林圣華

(國家能源集團(tuán)技術(shù)經(jīng)濟(jì)研究院，北京市昌平區(qū)，102211)

隨著人類工業(yè)社會的快速發(fā)展，由碳排放引起的溫室效應(yīng)日漸嚴(yán)重，冰川融化、極端天氣等氣候問題已經(jīng)開始對人類生存產(chǎn)生威脅，世界各國減碳降碳刻不容緩。在全球氣候變化和能源轉(zhuǎn)型的背景下，各國都高度重視無碳和低碳能源的開發(fā)利用。我國在國際社會上提出了“碳達(dá)峰”和“碳中和”的目標(biāo)，需要全社會為之努力。在鋼鐵產(chǎn)業(yè)和冶金行業(yè)生產(chǎn)過程中需要使用大量的碳作為還原劑，因此也會造成大量碳排放。當(dāng)前，我國鋼鐵產(chǎn)業(yè)和冶金行業(yè)年碳排放量超過22億t[1]，是我國碳排放重點(diǎn)行業(yè)。在“雙碳”和可持續(xù)發(fā)展的雙重目標(biāo)加持下，鋼鐵產(chǎn)業(yè)和冶金行業(yè)需要進(jìn)一步探索并通過低碳技術(shù)的應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)行業(yè)高質(zhì)量、低碳和清潔化發(fā)展。氫能作為新興戰(zhàn)略能源，具有零污染、高能量、來源豐富、用途廣泛等優(yōu)點(diǎn)，可以成為促進(jìn)鋼鐵產(chǎn)業(yè)綠色低碳發(fā)展的重要技術(shù)方向[2]。

1 鋼鐵產(chǎn)業(yè)和冶金行業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀

鋼鐵產(chǎn)業(yè)和冶金行業(yè)是國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展的基礎(chǔ)性產(chǎn)業(yè)，對完善國民經(jīng)濟(jì)產(chǎn)業(yè)支撐、保障國家安全、提升國際地位有著極其重要的作用。但由于對煤炭資源的需求占據(jù)著主導(dǎo)地位，鋼鐵產(chǎn)業(yè)和冶金行業(yè)成為碳排放的主要部門之一。

公開資料顯示，全球鋼鐵產(chǎn)業(yè)和冶金行業(yè)每年的碳排放量約占全球溫室氣體排放總量的3%～4%，我國鋼鐵產(chǎn)業(yè)碳排放量占全國碳排放量的15%[3]，占全球鋼鐵工業(yè)碳排放量的60%以上，因此降低碳排放一直是我國鋼鐵企業(yè)的重要任務(wù)。此外，鋼鐵產(chǎn)業(yè)和冶金行業(yè)中的燒結(jié)、煉焦生產(chǎn)過程將產(chǎn)生廢水、硫化物、氮化物、一氧化碳和二惡英等有害物質(zhì)，環(huán)境污染嚴(yán)重[4]。

為降低鋼鐵產(chǎn)業(yè)的碳排放，各國均在積極探索相關(guān)技術(shù)的研究和應(yīng)用。歐洲、日本、韓國等國家和地區(qū)的鋼鐵企業(yè)均制定了包括氫冶金在內(nèi)的低碳冶金技術(shù)路線，加快了技術(shù)研發(fā)、示范和應(yīng)用。

我國《鋼鐵工業(yè)調(diào)整升級規(guī)劃(2016-2020年)》要求在“十三五”期間能源消耗總量和污染物排放總量分別下降10%和15%以上。此外，《鋼鐵行業(yè)碳達(dá)峰及降碳行動方案》已完成初稿，初步確定了鋼鐵產(chǎn)業(yè)碳達(dá)峰目標(biāo)和重點(diǎn)任務(wù)。2025年前，鋼鐵產(chǎn)業(yè)實(shí)現(xiàn)碳排放達(dá)峰；到2030年，鋼鐵產(chǎn)業(yè)碳排放量較峰值降低30%，預(yù)計(jì)將實(shí)現(xiàn)碳減排4.2億t。鋼鐵產(chǎn)業(yè)碳達(dá)峰和降碳行動的主要舉措包括推動綠色產(chǎn)業(yè)布局、節(jié)能及提升能效、優(yōu)化電能結(jié)構(gòu)及流程結(jié)構(gòu)、構(gòu)建循環(huán)經(jīng)濟(jì)產(chǎn)業(yè)鏈以及應(yīng)用突破性低碳技術(shù)。我國相關(guān)大型鋼鐵企業(yè)如寶武集團(tuán)、鞍鋼集團(tuán)、河鋼集團(tuán)也發(fā)布了碳減排目標(biāo)和低碳冶金路線圖，積極聯(lián)合科研機(jī)構(gòu)部署和開展相關(guān)技術(shù)探索和研究，并通過開展低碳冶金示范項(xiàng)目推進(jìn)鋼鐵產(chǎn)業(yè)碳減排。

