Combining Material Flow Analysis and Systems Dynamic to Asscess CO2 emissions of Taiwan Iron and Steel Industry

全球暖化為廿一世紀人類需要解決的最大難題，其中CO2又是全球暖化的主要元兇。鋼鐵業屬高耗能產業，作業過程中排放大量CO2，因此是工業國家制定節能減碳措施的首要對象。目前國際間重點關注鋼鐵廠整體排放，較少探討製程間物質的流動及個別製程之排放，因此本研究將利用物質流分析探討鋼鐵業各製程中的CO2排放及能源消耗。研究使用物質流分析，架構出台灣鋼鐵業碳及能源的流佈，並結合系統動態，考慮不同情境下未來鋼鐵業CO2排放量，並與鋼鐵業業界定下之目標比較。究結果顯示，2006年台灣鋼鐵業總排放量為3668萬噸，當中直接排放佔74.4%，間接排放佔25.6%；以行業別計算，一貫作業煉鋼廠排放量佔總排放的74.9%，當中直接排放佔一貫作業煉鋼廠排放量的87.1%，間接排放佔12.9%；電弧爐煉鋼廠排放量佔總量的25.1%，當中直接排放佔電弧爐煉鋼廠排放量的36.6%，間接排放佔73.4%。貫作業煉鋼廠中，CO2主要排放源依次為汽電共生廠、高爐製程及燒結製程；能源消耗最多的依次為高爐製程、燒結製程及汽電共生廠。電弧爐煉鋼廠主要CO2排放來外購電力的使用，佔63%；能源消耗方面，電力亦為主要消耗能源，佔57%。過系統動態模型，模擬三種不同情境下台灣鋼鐵業未來CO2排放量，顯示單獨以替代能源或投資減量設備均不足以讓鋼鐵業排放量達到預定目標，故必須要兩者配合，另外亦顯示業界所訂下之減量目標在現今技術水平下難以達到。Global warming is the greatest tribulations in the world and human have to solve the issue of CO2 because it contributes the most in global warming. Iron and Steel Industry is a high energy-consuming industry, which releases huge CO2 emissions during the plant is manufacturing. Therefore, this industry is the first instance target by the government to reduce carbon dioxide emissions and energy-saving. n this study, Material Flow Analysis has been used to construct the carbon flow and energy flow in Iron and Steel Industry. The combination of Systems Dynamic can be forecasting the CO2 emissions with different scenarios in future and comparing the goals of CO2 emissions, which set by industry. he results showed that Taiwan’s total CO2 emissions of Iron and Steel Industry is 36.68 million tons in year 2006, which accounted 74.4% for direct emissions and 25.6% for indirect emissions. The integrated steelmaking plant (ISP) accounted for 74.9% of total emissions, which showed 87.1% for direct emissions and 12.9% for indirect emissions. On the other hand, electric arc furnace (EAF) steelmaking plant emissions accounted for 25.1% of total, which conducted 36.6% for direct emissions and 73.4% for indirect emissions.he contributions of the sources in ISP of CO2 emissions are cogeneration, blast furnace process and sintering process. However, blast furnace process consumes the highest energy, followed by sintering process and cogeneration. CO2 emissions from EAF mainly to the use of purchased electricity, which accounting for 63%. As for the energy consumption, electricity it the main energy source which accounting for 57%.hrough the Systems Dynamic model, we can forecast the CO2 emissions of Taiwan steel industry with three different scenarios in the future. Nevertheless, the results showed that separately “using alternative sources of energy” or “install reduction equipment” is not meeting the reduction targets for the Iron and Steel Industry; because it must be applied with both scenarios to achieve the reductions target and it is difficult to achieve under present level.摘要 ibstract ii錄 ii目錄 vii目錄 xi一章 緒論 1.1研究背景 1.2 研究目的 2.3研究流程 3二章 文獻回顧 5.1鋼鐵的發展與現況 5.1.1世界鋼鐵業的發展 5.1.2台灣鋼鐵產業現況 9.1.3台灣鋼鐵消費情況 10.2鋼鐵業與溫室氣體減量 11.2.1台灣鋼鐵業二氧化碳排放 12.3 鋼鐵業環境與能源管理相關研究 14.4 物質流分析 19.4.1物質流分析的原理 19.4.2物質流分析在環境中的意義 21.4.3物質流分析與二氧化碳盤查工具之比較 21.5系統動態模擬 24三章 研究方法 27.1研究步驟與概要 27.2物質流分析 29.2.1物質流分析中的方法 30.2.2本研究物質流的系統邊界 30.2.3物質流之建立方法 32.3系統動態分析 33四章 台灣鋼鐵業碳素流及能源流分析 35.1一貫作業煉鋼廠之作業流程 35.2一貫作業煉鋼廠之碳素流及二氧化碳排放 37.3一貫作業煉鋼廠之能源流分析 42.4電弧爐煉鋼廠之作業流程 48.5電弧爐煉鋼廠之二氧化碳排放及能源使用 49.6鋼鐵業的隱藏流 55.6.1 煤的國外隱藏流 56.6.1.1煤的種類 56.6.1.2煤礦開採 57.6.1.3煤礦在開採過程中的排放 58.6.1.4 外購焦炭於生產過程中的排放 60.6.2鐵礦的國外隱藏流 61.6.2.1鐵礦的種類 61.6.2.2鐵礦開採的排放 62.6.3廢鋼的進口及利用 63.6.4運輸過程的排放 63.6.5使用外購電所導致的排放 65.7台灣鋼鐵業總二氧化碳排放 66.8 不確定性探討 68五章 以系統動態預測鋼鐵業二氧化碳排放 70.1鋼鐵業未來之產量 70.2鋼鐵業之減量策略 71.3 系統動態模型建立 71.4情境分析 75.5未來與過去排放量之比較 81.6 小結 83六章 結論與建議 85.1 結論 85.2 建議 86考文獻 88錄1 鋼鐵業相關物料之含碳量及熱值 A1錄2 物質流及能源流各流佈之解釋 A3錄3 原料運輸過程中的排放 A1