jìng)爭(zhēng)力要強(qiáng)于在傳統(tǒng)生產(chǎn)過(guò)程中應(yīng)用CCS。這就意味著在這個(gè)電價(jià)的基礎(chǔ)上，本文聚焦的4大部門(mén)使用電力供熱生產(chǎn)和使用電力制氫在脫碳方面較CCS而言是更為經(jīng)濟(jì)的方式。

降低固定設(shè)備的成本或者創(chuàng)新流程能夠在較高電價(jià)的情況下使電氣化或使用基于氫氣的零碳電力更為經(jīng)濟(jì)。

在水泥生產(chǎn)和電價(jià)高于20美元/兆瓦時(shí)的鋼鐵生產(chǎn)中，使用生物質(zhì)作為燃料或者原料較電氣化供熱和使用氫氣在經(jīng)濟(jì)上更具吸引力。在水泥生產(chǎn)中，在使用生物質(zhì)作為燃料和原料方面擁有成熟的技術(shù)。這些技術(shù)較在傳統(tǒng)生產(chǎn)過(guò)程中使用CCS來(lái)減排而言更具經(jīng)濟(jì)性。生物質(zhì)能同樣能夠取代生產(chǎn)乙烯和合成氨過(guò)程中的化石燃料原料。盡管這種方式的成本超過(guò)了電氣化供熱和使用氫氣，但是它在生產(chǎn)過(guò)程和終端產(chǎn)品中仍然能夠減少排放，例如焚燒利用乙烯制造塑料所造成的排放。然而，可持續(xù)生產(chǎn)的生物質(zhì)能的全球供給被認(rèn)為它在全球水平下會(huì)被限制。另外，通過(guò)重新造林來(lái)抵消碳排放或許是與使用生物質(zhì)能相對(duì)的應(yīng)用，而不是在工業(yè)過(guò)程中的運(yùn)輸和使用。

對(duì)于脫碳而言，需求側(cè)的措施更為有效，但是并不是本報(bào)告的關(guān)注點(diǎn)。使用更低排放的選項(xiàng)來(lái)代替?zhèn)鹘y(tǒng)的工業(yè)產(chǎn)品（如在建筑方面使用木材代替水泥）將會(huì)大幅度減少4大部門(mén)的二氧化碳排放。由技術(shù)改變驅(qū)動(dòng)的消費(fèi)模式的根本性改變能夠進(jìn)一步的抵消需求，例如通過(guò)自動(dòng)駕駛來(lái)減少道路（水泥）的需求，通過(guò)精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)來(lái)減少對(duì)氨的需求。此外提高產(chǎn)品的循環(huán)性，例如回收和再利用都能減少二氧化碳的排放。通過(guò)回收產(chǎn)品來(lái)生產(chǎn)材料通常來(lái)說(shuō)比生產(chǎn)原材料消耗的能源和原料更少。舉例而言，使用廢鋼來(lái)生產(chǎn)鋼鐵所需要的能源僅為生產(chǎn)特等鋼所需能源的1/4。

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工業(yè)部門(mén)脫碳需要增加對(duì)工業(yè)的投資，同時(shí)也需要加快零碳發(fā)電的建設(shè)

相較而言，在4個(gè)關(guān)注部門(mén)的能源密集型工業(yè)過(guò)程實(shí)現(xiàn)完全脫碳將會(huì)對(duì)能源系統(tǒng)產(chǎn)生重要的影響。據(jù)測(cè)算，它將需要25~55EJ/年的低成本零碳電力。而正常情況下，每年僅需要6EJ的電力，這就表明，無(wú)論脫碳選項(xiàng)如何組合，電力消費(fèi)都會(huì)有大量的增長(zhǎng)。電力和工業(yè)部門(mén)的轉(zhuǎn)型應(yīng)該同期進(jìn)行。工業(yè)部門(mén)可能會(huì)降低電力部門(mén)轉(zhuǎn)型的成本，例如平衡電網(wǎng)，同時(shí)它也將是支持裝機(jī)容量增長(zhǎng)的電力承購(gòu)商。

