标普全球大宗商品研究了全球部分大型公司在2050年底或更早实现净零碳排放的方法。时至今日，美国钢铁行业在设定和实现净零排放目标上正面临着巨大的压力，钢铁企业正采取多管齐下的方法来减少温室气体排放。据业内估计，钢铁行业的二氧化碳排放量占全球总排放量的7%-11%。根据美国能源部9月份的一份报告，2021年美国钢铁行业产生的二氧化碳约占美国二氧化碳当量排放总量的1%。伴随着终端市场和投资方对清洁生产需求的日益增长，美国钢铁制造商正在探索使用太阳能和风能以及核能、生物发电和氢气等可再生能源，以减少生产中对煤炭和天然气的依赖。碳捕集和封存是钢铁制造商正在探索的另一大新兴市场。不过，清洁生产将需要巨大的投资，根据美国能源部的一项分析，到2050年，为了扩大脱碳技术规模，美国钢铁生产的脱碳或将需要250亿-400亿美元的资本投资。
不同炼钢路径的能源结构
美国钢铁行业的代表企业和其他地方团体认为，从全球范围来看，由于普遍采用了碳排放较低的电弧炉生产，美国的钢铁生产相较其他地区更为清洁，目前电弧炉生产的钢铁约占美国钢铁总产量的70%。根据美国能源部的数据，目前美国电弧炉生产相关的排放量约为0.3-0.7吨CO2e/吨钢水，而传统高炉-转炉生产工艺路线约为2-2.5吨CO2e/吨钢水。美国能源部的数据证实，高炉-转炉工艺约89%的能源投入来自煤炭，7%来自电力，3%来自天然气，1%来自其他气体，而在电弧炉工艺中，来自煤炭的能源投入占11%，电力占50%，天然气占38%，其他来源占1%。
对于电弧炉钢厂而言，改用可再生能源为其运营提供动力，将会带来最大的直接减排。根据标普全球大宗商品分析，2022年美国钢铁制造商约15%-20%的电力消耗来自无碳来源，主要包括：风能、太阳能、水力发电和生物发电。这一数字略高于欧洲和亚洲竞争对手。标普全球大宗商品表示，钢铁企业的清洁电力采购战略通常包括四种电力来源模式：直接与可再生能源开发商签订企业购电协议；与当地电力供应商签订绿色电价；购买非捆绑能源属性证书；使用自产可再生能源发电。获得可再生能源取决于电网的接入，或者有财力在运营地点附近安装太阳能或风能，相关投资的规模正促使钢铁制造商寻找可靠的合作伙伴，帮助其开发可再生能源发电厂，为厂区运营提供稳定能源。另一方面，钢铁制造商面临的另一个限制因素是可再生能源发电的间歇性。随着冶金设备的持续电力负荷，向100%可再生电力的转型将需要显著增大购电协议的规模，或借助更高级的储能技术，这两种情况下都会大幅增加能源采购成本。
美国钢企可再生电力来源
近期，为了实现预定的减排目标，克利夫兰-克利夫斯、纽柯、钢动力（SDI）和美国钢铁公司等美国最大的四家钢铁制造商相继宣布了采购可再生能源的计划。
纽柯已经签订了三份购电协议，其中两份是太阳能，一份是风能。该公司还宣布了2050年净零排放目标，并表示这将导致温室气体强度达到116千克GHGs/吨钢水，包括范围1、2、3的排放。
钢动力已与NextEra Energy Resources的一家子公司签署了一份可再生购电协议，将由德克萨斯州斯库里县的一个新风电场项目生产308兆瓦的电力，该项目预计将于2024年底投入运营。一旦投入运营，该风电场项目预计每年将产生约110万兆瓦时的电力，相当于钢动力旗下钢铁厂2022年用电量的16%，超过了该公司设定的2025年可再生电力占10%的目标。目前钢动力制定了到2030年在其运营中使用30%的可再生电力的目标，并计划到2050年在其北美炼钢业务中实现碳中和。