其中，氫冶金成為實(shí)現(xiàn)鋼鐵產(chǎn)業(yè)低碳發(fā)展最重要的技術(shù)路徑。氫冶金是指利用氫氣生產(chǎn)海綿鐵的氣基直接還原工藝或其他富氫冶金技術(shù)。傳統(tǒng)高爐煉鐵工藝無法規(guī)避產(chǎn)生的二氧化碳，而氫冶金工藝以其環(huán)保零排放的特點(diǎn)受到越來越多的關(guān)注，碳冶金和氫冶金化學(xué)反應(yīng)方程式如下：

碳冶金：

2Fe2O3+ 3C = 4Fe + 3CO2

(1)

氫冶金：

Fe2O3+ 3H2= 2Fe + 3H2O

(2)

由式(1)和式(2)可知，碳冶金還原劑是C，最終產(chǎn)物是CO2，從生產(chǎn)工藝上無法避免碳排放[5]。而氫冶金還原劑為H2，最終產(chǎn)物是H2O，不僅無污染，還可以進(jìn)行二次利用，真正做到零碳排放。將氫代替碳作為高爐還原劑，可減少或完全避免鋼鐵生產(chǎn)中的碳排放，是非常重要的碳減排技術(shù)，將對鋼鐵產(chǎn)業(yè)和冶金行業(yè)生產(chǎn)工藝帶來革命性變革[6]。從環(huán)境保護(hù)角度來看，推進(jìn)氫冶金發(fā)展，進(jìn)一步替代碳冶金，是鋼鐵工業(yè)發(fā)展低碳經(jīng)濟(jì)的最佳選擇[7]。

2 氫冶金技術(shù)路線

氫冶金是鋼鐵產(chǎn)業(yè)低碳綠色轉(zhuǎn)型升級的有效途徑之一，目前研發(fā)熱點(diǎn)主要集中在富氫還原高爐工藝和氫氣氣基直接還原豎爐工藝。

2.1 富氫還原高爐工藝

富氫還原高爐工藝即通過噴吹天然氣、焦?fàn)t煤氣等富氫氣體參與煉鐵過程。相關(guān)試驗(yàn)表明，富氫還原高爐工藝在一定程度上能夠通過加快爐料還原，從而減少碳排放[8]，但由于該工藝基于傳統(tǒng)高爐，焦炭的骨架作用無法被完全替代，因此氫氣噴吹量存在極限值，一般認(rèn)為高爐富氫還原的碳減排范圍處于10%～20%之間，減排效果不夠明顯。富氫還原高爐工藝流程如圖1所示。

圖1 富氫還原高爐煉鐵工藝流程[9]

富氫還原高爐工藝相關(guān)化學(xué)方程式如下：

Fe2O3+ 3H2= 2Fe + 3H2O

(3)

Fe2O3+ 3CO = 2Fe + 3CO2

(4)

CH4+ H2O = CO + 3H2

(5)

CH4+ CO2= 2CO + 2H2

(6)

2.2 氫氣氣基直接還原豎爐工藝

氣基直接還原豎爐工藝即通過使用氫氣與一氧化碳混合氣體作為還原劑，將鐵礦石直接還原為鐵，再將其投入電爐進(jìn)行進(jìn)一步冶煉。根據(jù)還原氣氛中氫的含量，可分為富氫冶金和全氫冶金：焦?fàn)t煤氣氣基豎爐直接還原鐵為富氫冶金，全氫冶金為100%氫氣冶金。相較于富氫還原高爐工藝，氣基直接還原豎爐工藝碳排放量可減少50%以上[10]。

