ISO 14404-32024 钢铁生产二氧化碳排放强度计算方法第3部分配备电弧炉（EAF）和煤基或气基直接还原铁（DRI）设施的钢铁厂标准立项发展报告

钢铁生产二氧化碳排放强度计算方法第3部分：配备电弧炉（EAF）和煤基或气基直接还原铁（DRI）设施的钢铁厂标准立项发展报告StandardizationDevelopmentReport:CalculationMethodofCarbonDioxideEmissionIntensityfromIronandSteelProduction—Part3:SteelPlantwithElectricArcFurnace(EAF)andCoal-basedorGas-basedDirectReductionIron(DRI)Facility摘要关键词：钢铁生产；二氧化碳排放强度；电弧炉；直接还原铁；国际标准；碳排放核算Keywords:Ironandsteelproduction;Carbondioxideemissionintensity;Electricarcfurnace;Directreductioniron;Internationalstandard;Carbonemissionaccounting1引言1.1研究背景钢铁工业是国民经济的重要基础原材料产业，同时也是能源消耗和碳排放的主要来源部门。据国际能源署统计，全球钢铁行业直接碳排放约占能源相关碳排放总量的7%～9%。在《巴黎协定》框架下，全球已有130多个国家和地区提出了碳中和目标，钢铁行业的深度脱碳已成为各国应对气候变化行动的关键领域之一。从生产工艺路线来看，钢铁生产主要分为以高炉-转炉（BF-BOF）为代表的长流程和以电弧炉（EAF）为代表的短流程两大类。近年来，随着废钢蓄积量的持续增长和清洁能源成本的不断下降，电弧炉短流程炼钢在全球范围内的比例逐年提升。同时，直接还原铁（DRI）技术作为替代传统高炉炼铁的重要路径，特别是以天然气或绿氢为还原气体的气基直接还原工艺，因其较低的碳排放强度而受到国际钢铁行业的高度重视。然而，碳排放核算标准的发展却相对滞后于工艺技术进步的步伐。在ISO14404系列标准发布之前，国际上缺乏针对配备电弧炉和直接还原铁设施的钢铁厂二氧化碳排放强度计算方法的统一规范，不同国家和地区的核算方法在边界划分、排放因子选取、分配原则等方面存在显著差异，导致核算结果的可比性不足，给国际贸易中的碳足迹评价和绿色钢铁产品认证带来了技术障碍。1.2标准立项的必要性在钢铁行业数字化转型和绿色低碳转型的双重驱动下，建立科学、统一、可操作的碳排放强度计算方法标准已成为当务之急。第一，满足国际碳管理需求。随着欧盟碳边境调节机制（CBAM）的逐步实施和全球碳定价体系的不断扩展，钢铁产品的碳排放数据已成为国际贸易中的关键竞争要素。缺乏统一的核算标准将导致企业在国际碳贸易规则下面临核算口径不一致、数据互认困难等现实问题。第二，顺应工艺技术发展趋势。全球钢铁生产中电弧炉钢产量占比已从2000年的约33%提升至目前的约38%，预计到2050年将超过50%¹。与此同时，直接还原铁产量保持持续增长态势，2023年全球DRI产量达到1.36亿吨。配备EAF和DRI设施的钢铁厂已成为全球钢铁产能结构中的重要组成部分，亟需与之相匹配的标准化碳排放核算方法。第三，填补国际标准空白。ISO14404-1:2015和ISO14404-2:2015分别规定了高炉/转炉路线和废钢+电弧炉路线的碳排放强度计算方法，但前者适用于以铁矿石为主要原料的传统长流程，后者主要针对以废钢为主的简单短流程。