2022年12月克利夫兰-克利夫斯与EDP Renewables公司签署了为期15年的购电协议，购买印第安纳州兰道夫县200兆瓦Headwater III风力发电场的180兆瓦电力；美国钢铁公司计划从位于阿肯色州奥西奥拉的大河钢厂附近一座太阳能发电厂获得太阳能电力，该工厂预计将于2025年投入运营。
考虑到主要钢铁企业100%采购可再生能源的平均目标年份为2045年，预计到2030年，美国钢铁行业可再生能源消费份额可能会比目前15%-20%的水平翻一番。
美国钢企的脱碳投资计划
除了风能和太阳能外，纽柯一直在寻求利用核能来减少碳排放，并于2023年9月份宣布将向核聚变开发商Helion投资3500万美元，新建一座500兆瓦的发电厂，该电厂最早将于2030年为其电弧炉供电。通过部署核聚变发电，纽柯最大的钢铁厂每年可以减少范围2温室气体排放约50万吨。同年5月，该公司还与NuScale Power签署了一份谅解备忘录，探讨NuScal e小型模块化核反应堆选址，用于为钢铁厂提供电力。
同样作为电弧炉钢铁制造商，钢动力也在采取措施解决排放问题。2022年6月，该公司与可再生生物碳生产商Aymium成立了一家合资企业，共同在密西西比州哥伦布市建设和运营生物碳生产设施，为钢动力电弧炉钢厂提供化石燃料碳的可再生替代品。钢动力估计，拟建的生物碳设施的初始产能预计超过16万吨/年，可以将范围1炼钢的温室气体排放强度降低20%-25%，而该设施的沼气可能会带来潜在收益。钢动力预计生物碳设施将于2024年下半年正式投入运营。
今年10月美国政府正式宣布资助在美国中西部建立地区性氢气中心，克利夫兰-克利夫斯将其评价为“钢铁生产全新时代的开端”。事实上，目前克利夫兰-克利夫斯生产足迹中的所有碳排放都是由于使用了化石燃料还原剂或能源，而这些能源在经济上没有可行的替代品，氢可以改变这种状况。如果氢可以获得并且具有成本竞争力，那么在现有高炉中转而使用氢气就是一项资本密集度极低的投资，只需稍作改动即可。克利夫兰-克利夫斯目前正在建造一条管道，将氢气输送到印第安纳港最大的7号高炉，整体投资不到900万美元。今年5月，该公司在俄亥俄州米德尔敦工厂的高炉成功完成了氢气喷吹试验，这标志着氢气作为还原剂在美洲地区的首次使用。借助氢利用技术，该公司有望在2050年前实现净零排放。
美国钢铁公司制定了到2050年实现净零排放的目标，今年9月该公司表示，计划测试一种先进的膜技术，在宾夕法尼亚州的埃德加?汤姆森工厂捕集炼钢作业产生的二氧化碳，这也是与美国能源部国家能源技术实验室合作的一部分。作为美国能源部点源碳捕集计划的一部分，该计划旨在从工业设施中捕集碳，从而减少二氧化碳排放，进而满足美国的脱碳目标。今年6月纽柯与埃克森美孚签署了一项协议，从路易斯安那州科文特的直接还原铁厂捕集高达80万吨/年的二氧化碳，并将其储存于当地设施中。
尽管钢铁制造商正在投资清洁生产，但克利夫兰-克利夫斯一直是美国市场首个表示为低碳产品支付溢价的公司。该公司最近推出了一项40美元/短吨的“克里夫斯H”附加费，适用于该公司俄亥俄州托莱多工厂由热压块铁生产的钢材产品，从而减少二氧化碳排放。克利夫兰-克利夫斯表示，当氢气制造的钢材实现商业化，该公司将实施一项“氢”附加费。如果客户需要采购绿色钢材，他们还需要支付这一笔费用，并将这一理念继续灌输给消费者或最终用户，以期付诸实践。