對比2種工藝，富氫還原高爐減碳幅度為10%～20%，效果有限；氣基直接還原豎爐工藝是直接還原技術(shù)，不需要煉焦、燒結(jié)、煉鐵等環(huán)節(jié)，能夠從源頭控制碳排放，相較于高爐富氫還原減碳幅度可達(dá)50%以上，減排潛力較大，是迅速擴(kuò)大直接還原鐵生產(chǎn)的有效途徑。但氣基豎爐存在吸熱效應(yīng)強(qiáng)、入爐氫氣量增大、生產(chǎn)成本升高、還原速率下降、產(chǎn)品活性高和難以鈍化運(yùn)輸?shù)戎T多問題。無論是高爐煉鐵還是氣基豎爐直接還原煉鐵，采用氫冶金方式均有著明顯的減碳作用。在世界鋼鐵冶金的發(fā)展中，氣基豎爐還原工藝生產(chǎn)的鐵約占鋼鐵產(chǎn)量的80%[11]，是鋼鐵產(chǎn)業(yè)和冶金行業(yè)綠色發(fā)展的主要方向。

3 國內(nèi)外氫冶金發(fā)展現(xiàn)狀

國外在氫冶金方面的應(yīng)用相對較早，相關(guān)技術(shù)的開發(fā)和項(xiàng)目也較多，日本、德國、瑞典、奧地利等國家率先進(jìn)行了大量的氫冶金技術(shù)開發(fā)和示范應(yīng)用；隨著國內(nèi)鋼鐵產(chǎn)業(yè)和冶金行業(yè)碳排放的逐步增加，相關(guān)企業(yè)也開始著手布局氫冶金，寶武集團(tuán)、河鋼集團(tuán)、酒鋼集團(tuán)、天津榮程集團(tuán)、中晉太行、建龍集團(tuán)等相繼開展相關(guān)氫冶金的研究及項(xiàng)目建設(shè)。

3.1 國外氫冶金發(fā)展態(tài)勢

近年來，全球鋼鐵工業(yè)都在積極開展氫冶金實(shí)踐。歐洲、日本、韓國等國家和地區(qū)的鋼鐵企業(yè)均制定了包括氫冶金在內(nèi)的低碳冶金技術(shù)路線圖，并加快研發(fā)、試驗(yàn)和應(yīng)用，尋求工藝技術(shù)突破以實(shí)現(xiàn)碳中和目標(biāo)[12-13]。整體上，國外氫冶金技術(shù)相對成熟。日本是最早用氫氣進(jìn)行煉鐵嘗試的國家，早在2008年日本啟動了環(huán)境和諧型煉鐵項(xiàng)目(COURSE50)，最終目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)煉鐵工藝二氧化碳排放量減少30%；隨后，瑞典、奧地利、德國等歐洲國家相繼開展了氫冶金項(xiàng)目，研發(fā)熱點(diǎn)主要有富氫還原高爐煉鐵和氫氣氣基豎爐直接還原工藝。國外氫冶金代表性項(xiàng)目發(fā)展情況見表1，目前全球已經(jīng)有多個(gè)氫冶金技術(shù)案例，并在具體實(shí)踐中取得了階段性成果。

表1 國外氫冶金代表性項(xiàng)目情況

3.2 國內(nèi)氫冶金發(fā)展態(tài)勢

鋼鐵產(chǎn)業(yè)作為支撐我國國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展的基礎(chǔ)性產(chǎn)業(yè)之一，是“雙碳”目標(biāo)下工業(yè)綠色發(fā)展的主戰(zhàn)場。近年來，我國陸續(xù)出臺了相關(guān)政策支持并推進(jìn)鋼鐵產(chǎn)業(yè)綠色低碳發(fā)展，氫冶金為重要的支持方向之一。2021年4月，工信部印發(fā)《鋼鐵行業(yè)產(chǎn)能置換實(shí)施辦法》，提出退出配套燒結(jié)、焦?fàn)t、高爐等設(shè)備并建設(shè)氫冶金和Corex、Finex、HIsmelt等非高爐煉鐵項(xiàng)目的煉鐵產(chǎn)能，可實(shí)施等量置換；2022年1月，工信部、國家發(fā)展改革委和生態(tài)環(huán)境部聯(lián)合印發(fā)《關(guān)于促進(jìn)鋼鐵工業(yè)高質(zhì)量發(fā)展的指導(dǎo)意見》，提出到2025年，氫冶金、低碳冶金等先進(jìn)工藝技術(shù)取得突破進(jìn)展，支持建立低碳冶金創(chuàng)新聯(lián)盟，制定氫冶金行動方案，加快推進(jìn)低碳冶煉技術(shù)研發(fā)應(yīng)用；2022年2月，國家發(fā)展改革委、工信部、生態(tài)環(huán)境部、國家能源局聯(lián)合發(fā)布《鋼鐵行業(yè)節(jié)能降碳改造升級實(shí)施指南》，提出重點(diǎn)圍繞富氫冶煉、氫冶煉等低碳技術(shù)開展產(chǎn)業(yè)化試點(diǎn)示范。