对于配备DRI装置的复杂电弧炉钢厂，即同时涉及铁矿石还原和废钢熔炼的混合工艺流程，ISO14404系列中尚未有专门的标准予以覆盖。ISO14404-3:2024的发布正好填补了这一技术空白。2标准编制工作情况2.1标准起草单位ISO14404-3:2024由国际标准化组织钢铁技术委员会推动制定。在标准的编制过程中，来自全球主要产钢国家的技术专家和企业代表积极参与，包括中国、日本、德国、韩国、美国、印度等国家的标准化机构和钢铁企业。中国的冶金工业规划研究院、中国宝武钢铁集团等单位参与了标准的制定工作，为标准的科学性、适用性和国际协调性提供了重要的技术支撑。2.2编制原则本标准在编制过程中遵循以下核心原则：（1）科学性原则。碳排放强度计算方法应准确反映钢铁生产过程中的实际碳排放状况，方法学基础应建立在国际公认的温室气体核算框架之上，并与政府间气候变化专门委员会（IPCC）发布的国家温室气体清单指南相衔接。（2）一致性原则。本标准作为ISO14404系列的第3部分，在术语定义、计算框架、报告要求等方面与ISO14404-1和ISO14404-2保持一致性，同时兼顾配备EAF和DRI设施钢铁厂的工艺特殊性。（3）可操作性原则。计算方法应考虑企业实际数据可获得性和测量条件，避免过度复杂的计算程序，确保标准能够在实际生产中有效实施。（4）国际协调性原则。技术内容设计充分考虑不同国家和地区的资源禀赋、能源结构和工艺发展水平，确保标准在全球范围内的适用性和可推广性。（5）兼容性原则。标准的制定注重与其他相关国际标准的协调兼容，包括ISO14064系列温室气体量化与报告标准、ISO14067产品碳足迹标准、ISO20915钢铁产品生命周期清单计算方法标准，以及世界钢铁协会（WorldSteel）发布的CO₂数据收集指南等。2.3编制过程ISO14404-3的制定工作经历了标准立项建议（NP阶段）、工作组草案（WD阶段）、委员会草案（CD阶段）、国际标准草案（DIS阶段）、最终国际标准草案（FDIS阶段）等各阶段，历时约三年完成。在编制过程中，工作组广泛征集了各成员体的意见和建议，对标准的适用范围、核算边界、排放源识别、分配方法、数据质量要求等关键技术问题进行了多轮深入讨论和充分协商，最终形成了各方普遍认可的技术方案。3标准主要技术内容解析3.1范围界定ISO14404-3:2024规定了配备电弧炉（EAF）和煤基或气基直接还原铁（DRI）设施钢铁厂的二氧化碳排放强度计算方法。该标准适用于以铁矿石（通过直接还原工艺）和废钢为主要金属原料、以电弧炉为主要熔炼设备的钢铁生产工厂。标准覆盖的范围包括焦化、烧结/球团（如配套）、直接还原、电弧炉炼钢、精炼、连铸、热轧和冷轧等工序环节的二氧化碳排放核算。需要特别说明的是，该标准的适用对象具有明确的针对性——即配备DRI设施的EAF钢厂。这类钢厂在工艺流程上具有独特性：它既有直接还原工序（将铁矿石还原为DRI），又有电弧炉熔炼工序（将DRI与废钢一起熔炼为钢水），属于以“DRI+废钢+EAF”为核心特征的混合型短流程工艺。这一界定使得标准的适用范围既区别于仅使用废钢的简单EAF钢厂（由ISO14404-2覆盖），也有别于以高炉-转炉为主的长流程钢厂（由ISO14404-1覆盖），形成了互补的标准谱系。