Tracking Emissions Reductions and Energy Efficiency in the Steel Industry

• Main Author: Morfeldt, Johannes
• Format: Doctoral Thesis
• Language: English
• Published: KTH, Energi och klimatstudier, ECS 2017
• Subjects: energy efficiency; greenhouse gas emissions reductions; indicators; iron and steel industry; systems analysis; energieffektivitet; växthusgasutsläppsminskning; indikatorer; järn- och stålbranschen; systemanalys; Energy Systems; Energisystem
• Online Access: http://urn.kb.se/resolve?urn=urn:nbn:se:kth:diva-205882; http://nbn-resolving.de/urn:isbn:978-91-7729-382-8

The iron and steel industry has become increasingly globalised. Market conditions are also changing and de-carbonisation of production is challenging. The objective of this thesis is to assess how energy efficiency and greenhouse gas emissions reductions can be promoted and effectively monitored in the steel industry. The thesis contributes with analyses based on the Malmquist Productivity Index for a top-down analysis of the energy efficiency of EU Member States’ iron and steel production, and Partial Least Squares regression for bottom-up assessments of different monitoring tools. The thesis also contributes with a scrap availability assessment module to enhance the energy system model ETSAP-TIAM. The first phase of the research showed that future production needs to shift towards innovative low-CO2 technologies even when all available recycled material is fully used. Techniques using carbon capture and storage (CCS) as well as hydrogen-based technologies can be expected to become economically viable under tightened climate policies. The second phase of the research showed that current indicators are insufficient. System boundaries of energy use and emissions data do not align with production statistics. Indicators based on energy use or emissions in relation to production in physical terms may be useful to track specific processes. However, current indicators fail to reflect the companies’ product mix. Enhanced energy and climate indicators that adjust for the product mix provide better estimates while failing to reflect the increasing globalisation. Effective monitoring of industrial transformation will be increasingly important as pressure from climate policy via global CO2-pricing is unlikely in the short term. Current or enhanced indicators do not fully capture industrial transformation and are not recommended. Future research should focus on defining indicators to estimate energy use and emissions along industrial value chains in climate policy contexts. === Järn- och stålindustrin har blivit alltmer globaliserad. Marknadsvillkoren förändras samtidigt som utfasningen av fossila bränslen är utmanande. Målet med den här avhandlingen är att bedöma hur energieffektivitet och växthusgasutsläppsminskningar kan främjas och effektivt utvärderas inom stålindustrin. Avhandlingen bidrar med analyser baserade Malmquists produktivitetsindex för att analysera energieffektivitet av EU:s medlemsstaters järn- och stålproduktion, och partiell minsta- kvadrat-regression för att bedöma olika utvärderingsmått. Avhandlingen bidrar även med en modul som bedömer skrottillgång för att förbättra energisystemmodellen ETSAP-TIAM. I en första fas visade forskningen att framtida produktion behöver ställas om mot innovativa teknologier med låga CO2-utsläpp även när allt tillgängligt återvunnet material används fullt ut. Tekniker som använder koldioxidinfångning och -lagring (CCS) samt vätebaserade teknologier kan förväntas bli ekonomiskt försvarbara under åtstramade klimatpolitiska styrmedel. I en andra fas visade forskningen att nuvarande indikatorer är otillräckliga. Systemgränser för energianvändnings- och växthusgasutsläppsdata stämmer inte överens med produktionsstatistik. Indikatorer utifrån energianvändning eller utsläpp i relation till fysisk produktion kan vara användbara för att följa upp specifika processer. Nuvarande indikatorer lyckas dock inte spegla företagens produktmix. Förbättrade energi- och klimatindikatorer som justerar för produktmixen ger bättre uppskattningar, men speglar inte branschens ökande globalisering. Effektiv utvärdering av industriell transformation blir alltmer viktig då påtryckning från klimatpolitiska styrmedel via global CO2-prissättning är kortsiktigt osannolik. Nuvarande eller förbättrade indikatorer fångar inte industriell transformation fullt ut och rekommenderas inte. Framtida forskning bör fokusera på att definiera indikatorer som uppskattar energianvändning och växthusgasutsläpp längs industriella värdekedjor.  === <p>QC 20170428</p>