3月11日，欧盟联合研究中心（JRC）发布了钢铁、水泥、氨、纸浆和造纸、铝、陶瓷、玻璃等7个高能耗行业的情况说明^[1]，描绘了其碳中和转型路线图，包括短期部署能效提升、电气化、燃料替代和循环经济，长期应用突破性前沿技术等，旨在引导研究、创新和公共资金投入，将欧洲气候和竞争力目标转化为针对性支持。

1、铝行业。欧盟要实现2050年净零排放目标，需要将该行业碳排放量减少90%~95%。短期内最具成本效益的减排路径是使用脱碳电力和二次铝回收利用，中长期则依赖突破性的熔炼技术和直接电气化。需突破的技术包括：

（1）惰性阳极。该技术可以在霍尔-埃鲁法中替代碳阳极，使用化学性质稳定的材料，在过程中释放氧气。目前处于技术成熟度（TRL）4~5级，虽然已通过试点证明了技术可行性，但在成本、耐用性和现有设施改造方面仍面临障碍。

（2）氢气集成。将氢气与天然气混合用于工业供热正在兴起，生产成本仍是主要障碍。氢气也可作为熔炼还原剂，理论上可实现无碳排放的铝生产，但该概念目前仍处于实验室规模，面临重大技术挑战。

（3）碳捕集、利用与封存（CCUS）。在原铝生产中，CCUS技术有潜力捕集精炼过程以及熔炉和熔炼过程中化石燃料燃烧产生的排放。然而，铝冶炼厂烟气中的CO₂浓度相对较低，导致碳捕集成本较高。

（4）直接电气化。在技术可行的情况下，用电力替代中低温工艺中的化石燃料，被业界视为关键的解决方案。

（5）工艺优化。实施最佳实践和现有最佳技术，以提高能效并减少燃料使用。

（6）资源效率（回收循环）。铝可以无限次回收，回收废铝所需的能源比原铝生产少95%。这能提供直接且大规模的减排效益，但受限于废料可用性及收集分拣系统的完善度。

2、氨行业。根据净零排放情景预测，欧盟到2050年约70%的氨生产将依赖可再生氢，剩余排放将通过蒸汽甲烷重整结合碳捕集与封存（CCS）来消除，以实现净零目标。短期内由于与现有工厂的兼容性，基于CCS的解决方案将占据主导地位；长期则需要应用电解制氢和生物质制氢。合成氨的碳排放主要来源于化石燃料制氢，脱碳技术研发分为两条路线：一是在现有化石燃料制氢后端加装碳捕集装置；二是开发颠覆性制氢方法（如电解水制绿氢和甲烷热解），并探索低温催化等新一代合成工艺。需突破的技术包括：

（1）CCS。可对现有工厂进行改造，捕集自热重整装置中85%~95%的排放和蒸汽甲烷重整装置中约85%的排放，但其无法消除对化石燃料的依赖，且上游甲烷泄漏等限制了其全生命周期的温室气体减排效果（仅能减排60%~85%）。

（2）电解制氢。使用可再生电力通过电解水生产氢气可消除直接碳排放，质子交换膜和碱性电解槽最为成熟，而固体氧化物电解槽效率更高，但仍处于研发和示范阶段（TRL 6~7级）。高昂的生产成本和电力的波动性是其推广的主要壁垒。

（3）甲烷热解制氢。将甲烷分解为氢气和固态碳，目前处于TRL 7级。该技术消除了生产端排放，但其未来规模化应用取决于能否为固态碳副产品找到可持续的应用场景。

（4）工业电气化。当前正在探索电气化甲烷蒸汽重整技术，以天然气为原料，由电力提供工艺热。

（5）替代合成方法。包括：开发低温催化剂和吸附剂增强型哈伯-博施（Haber-Bosch）合成工艺，以降低运行压力并提高能效；光催化水分解技术；利用生物酶从水和大气氮中合成氨的生物法工艺。这些技术目前仍处于低成熟度阶段。