從目前到2050年期間，實(shí)現(xiàn)這4個(gè)部門(mén)全面脫碳的成本預(yù)計(jì)會(huì)達(dá)到21萬(wàn)億美元。如果零碳電力價(jià)格低于化石燃料電力價(jià)格，該成本將會(huì)更低，成本能達(dá)到11萬(wàn)億美元。該成本預(yù)計(jì)的基礎(chǔ)是沒(méi)有工藝創(chuàng)新或者資產(chǎn)設(shè)備成本的大幅度降低。而且，它們還嚴(yán)重依賴于減排目標(biāo)、當(dāng)?shù)厣唐穬r(jià)格、脫碳技術(shù)的選擇和產(chǎn)地的現(xiàn)狀。預(yù)計(jì)的完全實(shí)現(xiàn)4部門(mén)脫碳的年均成本占全球GDP（78萬(wàn)億美元）的0.4~0.5%。據(jù)報(bào)告測(cè)算，50~60%的成本是由營(yíng)業(yè)費(fèi)用組成，其余則是由資本支出組成，主要是水泥部門(mén)的脫碳。

對(duì)不同電價(jià)的分析表明，脫碳可能對(duì)工業(yè)產(chǎn)品的價(jià)格有著正面的影響：水泥價(jià)格會(huì)翻倍，乙烯的價(jià)格可能上漲45~50%，鋼鐵和氨的價(jià)格可能上漲5~35%。

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提前規(guī)劃并及時(shí)行動(dòng)能夠促進(jìn)技術(shù)成熟化，降低工業(yè)脫碳成本，確保工業(yè)能源轉(zhuǎn)型與能源供應(yīng)變化并行發(fā)展

政府能夠在地方和區(qū)域?qū)用鏋楣I(yè)部門(mén)脫碳制定路線圖。為脫碳指定一個(gè)長(zhǎng)期的方向能夠?yàn)槠渌麍F(tuán)體的脫碳提供規(guī)劃的借鑒，包括工業(yè)企業(yè)、公共事業(yè)以及關(guān)鍵基礎(chǔ)設(shè)施的所有者（例如電網(wǎng)和氫氣管道），并且還能夠縮短長(zhǎng)期回報(bào)的時(shí)間。就像政府的角色一樣（如在關(guān)鍵基礎(chǔ)設(shè)施中），該路線圖應(yīng)該存在某些視角，例如對(duì)產(chǎn)量的展望、資源的可用性（包括碳儲(chǔ)存場(chǎng)）、所需的額外資源（零碳電力等）、基礎(chǔ)設(shè)施和需求側(cè)的措施等。

調(diào)整脫碳線路圖中的監(jiān)管和激勵(lì)，使之協(xié)調(diào)。各種政策機(jī)制支持工業(yè)部門(mén)實(shí)現(xiàn)脫碳。這就包括了對(duì)企業(yè)脫碳的直接激勵(lì)以及對(duì)公用事業(yè)和其他涉及能源產(chǎn)生和分配的公司的財(cái)務(wù)要求進(jìn)行調(diào)整。

工業(yè)企業(yè)應(yīng)該通過(guò)對(duì)每個(gè)投資組合的靈活性進(jìn)行細(xì)節(jié)的審查來(lái)為其脫碳做準(zhǔn)備。審查應(yīng)該囊括低成本零碳電力的可獲得性、零碳?xì)錃?、生物質(zhì)能和設(shè)施附近碳儲(chǔ)存的能力，因?yàn)楦鱾€(gè)國(guó)家之間的基礎(chǔ)各不相同。

與其他股東互動(dòng)，如政府、公共事業(yè)公司和其他工業(yè)企業(yè)，能夠促進(jìn)工業(yè)部門(mén)與其他部門(mén)或者企業(yè)脫碳的協(xié)同，推動(dòng)針對(duì)性的創(chuàng)興，降低成本。例如，產(chǎn)業(yè)集群中的工業(yè)企業(yè)或許會(huì)從共享的碳儲(chǔ)存設(shè)施中收益。

政府、工業(yè)企業(yè)和研究機(jī)構(gòu)能夠支持創(chuàng)新，并使脫碳技術(shù)規(guī)?；?，這些都是實(shí)現(xiàn)工業(yè)部門(mén)完全脫碳的必要條件。脫碳技術(shù)的創(chuàng)新可能使工業(yè)轉(zhuǎn)型的成本下降。政府能對(duì)脫碳技術(shù)的發(fā)展提供支持，包括擴(kuò)大全球市場(chǎng)的規(guī)模，例如在某種生物只能種引入創(chuàng)新以降低實(shí)施成本。總的來(lái)說(shuō)，工業(yè)部門(mén)脫碳就如同各國(guó)降低可再生能源發(fā)電成本并擴(kuò)大其規(guī)模一樣，需要各國(guó)政府、工業(yè)企業(yè)和研究機(jī)構(gòu)的通力合作。