隨著氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展熱度持續(xù)升溫，鋼鐵產(chǎn)業(yè)成為氫能應(yīng)用發(fā)展的重點(diǎn)方向。2022年3月，國家發(fā)展改革委、國家能源局聯(lián)合發(fā)布《氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展中長期規(guī)劃(2021-2035年)》，提出開展以氫作為還原劑的氫冶金技術(shù)研發(fā)應(yīng)用，探索氫冶金示范應(yīng)用。鋼鐵產(chǎn)業(yè)開展用氫示范，相關(guān)研發(fā)、設(shè)計(jì)和配套裝備制造的熱情明顯提升。目前，國內(nèi)多個(gè)鋼鐵企業(yè)在氫冶金方向進(jìn)行了戰(zhàn)略布局，通過聯(lián)合科研單位等方式，科學(xué)推進(jìn)多種氫冶金技術(shù)生產(chǎn)項(xiàng)目試點(diǎn)。其中，寶武集團(tuán)于2021年11月發(fā)布了《寶武集團(tuán)碳中和行動方案》，公布了以富氫碳循環(huán)高爐和氫基豎爐為主要工藝路線的碳中和冶金技術(shù)路線圖；河鋼集團(tuán)于2022年3月發(fā)布《低碳發(fā)展技術(shù)路線圖》，提出低碳技術(shù)變革路徑具體措施為氫冶金和CCUS技術(shù)應(yīng)用。整體上，我國布局氫冶金的相關(guān)鋼鐵企業(yè)主要包括寶武集團(tuán)、河鋼集團(tuán)、酒鋼集團(tuán)、天津榮程聯(lián)合鋼鐵集團(tuán)、中晉太行煉化公司、建龍集團(tuán)等，具體見表2。

表2 國內(nèi)氫冶金相關(guān)項(xiàng)目情況

目前，我國氫冶金發(fā)展尚處于起步階段，各項(xiàng)技術(shù)正處于試點(diǎn)示范中，多家企業(yè)已將氫冶金作為發(fā)展戰(zhàn)略進(jìn)行布局，但離規(guī)?；陌l(fā)展和應(yīng)用仍有著很大距離。隨著我國支持氫冶金發(fā)展相關(guān)政策的陸續(xù)出臺和支持體系的逐步完善，以及各大企業(yè)氫冶金項(xiàng)目的持續(xù)推進(jìn)，我國氫冶金將迎來快速發(fā)展并為我國鋼鐵產(chǎn)業(yè)和冶金行業(yè)節(jié)能減排做出重大貢獻(xiàn)。

4 氫冶金的競爭力分析

(1)鋼鐵冶金用氫代碳，長遠(yuǎn)看經(jīng)濟(jì)性可期。用氫氣代替煤炭用于鋼鐵產(chǎn)業(yè)和冶金行業(yè)，工藝變換中成本占比最大是還原劑本身。經(jīng)計(jì)算，生產(chǎn)1 t生鐵需要601 Nm3氫氣，補(bǔ)償吸熱反應(yīng)需要67 Nm3氫氣，加熱融化島1 600 ℃需要85 Nm3氫氣，按照75%熱效率計(jì)算，生產(chǎn)1 t生鐵最終需要的氫氣量為1 000 Nm3。而傳統(tǒng)工藝，生產(chǎn)1 t生鐵需要300 kg焦炭和200 kg煤粉。按照當(dāng)前的煉焦成本估算，鋼鐵產(chǎn)業(yè)用氫替代碳進(jìn)行還原可接受的氫氣成本為0.65元/Nm3。當(dāng)前國內(nèi)煤制氫成本約0.83～1.13元/Nm3，國內(nèi)泰鋼、鞍鋼等集團(tuán)利用焦?fàn)t煤氣通過變壓吸附和提純后的氫氣成本為1元/Nm3，該成本價(jià)格雖然大于成本平衡價(jià)格，但已較為接近，隨著制氫技術(shù)不斷發(fā)展，氫氣價(jià)格將進(jìn)一步降低，逐漸縮小與平衡成本之間的差距，因此用氫氣替代煤炭作為鋼鐵冶金還原劑具備較大的經(jīng)濟(jì)性潛力[14]。