（6）提升效率。通过用高效新工厂取代低效老厂，以及用天然气替代重烃原料，全球平均能耗可降低约25%。

3、水泥行业。欧盟绝大多数水泥生产企业将在2050年实现全面脱碳（接近100%减排）。短期内，行业将通过替代燃料和能效提升实现初步减排；但在中长期内，CCUS技术将占据绝对主导地位，预计可消除约一半的行业排放。水泥行业的碳排放极难避免，因为超过一半的排放来自于熟料煅烧时的化学分解，而非单纯的燃料燃烧。因此，脱碳技术研发主要分为两端：一是在前端源头开发新型替代材料以降低高碳熟料的使用量；二是在后端大规模部署碳捕集技术。需突破的技术包括：

（1）CCUS。CCUS是水泥行业减排潜力最大的技术（50%~90%），能同时处理工艺排放和燃料燃烧排放。尽管其在水泥行业的成熟度相对较低，却是长期实现净零排放的必由之路。

（2）替代材料。减排潜力位居第二（10%~50%），核心在于减少最终水泥产品中的熟料比例。研发重点包括碳酸钙替代物、替代粘合剂化学物质、波特兰熟料的直接替代品及新型添加剂。

（3）替代燃料。以生物质燃料、混合废弃物以及新兴燃料（如绿电和绿氢）取代传统化石燃料为窑炉供热。

（4）能效提升。涵盖余热回收利用、提升电能效率和冷却效率，以及整体工艺的统筹优化，是短期内最具成本效益的减排技术。

4、玻璃行业。为了与欧盟气候目标保持一致，玻璃行业需要在2040年减少90%的排放，并最终在2050年实现净零排放。短期内，该行业的脱碳主导方案是最大化回收利用碎玻璃以及提升能效；中长期则需要规模化推广混合电助熔技术和无碳燃料，并最终向全面电气化或使用绿氢过渡。玻璃生产的绝大部分能源需求集中在温度高达1000℃以上的熔融阶段。因此，技术研发的核心在于如何用零碳电力或低碳替代燃料直接取代熔炉中的天然气燃烧，同时深入挖掘废热梯级利用与循环经济潜力。需突破的技术包括：

（1）电气化。包括混合熔炉中的电助熔和全电熔融系统。小型熔炉（<200吨/天）电熔技术已成熟（TRL 9），但在大型熔炉（如日产700吨平板玻璃）及特殊玻璃成分的应用上仍处于研发和试点阶段（TRL 3~5），且面临电网稳定性和二次原料兼容性挑战。

（2）燃料替代。将天然气替换为生物气、生物甲烷或氢气（TRL 5~8），当前壁垒在于生物质燃料供应有限，且当氢气混合比例超过20%时，需要对熔炉进行重新设计并解决高温燃烧带来的氮氧化物（NO_x）排放问题。

（3）工艺优化。包括升级熔炉、全氧燃烧、批料造粒和原材料预热等。研发的前沿方向是利用极低温的废热进行天然气蒸汽重整以制取氢气。

（4）循环经济。增加二次原料和碎玻璃的使用能直接降低能耗和工艺排放（TRL 9），但这需要建立更完善的消费后玻璃收集与高标准的分拣质控体系。

（5）CCUS。该技术是唯一能捕集原材料熔化过程碳排放（占总排放20%~25%）的方法，但面临实施成本极高且通常玻璃厂规模不足以支撑大型CCUS基础设施的瓶颈。

5、钢铁行业。根据转型轨迹估计，欧盟钢铁行业到2050年可实现81%~100%的减排，部分难以消除的残余排放（13%~19%）可能需要依赖负碳技术抵消。钢铁脱碳的本质是摆脱以煤炭/焦炭等碳基物质为还原剂的传统高炉炼铁工艺，脱碳技术研发聚焦于三大路线：利用绿氢替代碳的氢冶金技术；直接使用绿电电解铁矿石的颠覆性技术；在现有高炉后段加装碳捕集。需突破的技术包括：

（1）氢直接还原铁（DRI）。利用氢气作为还原剂，若使用绿电和绿氢可完全消除直接碳排放。该技术目前处于TRL 6~8级，当前最先进的DRI工厂已具备使用纯氢的能力，在绿氢普及前可先使用天然气制氢作为过渡。

（2）铁矿石电解。包括碱性铁电解（TRL 5~6级）和熔融氧化物电解（TRL 2~4级）。这类颠覆性技术无需任何碳基还原剂，通过电化学方式将铁矿石直接转化为铁和氧气，具备超高减排潜力和成本优势，是长远研发的核心，预计在2040年代实现商业化。

