2020年10月26日 ，日本首相菅義偉宣布，日本將在2050年實現(xiàn)溫室氣體零排放，完全實現(xiàn)“碳中和”。當下，以應(yīng)對氣候變暖制約經(jīng)濟增長和作為經(jīng)濟增長代價的時代已經(jīng)結(jié)束。國際社會已經(jīng)進入了將應(yīng)對氣候變暖轉(zhuǎn)變?yōu)榻?jīng)濟增長機遇的時代。

本文對2021年3月日本經(jīng)濟產(chǎn)業(yè)省和各有關(guān)府省制定的“實現(xiàn)2050年碳中和的綠色發(fā)展戰(zhàn)略”（以下簡稱：綠色發(fā)展戰(zhàn)略）做簡要介紹。

綠色發(fā)展戰(zhàn)略概要

為在2050年實現(xiàn) “碳中和”，日本制定了14個主要相關(guān)產(chǎn)業(yè)的綠色發(fā)展戰(zhàn)略“實施計劃”，內(nèi)容包括該產(chǎn)業(yè)的現(xiàn)狀和需解決的課題、今后的發(fā)展方針和2050年前的路線圖。鋼鐵業(yè)屬于這14個產(chǎn)業(yè)中的“碳循環(huán)·原料產(chǎn)業(yè)”。

綠色發(fā)展戰(zhàn)略對于各產(chǎn)業(yè)通用的主要政策包括預(yù)算、稅制、金融、規(guī)制改革·標準化、國際合作等方面。例如，在預(yù)算方面，在NEDD（日本新能源·產(chǎn)業(yè)技術(shù)綜合開發(fā)機構(gòu)）建立了2萬億日元的“綠色創(chuàng)新基金”，對包括氫煉鐵在內(nèi)的18個項目進行研究開發(fā)。

電力產(chǎn)業(yè)的脫碳化是實現(xiàn)2050年“碳中和”目標最為關(guān)鍵的一步，需要發(fā)展可再生能源、氫能發(fā)電和以CO2回收為前提條件的火力發(fā)電、核能發(fā)電，逐步實現(xiàn)電力產(chǎn)業(yè)的脫碳化。

對于電力產(chǎn)業(yè)以外的其他產(chǎn)業(yè)（工業(yè)、運輸?shù)龋�，要大力推進電氣化，通過與“碳中和”的電氣化組合，逐步實現(xiàn)這些產(chǎn)業(yè)的脫碳化。對于難以實現(xiàn)電氣化的高需求產(chǎn)業(yè)，要逐步利用氫等脫碳燃料，并從化石燃料中回收、再利用CO2。對于這些產(chǎn)業(yè)，必須進行創(chuàng)新型的制造工藝的開發(fā)和脫碳技術(shù)的開發(fā)。

除上述措施外，對于最終仍難以實現(xiàn)脫碳化的產(chǎn)業(yè)，采取植樹、直接空氣碳捕獲與儲存（DACCS）、生物能源碳捕獲與儲存（BECCS ）等技術(shù)逐步實現(xiàn)碳中和目標。

材料產(chǎn)業(yè)的實施計劃

鋼鐵等各種金屬、化學品、水泥、紙張等材料是支撐人們生活的重要物資。這些材料的輕量化、強韌化有助于下游工序的節(jié)能和資源的節(jié)約。

另外，材料產(chǎn)業(yè)在材料生產(chǎn)制造過程中會排出大量的CO2，其中鋼鐵業(yè)的CO2排放目前相對較高，需要對鋼鐵生產(chǎn)工藝進行根本性變革。

總體來說，為在2050年實現(xiàn)“碳中和”，需要推進在創(chuàng)新型金屬材料、創(chuàng)新型的冶煉、軋制及加熱方法、資源有效利用等方面的研究開發(fā)（圖1）。

3.1創(chuàng)新型金屬材料

3.1.1簡介

實現(xiàn)汽車、船舶、飛機等各產(chǎn)業(yè)的“碳中和”，需要創(chuàng)新型的金屬材料支撐。例如，為提高能效，要推進運輸機械的輕量化，輕量強韌化金屬材料不可或缺。為實現(xiàn)5G、6G高度發(fā)展的信息通信社會，需要開發(fā)高強度、高導熱率的新型合金，以使數(shù)據(jù)中心節(jié)能化。

此外，在社會公共設(shè)施領(lǐng)域，為擴大使用新型的無碳能源，需要提供滿足各種特性要求的材料。例如，對于氫供給設(shè)備，為防止氫脆的發(fā)生，需要開發(fā)耐氫腐蝕性優(yōu)良的創(chuàng)新型金屬材料。

3.1.2具體研發(fā)方向

為使產(chǎn)業(yè)界最終產(chǎn)品達到脫碳化的目標，應(yīng)實現(xiàn)創(chuàng)新型金屬材料的開發(fā)和供給，降低運輸機械的燃料消耗，高度發(fā)展信息通信社會。例如，開發(fā)出超過現(xiàn)有汽車用高強度鋼板的創(chuàng)新型超高強度鋼板，以及多種材料復(fù)合（多元化材料）等，使運輸機械在保持成本競爭力的同時進一步輕量化。