(2)鋼鐵企業(yè)氫氣資源豐富。由于鋼廠本身的生產(chǎn)需求或副產(chǎn)氣體處理需求，大型鋼鐵企業(yè)均擁有獨(dú)立的氣體生產(chǎn)工廠。如沙鋼集團(tuán)氫氣產(chǎn)能為1 400 t/a，氫氣純度達(dá)99.999%；河鋼集團(tuán)焦?fàn)t煤氣產(chǎn)量達(dá)33萬Nm3/h，按氫氣含量55%計(jì)算，約可年產(chǎn)16億Nm3氫氣，氫氣純度達(dá)99.999%；寶鋼集團(tuán)在華東地區(qū)擁有完善的高純氫生產(chǎn)和配送網(wǎng)絡(luò)，擁有1.8萬Nm3/h制氫能力及10萬Nm3/h的工業(yè)氫資源。

從長遠(yuǎn)來看，未來用氫氣替代煤炭作為還原劑進(jìn)行煉鋼，從成本經(jīng)濟(jì)性和資源便利性方面都具備較大發(fā)展?jié)摿Α?/p>

5 氫冶金發(fā)展存在的問題

(1)氫能在鋼鐵產(chǎn)業(yè)和冶金行業(yè)的應(yīng)用在我國仍處于起步階段。對比國外項(xiàng)目，我國鋼鐵產(chǎn)業(yè)和冶金行業(yè)在用氫氣替代煤炭作為還原劑方面起步較晚，盡管氫冶金已經(jīng)開始受到了越來越多的關(guān)注，但國內(nèi)整體上在該領(lǐng)域仍處于起步和技術(shù)研究階段。在富氫還原高爐煉鐵工藝和氫氣氣基豎爐直接還原工藝方面，我國在理論基礎(chǔ)、技術(shù)積累以及產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用方面與國外均存在一定差距。主要表現(xiàn)在以下4個(gè)方面：一是缺乏在低碳冶金工藝爐內(nèi)反應(yīng)機(jī)理和爐料特性變化理論方面的研究；二是氫還原為高溫環(huán)境(大于850 ℃)，我國在耐高溫材料以及高溫環(huán)境下的氫安全如防爆、防漏等方面缺乏相關(guān)基礎(chǔ)研究[15]；三是缺乏與低碳冶金相配套的反應(yīng)器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)以及工藝控制技術(shù)；四是國內(nèi)部分氫冶金技術(shù)已建成示范工程并投產(chǎn)，取得一定創(chuàng)新突破，但各項(xiàng)示范工程尚處于工業(yè)性試驗(yàn)階段，離真正的產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用還存在較大距離。

(2)短期內(nèi)氫氣作為還原劑成本仍較高。煉鋼需要大量的高純度、低成本氫氣，目前氫氣成本仍然較高，短期內(nèi)很難降低到可滿足以氫代煤可接受的氫氣成本。此外，更為重要的是，目前全球超過95%的氫氣來自天然氣、煤炭等化石能源制氫，每生產(chǎn)1 t氫氣，以天然氣為原料時(shí)將產(chǎn)生9～12 t碳排放，以煤炭為原料時(shí)將產(chǎn)生約22 t碳排放，在當(dāng)前能源轉(zhuǎn)型及“雙碳”戰(zhàn)略目標(biāo)下，此類制氫工藝不可持續(xù)。通過可再生能源電解水制氫才是未來鋼鐵產(chǎn)業(yè)氫冶金工藝的重要途徑，而當(dāng)前綠氫制造成本相比化石能源制氫更為高昂，若按照電價(jià)0.25元/(kW·h)計(jì)算，綠氫成本價(jià)格約為1.5元/Nm3，遠(yuǎn)大于0.65元/Nm3的成本平衡價(jià)格。