3.2术语和定义标准界定了与碳排放强度计算相关的关键术语，主要包括：-二氧化碳排放强度：单位粗钢产品产量所排放的二氧化碳量，通常以tCO₂/t粗钢表示；-直接排放：钢铁生产过程中化石燃料燃烧、工业过程（如石灰石分解、电极消耗、直接还原过程中的碳消耗）等产生的二氧化碳排放；-间接排放：外购电力、热力等二次能源在生产过程中产生的二氧化碳排放；-直接还原铁（DRI）：在低于铁矿石熔化温度的条件下，通过气态或固态还原剂将铁矿石还原得到的金属铁产品，包括海绵铁（直接还原铁）和热压铁块（HBI）；-核算边界（系统边界）：纳入碳排放核算的生产工序和排放源的物理边界范围；-排放因子：将活动数据转换为二氧化碳排放量的系数。上述术语定义的明确统一，为碳排放强度计算的规范实施奠定了术语学基础。3.3核算边界与排放源识别标准的核算边界覆盖钢铁生产主流程各工序，具体包括：（1）直接还原工序。在此工序中，还原剂（天然气、煤基还原剂或合成气等）与铁矿石在直接还原竖炉或其他反应器中进行还原反应，生成直接还原铁。此工序的碳排放源包括还原剂燃烧和还原反应过程中的二氧化碳生成、加热炉燃料燃烧排放，以及部分还原剂在重整过程中产生的排放。（2）电弧炉炼钢工序。此工序是短流程钢铁生产的核心环节，排放源包括：电能消耗对应的间接排放（根据电力排放因子核算）、石墨电极消耗产生的直接排放、天然气或氧气喷射等辅助能源燃烧产生的排放、造渣剂（石灰石、白云石等）分解产生的工艺排放，以及废钢中残留碳素氧化产生的排放。（3）精炼与连铸工序。钢包炉精炼、真空脱气等精炼设备运行过程中消耗的电能和燃料，以及合金添加剂消耗产生的排放，均应纳入核算范围。（4）轧制工序。热轧、冷轧及热处理等下游加工工序的加热炉燃料燃烧排放和电力消耗排放，也需计入钢厂碳排放总量。（5）辅助生产系统。制氧站、空压站、水处理系统以及厂内运输设备等辅助生产环节的碳排放应纳入核算边界。区别于ISO14404-1对高炉-转炉路线的完整边界划分，ISO14404-3对配备DRI设施的EAF钢厂的核算边界做了针对性规定。与ISO14404-2（废钢+EAF路线）相比，ISO14404-3的核算边界额外纳入了直接还原工序，即从铁矿石到DRI的完整还原反应过程及其相关的原料处理、还原剂制备和尾气处理系统。为了确保核算的可比性，标准对核算边界进行了明确的注释性说明，包括：如果钢铁厂也包含烧结或球团工序，则这些工序的排放也应计入核算范围；厂内自备电厂、自备焦炉等辅助设施的排放根据其是否为钢铁生产服务来确定是否纳入核算边界；外销的二次能源（如自备电厂外送电力）对应的排放量应从总排放中扣除。3.4二氧化碳排放强度的计算方法ISO14404-3规定的碳排放强度计算方法遵循“总排放量/合格产品产量”的基本公式，即在核算边界内，将各排放源的二氧化碳排放量累加得到碳排放总量，再除以合格粗钢产量，得到单位产品二氧化碳排放强度。其计算逻辑可表述为如下核心公式：E总=E直接+E间接-E外销C强度=E总/P钢其中：-E总为核算边界内二氧化碳排放总量（tCO₂）；-E直接为核算边界内燃料燃烧、工业过程和电极消耗等产生的直接排放（tCO₂）；-E间接为外购电力和热力对应的间接排放（tCO₂）；-E外销为向外输送的二次能源（如自备电厂外送电力、外销蒸汽等）所对应的排放量（tCO₂）；-P钢为核算期内合格粗钢产量（t）；-C强度为单位粗钢产品的二氧化碳排放强度（tCO₂/t粗钢）。在上述框架下，标准针对电弧炉配备DRI设施的工艺特点，确定了以下关键计算规则：（1）直接排放的核算。直接排放主要包括三类：一是燃料燃烧排放，涵盖各工序加热炉、热处理炉、发电设备等燃烧天然气、煤粉、焦炉煤气等燃料产生的排放，计算方式为燃料消耗量与排放因子的乘积；二是工艺过程排放，涵盖直接还原过程中还原剂消耗产生的排放（含天然气重整过程排放）、电弧炉中石墨电极消耗产生的排放、石灰石和白云石等熔剂分解产生的排放，以及废钢中碳素氧化产生的排放；三是直接还原工序的特殊排放，DRI生产过程中还原气体的重整反应会产生大量CO₂，同时在电弧炉中，DRI带入的残余碳和脉石成分也会影响冶炼过程和碳排放特征，需要单独核算。