飛機發(fā)動機電動化需要使用新型合金和高耐熱性材料。為此要加速開發(fā)飛機發(fā)動機用的全新高性能材料，以使新一代飛機輕量化和飛機發(fā)動機高效率化，降低飛機的燃料消耗，預(yù)計這項研究將使2040年全年飛機發(fā)動機CO2減排量達到92.8萬噸。此外，為實現(xiàn)數(shù)據(jù)中心的省電化，早日實現(xiàn)5G、6G社會，還要開發(fā)功能性合金，既提高熱傳導率，又實現(xiàn)高強度化。

在社會公共設(shè)施方面，要開發(fā)出適于日本國內(nèi)特殊自然條件的高強度、短工期、低成本的海上風力發(fā)電用結(jié)構(gòu)材和電纜用材。對于日本現(xiàn)在依存于海外企業(yè)的海上風力發(fā)電產(chǎn)業(yè)，要構(gòu)建海上風力發(fā)電的國內(nèi)產(chǎn)銷鏈，從而實現(xiàn)海上風力發(fā)電裝置的低建造成本和低維護維修成本。

3.2主要存在的問題

3.2.1簡介

金屬材料在實現(xiàn)“碳中和”社會中具有很大作用，但目前金屬材料在制造階段（冶煉、軋制）仍會排放大量的CO2，其脫碳化是當務(wù)之急。

在冶煉工序，如能用氫取代用作鐵礦石還原劑的煤炭，則可大幅降低CO2排放量。但焦炭的還原反應(yīng)是放熱反應(yīng)，而利用氫的還原反應(yīng)是吸熱反應(yīng)，隨著氫還原反應(yīng)的進行，高爐會冷卻。為連續(xù)進行還原反應(yīng)，需要補充熱量。此外，減少煤炭用量，反應(yīng)氣體在爐內(nèi)流通需要的間隙發(fā)生怎樣的變化等技術(shù)方面的問題解決難度很大，所以目前在世界上尚未建立起氫還原鐵的技術(shù)。另外，低成本氫的供應(yīng)問題也尚未解決。

對于軋制及加熱工序，加熱爐的能耗很大，存在電費等能耗成本過大的問題。為此，需要對加熱爐開展大幅節(jié)能創(chuàng)新加熱技術(shù)的開發(fā)。

3.2.2具體研發(fā)方向

鋼鐵產(chǎn)業(yè)“碳中和”的目標是，率先在世界上進行CO2排放量實質(zhì)為零的“零碳鋼鐵”技術(shù)的開發(fā)和應(yīng)用，到2050年使綠色鋼鐵的市場份額達到5億噸/年。

為此實施的措施包括：在鋼鐵生產(chǎn)的還原及冶煉工序，開發(fā)利用高爐進行氫還原鐵礦石的技術(shù)，分離回收高爐煤氣中的CO2和將回收的CO2轉(zhuǎn)化為還原劑再利用的技術(shù)，以及減少鋼鐵生產(chǎn)中CO2排放量的技術(shù)。為實現(xiàn)2050年的“零碳鋼鐵”目標，確立了支撐全氫還原鐵礦石的“氫直接還原法”的基礎(chǔ)技術(shù)，包括鐵礦石還原需要的爐內(nèi)熱補償技術(shù)、原料中的雜質(zhì)去除技術(shù)、電爐熔煉還原鐵的技術(shù)等。

在熔煉和軋制工序（包括鋼鐵及非鋼行業(yè)），開發(fā)省電化電解和軋制再加熱的電加熱化等CO2減排技術(shù)。一般來說，電加熱的能源效率低于化石燃料的能源效率，因此要提高電加熱裝置用材的熱傳導率，推進電加熱的節(jié)能化，以降低材料的生產(chǎn)成本。

3.3資源的有效利用

3.3.1簡介

日本的礦產(chǎn)資源對外依存度很高，為實現(xiàn)金屬材料的穩(wěn)定供給，必須提高國內(nèi)產(chǎn)生的廢金屬料的循環(huán)利用水平，并致力于實現(xiàn)資源的節(jié)約。

此外，要擴大環(huán)境友好型金屬材料的應(yīng)用，降低金屬材料制品全生命周期的CO2排放量，參與制定關(guān)于全生命周期環(huán)境負荷評價的國際標準，以規(guī)范和促進綠色金屬的普及與應(yīng)用。

3.3.2具體研發(fā)方向

通過資源循環(huán)利用的擴大和制品長壽化使CO2排放量下降，以實現(xiàn)脫碳化，并降低資源的制約性。例如，可以預(yù)見，輕量化材料鋁在汽車制造中的需求將會增大。預(yù)計到2050年鋁材在全球汽車用材市場中的份額將增加50%，達到約1.4億噸。為此，要進行可將廢鋁材循環(huán)用于汽車車體材料的高端循環(huán)利用技術(shù)的開發(fā)，使鋁材的資源循環(huán)利用率由現(xiàn)在的10%提高到50%（2050年）。

在鋼鐵材料方面，汽車板等高等級材料還依賴于高爐-轉(zhuǎn)爐長流程工藝，為此要開發(fā)和利用雜質(zhì)去除技術(shù)，從而實現(xiàn)由長流程向短流程工藝的轉(zhuǎn)變，促進鋼鐵材料的循環(huán)利用。

此外，從含有微量稀有金屬元素等的鐵礦石、廢金屬料和海洋中提取和回收稀有金屬技術(shù)，稀有金屬的再利用、再資源化技術(shù)，減少稀有金屬用量技術(shù)，以及用非稀有金屬替代稀有金屬技術(shù)的開發(fā)和高端化，可以有效地緩解稀有金屬資源短缺的制約。