(3)缺乏頂層設(shè)計(jì)和政策支持。政策引領(lǐng)和技術(shù)支持是氫冶金技術(shù)發(fā)展至關(guān)重要的兩大因素。當(dāng)前，國家層面已出臺的涉及氫冶金方面的政策相對比較宏觀，缺乏與氫冶金配套的專項(xiàng)規(guī)劃、政策體系、標(biāo)準(zhǔn)體系、安全規(guī)范等細(xì)分政策，導(dǎo)致難以持續(xù)匹配良好的資源配置和有效投入，因此無法支撐氫冶金科技創(chuàng)新、技術(shù)突破以及示范應(yīng)用的循序漸進(jìn)和高質(zhì)量發(fā)展。

6 氫冶金發(fā)展趨勢展望

隨著碳達(dá)峰、碳中和目標(biāo)的提出，作為碳交易市場的主要目標(biāo)產(chǎn)業(yè)和核心參與者，鋼鐵產(chǎn)業(yè)和鋼鐵企業(yè)低碳轉(zhuǎn)型勢在必行。在此進(jìn)程中，以氫氣部分或全部代替?zhèn)鹘y(tǒng)以碳為主的冶金工藝，可從根本上解決現(xiàn)有冶金工藝的能源結(jié)構(gòu)和高排放問題，是當(dāng)前鋼鐵產(chǎn)業(yè)低碳發(fā)展、能源變革的重要方向。其中，對比傳統(tǒng)“高爐-轉(zhuǎn)爐”鋼鐵長流程，氫為主要還原劑的氫冶金可以加速鋼鐵短流程取代鋼鐵長流程的進(jìn)程，實(shí)現(xiàn)超低碳或無碳排放，且產(chǎn)品純凈度高，可以生產(chǎn)各種高溫合金、耐熱合金、精密合金等航空航天、軍工和民用等高端高附加值材料的基材，我國氫冶金的發(fā)展路線如圖2所示。

圖2 氫冶金發(fā)展路線

在我國未來鋼鐵產(chǎn)業(yè)和冶金行業(yè)發(fā)展過程中，氫冶金將作為重要的技術(shù)手段之一，將有力促進(jìn)鋼鐵企業(yè)實(shí)現(xiàn)碳減排，逐步推動鋼鐵產(chǎn)業(yè)和冶金行業(yè)實(shí)現(xiàn)綠色低碳發(fā)展。下一步，建議大力探索發(fā)展低成本電解水制氫以及核能制氫等新型技術(shù)，降低氫氣成本，發(fā)展“綠氫+冶金”的鋼鐵冶金低碳路線；此外，應(yīng)積極探索相關(guān)配套機(jī)制，如碳稅及氫氣價(jià)格補(bǔ)貼，按階段引導(dǎo)并推進(jìn)鋼鐵產(chǎn)業(yè)和冶金行業(yè)氫利用的產(chǎn)業(yè)化和市場化。未來，隨著各項(xiàng)技術(shù)的成熟和配套政策的完善，我國氫冶金將形成以富氫還原高爐、氣基直接還原豎爐工藝作為主要技術(shù)路線，各項(xiàng)示范項(xiàng)目應(yīng)用持續(xù)推進(jìn)，氫冶金技術(shù)研究和實(shí)踐應(yīng)用融合發(fā)展的新局面。

7 結(jié)論

全球鋼鐵工業(yè)每年碳排放量約占全球溫室氣體排放總量的3%～4%，我國鋼鐵工業(yè)碳排放量占全國碳排放量的15%，占全球鋼鐵工業(yè)碳排放量的60%以上，從技術(shù)路線上看，氫冶金是鋼鐵產(chǎn)業(yè)和冶金行業(yè)實(shí)現(xiàn)低碳發(fā)展最具潛力的技術(shù)路線之一。同時(shí)，通過氫冶金技術(shù)應(yīng)用示范以及與氫能產(chǎn)業(yè)的有效結(jié)合，可有力促進(jìn)鋼鐵企業(yè)的低碳轉(zhuǎn)型和綠色發(fā)展。