（2）间接排放的核算。间接排放以外购电力、外购蒸汽等二次能源的消耗量乘以相应的排放因子获得。鉴于不同国家和地区的电网排放因子存在显著差异，标准允许采用区域电网平均排放因子或供应商特定排放因子进行计算，但要求明确注明了因子来源和参考年份。这一灵活性设计充分考虑了全球各国电力结构差异较大的实际情况。（3）分配方法。如果钢铁厂同时生产粗钢和DRI外售产品，或者有多条生产线共用公辅设施，需要采用适当的分配方法将排放量分配至不同产品。标准推荐采用物理分配方法（按产品重量）为主，也可根据工艺特点采用其他可追溯的分配方法，但须在报告中予以说明。（4）排放因子的选取。标准要求各排放源的排放因子应优先采用实测值或供应商提供的数据；在无法获得实测数据的情况下，可采用国家标准值或IPCC推荐默认值，但应在报告中标注数据来源和不确定度。（5）特殊情况处理。针对DRI生产过程中常用的尾气回收利用工艺，标准明确指出：回收利用的尾气（如竖炉顶气回收用作燃料）所对应的碳排放已在直接排放中计算，不重复计算；若DRI装置副产蒸汽并用于其他工序，则按照热力排放因子进行核算。3.5数据质量与报告要求为保证碳排放强度计算结果的可信度和可追溯性，标准对数据质量管理和报告内容提出了系统性要求：在数据质量管理方面，标准要求企业建立完善的碳排放数据监测、采集、记录和归档体系，明确各排放源的数据来源和测量频次，并实施数据质量控制与保证程序。在报告内容方面，钢铁厂的碳排放强度报告应包含以下核心要素：核算边界和涵盖工序的描述、排放源识别清单、活动数据及其来源说明、排放因子及选取依据、计算过程与结果、数据质量评估，以及与前一年度的对比分析。报告要素的标准化有助于增强碳排放数据的透明度，便于第三方核查机构开展独立验证，提升数据的可信度和国际互认程度。3.6标准创新点ISO14404-3:2024相较于同系列前两部分标准，在技术内容上有显著创新：（1）首次系统规定了DRI工艺碳排放核算方法。该标准是全球首个专门针对DRI工艺路线碳排放核算的国际标准，填补了直接还原工艺碳排放核算方法标准的国际空白。（2）构建了柔性化的核算框架。鉴于全球DRI技术路线多元化（气基竖炉、煤基回转窑、流化床等），标准设计了灵活性较强的核算框架，可适用于不同DRI技术路线的排放核算需求。（3）建立了与产品碳足迹的衔接机制。标准的核算框架与ISO14067产品碳足迹标准形成有效衔接，为企业后续开展钢铁产品碳足迹评价提供数据基础。（4）将“DRI+EAF”混合流程纳入标准化轨道。该标准将“直接还原+电弧炉”这一新兴低碳钢铁生产工艺路线纳入国际标准体系，为全球钢铁行业推广低碳工艺提供标准化技术支撑。特别值得一提的是，该标准的发布对于中国钢铁行业具有特殊的参考价值。直接还原铁结合电弧炉的工艺路线，正逐步成为中国钢铁行业近零碳排放在技术路线图上的重要备选路径。2022年以来，中国宝武等龙头企业已开始布局气基直接还原项目。ISO14404-3的实施，将为中国钢铁行业加快这一领域的标准研究工作提供国际参考框架。4标准实施的意义与展望4.1实施意义ISO14404-3:2024的发布实施对于全球钢铁行业的绿色低碳转型具有多方面的重要意义。在企业层面，该标准为配备EAF和DRI设施的钢铁企业提供了一套科学、规范、国际统一的二氧化碳排放强度计算方