（3）增加废钢使用（循环经济）。使用电弧炉回收废钢炼钢（TRL 4~8级）所需的能源仅为原生钢的10%~15%。当前研发和推广的主要壁垒是如何提升废钢分拣技术，以控制铜等有害杂质，满足高品质钢材需求。

（4）CCUS。对现有高炉-转炉工艺进行改造，加装化学吸收式胺基碳捕集装置（TRL 6~8级），可减少约73%的现场排放。天然气直接还原工艺也可与燃烧后碳捕集相结合。

6、陶瓷行业。据预测，欧盟陶瓷行业到2050年将实现91%~100%的深度减排。短期内，需部署能效提升、创新干燥与烧成工艺以及替代燃料；2040年之后，将必须依靠碳捕集技术来处理难以消除的残余工艺排放。陶瓷生产同样高度依赖高温热，但由于其生产设施普遍规模较小且布局分散，给集中式脱碳带来了挑战。因此，技术研发倾向于分散式的电气化加热方案、快速干燥与微波烧结技术，以及废热高效梯级利用。需突破的技术包括：

（1）创新干燥与烧成技术。包括：在干燥环节引入工业热泵、微波辅助干燥和感应加热；在烧成环节探索混合窑、全电隧道窑及电极加热技术。这些创新工艺是改变传统热能需求模式的关键。

（2）燃料替代。改用生物甲烷、绿氢，或通过可再生电力实现供热阶段的深度电气化（TRL 7~9级），瓶颈主要在于确保低碳能源稳定供应和可负担的成本。

（3）余热回收及其他能效提升。通过有机朗肯循环、热管换热器、热回收与储热系统，以及将热空气循环用作助燃空气、结合热电联产，大幅提高系统整体热效率。

（4）替代材料。优化原料，使用本地或已脱碳的材料，并开发新型材料配方以改进陶瓷产品设计，从源头降低焙烧难度。

（5）CCUS。用于捕集陶瓷制造中不可避免的残余工艺碳排放。鉴于单个陶瓷工厂排放规模极小，适用于中小规模的低成本碳捕集技术目前仍处于早期阶段，是未来长期的研发难点。

7、造纸行业。为了实现欧盟2040年减排90%的新目标，造纸行业预计必须大幅加速脱碳。该行业使用的能源已有59%来自生物质，其脱碳路线主要利用能效提升、供热电气化、非氢替代燃料等杠杆；若结合突破性工艺与CCUS，有望实现全行业的深度净零乃至“负排放”。制浆造纸是高度依赖蒸汽和脱水干燥的行业，且绝大部分碳排放源于黑液蒸发、纸张干燥等供热环节，研发焦点集中在颠覆传统水基工艺的新型制浆与造纸技术，以及如何利用大量生物质排放源部署碳捕集。需突破的技术包括：

（1）提升能效。采用储能、机械蒸汽再压缩、无空气干燥、过热蒸汽干燥以及工业4.0数字化管理等成熟度较高的技术（TRL 8~9级），优化高耗能环节的蒸汽使用。

（2）工业电气化。推进供热工艺的直接电气化（如电锅炉、大型热泵、太阳能供热），并在干燥环节应用空气干燥器、微波和超声波脱水技术（TRL 8~9级）。高昂的清洁电力成本是其全面推广的主要障碍。

（3）燃料替代（非氢基燃料）。全面转向生物质或天然气锅炉、实施高效热电联产，并利用气化、热解等热化学转化技术将树皮、锯末、妥尔油等副产品直接转化为高品位燃料（TRL 7~9级）。

（4）新兴与突破性技术。该领域处于低成熟度阶段（TRL≤6级），涵盖原材料的生物预处理、使用深度共晶溶剂进行温和制浆、高浓造纸技术，以及最具颠覆性的无水造纸和无蒸发脱水技术。

（5）CCUS。主要应用于石灰窑、回收锅炉等环节（TRL 6~7级）。造纸行业拥有庞大的生物源碳排放，通过部署碳捕集即可实现具有极高经济价值的负碳排放，但目前严重缺乏碳运输和封存基础设施网络。

（岳芳）