(1)各國鋼鐵企業(yè)積極推進(jìn)氫冶金技術(shù)應(yīng)用。歐洲、日本、韓國等國家和地區(qū)的鋼鐵企業(yè)均制定了包括氫冶金在內(nèi)的低碳冶金技術(shù)路線圖，并積極推進(jìn)示范應(yīng)用。全球代表性的氫冶金項(xiàng)目包括瑞典酐鐵HYBRIT項(xiàng)目、薩爾茨吉特SALCOS項(xiàng)目、奧鋼聯(lián)H2FUTURE項(xiàng)目、德國蒂森克虜伯Carbon2Chem項(xiàng)目、寶武集團(tuán)湛江百萬噸級氫基豎爐項(xiàng)目、河鋼張宣高科120萬t/a氫冶金項(xiàng)目等，以上項(xiàng)目均已取得階段性成果。

(2)氣基直接還原豎爐為未來主要路線。氫冶金技術(shù)路線主要包括富氫還原高爐和氫氣氣基豎爐直接還原工藝。富氫還原高爐工藝碳減排范圍處于10%～20%之間，減排效果不夠明顯。氣基直接還原豎爐工藝相較富氫還原高爐工藝，碳排放量可減少50%以上，減排潛力相對較大。在世界鋼鐵冶金的發(fā)展中，氣基豎爐還原工藝生產(chǎn)的鐵約占鋼鐵產(chǎn)量的80%，是鋼鐵冶金的主要發(fā)展方向。我國寶武集團(tuán)、河鋼集團(tuán)、中晉太行等企業(yè)均采用氣基直接還原豎爐工藝開展氫冶金研究并建設(shè)示范項(xiàng)目。

(3)氫冶金技術(shù)尚未成熟，綠氫冶金為重要方向。雖然氫冶金技術(shù)應(yīng)用可大幅度降低鋼鐵產(chǎn)業(yè)碳排放并受到各國鋼鐵企業(yè)的關(guān)注，相關(guān)示范項(xiàng)目也在有序推進(jìn)。但整體上，氫冶金發(fā)展尚處于發(fā)展初期，國內(nèi)外相關(guān)示范項(xiàng)目尤其國內(nèi)示范項(xiàng)目投運(yùn)時(shí)間短，處于工業(yè)性試驗(yàn)階段，相關(guān)技術(shù)研究、材料設(shè)備制備均在不斷探索中，且缺乏頂層設(shè)計(jì)和系統(tǒng)性政策支持，離真正的產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用還存在較大距離。此外，綠氫將是未來氫冶金應(yīng)用的主要原料，但綠氫產(chǎn)業(yè)在我國尚處于發(fā)展初期，成本仍然較高，隨著我國可再生能源電力成本的進(jìn)一步降低以及相關(guān)技術(shù)的突破，疊加未來碳稅成本，綠氫將實(shí)現(xiàn)與傳統(tǒng)焦炭冶金方式相當(dāng)?shù)某杀緝r(jià)格。

(4)氫能助力鋼鐵產(chǎn)業(yè)高質(zhì)量綠色轉(zhuǎn)型。鋼鐵企業(yè)即是產(chǎn)氫企業(yè)，也是用氫單位，氫能與鋼鐵產(chǎn)業(yè)有著天然的協(xié)同促進(jìn)關(guān)系。氫能作為高效、清潔、可持續(xù)的零碳能源，十分契合鋼鐵企業(yè)資源、環(huán)境和可持續(xù)發(fā)展的訴求，通過協(xié)同、融合發(fā)展可助力鋼鐵產(chǎn)業(yè)和冶金行業(yè)實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量綠色轉(zhuǎn)型。一是通過使用氫冶金技術(shù)代替碳冶金，可大幅度降低鋼鐵產(chǎn)業(yè)傳統(tǒng)工藝碳減排，完成減碳目標(biāo)；二是將氫氣融入鋼鐵產(chǎn)業(yè)鏈中，能夠升級傳統(tǒng)鋼鐵制造、擴(kuò)大氫氣使用量、有效利用廢鋼并減少鐵礦石的使用量，優(yōu)化產(chǎn)業(yè)鏈條；三是利用氫能重卡替代柴油重卡進(jìn)行鋼廠物料運(yùn)輸，在大幅度降低鋼鐵產(chǎn)業(yè)運(yùn)輸環(huán)節(jié)碳排放的同時(shí)，提升了鋼鐵企業(yè)的綠色形象。