清華新聞網(wǎng)5月14日電（通訊員 李會芳）鋼鐵行業(yè)是高耗能行業(yè)，其脫碳對于實現(xiàn)《巴黎協(xié)定》設(shè)定的1.5℃溫升目標(biāo)及我國碳中和目標(biāo)的實現(xiàn)至關(guān)重要,。傳統(tǒng)的流程改造和能效提升等措施難以徹底清除鋼鐵行業(yè)的碳排放,，碳捕集與封存技術(shù)對于鋼鐵行業(yè)碳中和目標(biāo)的達(dá)成不可或缺，該技術(shù)涉及碳排放點源與地質(zhì)封存地點的空間匹配,，需要精準(zhǔn)預(yù)測源與匯的空間分布以及二氧化碳的排放/消納能力,，從而實現(xiàn)技術(shù)的科學(xué)部署。
由于成本高昂,，碳捕集與封存技術(shù)短期內(nèi)難以實現(xiàn)大規(guī)模部署,，更多地被視作遠(yuǎn)期碳中和目標(biāo)階段的關(guān)鍵措施。在此期間,，鋼鐵行業(yè)預(yù)計將經(jīng)歷深度綠色轉(zhuǎn)型,，其他措施如電氣化、短流程煉鋼等將被廣泛應(yīng)用,，從而對行業(yè)碳排放源的空間分布和碳排放水平產(chǎn)生深刻影響。因此,，有必要將鋼鐵行業(yè)的長期轉(zhuǎn)型納入碳捕集與封存技術(shù)的部署決策中,。
為此，清華大學(xué)環(huán)境學(xué)院溫宗國團(tuán)隊建立了綜合評估框架預(yù)測中國鋼鐵行業(yè)截至2060年的脫碳轉(zhuǎn)型路線圖,，綜合考慮六類主要脫碳措施,，并將預(yù)測結(jié)果作為碳排放點源的模擬依據(jù)。此外,，團(tuán)隊整合了關(guān)鍵油田,、盆地等二氧化碳適宜封存地點，開發(fā)碳捕集與封存技術(shù)源-匯匹配模型，以優(yōu)化不同鋼鐵產(chǎn)量規(guī)模下的技術(shù)部署方案,；基于最優(yōu)方案,，評估碳捕集與封存技術(shù)部署的經(jīng)濟(jì)成本及能源、水資源消耗,，識別技術(shù)推廣的主要障礙,。該研究為碳捕集與封存技術(shù)的推廣提供了有效支撐，助力鋼鐵及其他難減排行業(yè)實現(xiàn)遠(yuǎn)期碳中和目標(biāo),。
圖1.研究框架
基于團(tuán)隊建立的研究框架,，研究實現(xiàn)了中國鋼鐵行業(yè)碳排放點源的遠(yuǎn)期高分辨率模擬，并開發(fā)了碳捕集與封存技術(shù)的源-匯匹配模型以優(yōu)化技術(shù)部署方案,。結(jié)果顯示,，碳捕集與封存技術(shù)對于中國鋼鐵行業(yè)實現(xiàn)遠(yuǎn)期碳中和目標(biāo)至關(guān)重要：預(yù)計到2060年，該技術(shù)可實現(xiàn)每年4.72至6.10億噸的碳減排潛力,。建議在華北及華東地區(qū)的鋼鐵企業(yè)重點部署,。
圖2.中國鋼鐵行業(yè)碳捕集與封存技術(shù)的最優(yōu)部署方案
（a-c：碳捕集與封存技術(shù)在高、中,、低鋼鐵產(chǎn)量情景下的空間部署方案,；d-f：分排放量水平的鋼鐵企業(yè)部署情況）
該研究評估了我國鋼鐵行業(yè)碳捕集與封存技術(shù)部署方案的經(jīng)濟(jì)成本及能源、水資源消耗,。結(jié)果表明,，到2060年，中國鋼鐵行業(yè)部署碳捕集與封存技術(shù)的平準(zhǔn)化減排成本為187.4至193.5元每噸二氧化碳,，預(yù)計隨著碳排放權(quán)交易價格的上升而具備成本競爭力,。然而，技術(shù)部署將導(dǎo)致中國鋼鐵行業(yè)的能源,、水資源消耗分別增加21.7%-22.4%和30.9%-33.3%,。需注意技術(shù)部署對重點地區(qū)（如河北省）造成的潛在資源短缺風(fēng)險,。
圖3.中國鋼鐵行業(yè)碳捕集與封存技術(shù)部署的能源與水資源消耗
（a-b：總能源與水資源消耗量及其組成（碳捕集,、碳運輸、碳封存與驅(qū)水回收）,；c-d：分省及分地點的能源與水資源消耗）
該研究提出的方法適用于鋼鐵及其他難減排行業(yè),，通過“行業(yè)減排路徑預(yù)測-碳排放源模擬-源匯匹配”框架，識別應(yīng)優(yōu)先部署碳捕集與封存技術(shù)的排放點源以及對應(yīng)的封存點,。整合各行業(yè)的結(jié)果,，可形成國家或區(qū)域?qū)用娴奶疾都c封存技術(shù)部署方案，支撐該技術(shù)在全國范圍內(nèi)的應(yīng)用,，最終推動難減排行業(yè)實現(xiàn)遠(yuǎn)期碳中和目標(biāo),。
相關(guān)研究成果以“中國鋼鐵行業(yè)低碳轉(zhuǎn)型中的碳捕集與封存技術(shù)遠(yuǎn)期部署策略”（Long-term transformation in China’s steel sector for carbon capture and storage technology deployment）為題,，于5月7日發(fā)表于《自然·通訊》（Nature Communications）。
清華大學(xué)環(huán)境學(xué)院2022屆畢業(yè)生王奕涵為論文第一作者,，環(huán)境學(xué)院教授溫宗國為共同第一作者及通訊作者,。環(huán)境學(xué)院2021級博士生許毛和2021屆碩士畢業(yè)生丁加對該研究作出重要貢獻(xiàn)。研究得到國家自然科學(xué)基金委員會專項項目,、新基石科學(xué)基金會科學(xué)探索獎研究項目的支持,。
論文鏈接：
https://www.nature.com/articles/s41467-025-59205-3
供稿：環(huán)境學(xué)院
編輯：李華山
審核：郭玲
