   我國鋼鐵工業(yè)二氧化碳排放量約占全國二氧化碳排放量的15%，占全球鋼鐵行業(yè)碳排放量的60%以上！降低二氧化碳排放一直是我國鋼鐵企業(yè)的重大任務(wù)。為此，“有條件要上，沒條件創(chuàng)造條件也要上” 是在“雙碳”目標(biāo)之下，國家對(duì)鋼鐵企業(yè)減排頭號(hào)要求。 2021年 ，除了改變工藝、技改減排等方式之外，國內(nèi)鋼鐵企業(yè)開始探索從根源上解決碳排放問題——從“炭冶金”走向“氫冶金”。 業(yè)內(nèi)一位專家表示：“除了通過基于氫氣的直接還原技術(shù)和碳捕獲與封存技術(shù)實(shí)現(xiàn)減排以外，關(guān)于減少鋼鐵生產(chǎn)過程中的二氧化碳排放，當(dāng)前沒有更多的方式。而碳捕獲與封存技術(shù)屬于末端解決方案，并沒有從根源上解決問題?！?/span> 圖表1 蒂森克虜伯的氫冶金實(shí)踐 來源：蒂森克虜伯 從國內(nèi)外的實(shí)踐看，基于綠氫的可持續(xù)煉鋼生產(chǎn)在技術(shù)上似乎是可行的。在規(guī)模上，氫冶金對(duì)于鋼鐵行業(yè)的減排潛力有多大，氫能煉鋼又能增加多少氫需求？在成本上，未來通過氫冶金減碳是否具備經(jīng)濟(jì)性？在發(fā)展路徑上，氫冶金的路線圖又應(yīng)該是什么樣的？由于氫冶金實(shí)踐時(shí)間與規(guī)模的限制，尚未能夠給出直接的結(jié)論。 對(duì)于這些問題，中國電動(dòng)汽車百人會(huì)氫能委員會(huì)主任張真則在《碳中和目標(biāo)下氫冶金減碳經(jīng)濟(jì)性研究》中提出： 1、氫氣氣基豎爐技術(shù)減排潛力在50%-95%氣基豎爐采用無焦直接還原鐵，可大幅降低煉鐵過程中的碳排放。依據(jù)還原劑氫氣的含量不同，富氫豎爐碳減排潛力可達(dá)50%-95%。富氫豎爐氫冶金碳排放量與氫氣含量的關(guān)系見圖表2。 圖表2 不同溫度下富氫豎爐氫冶金碳排放量與氫氣含量的關(guān)系圖 資料來源: 《碳中和目標(biāo)下氫冶金減碳經(jīng)濟(jì)性研究》 可以看出，氫冶金有巨大的減排潛力，是實(shí)現(xiàn)鋼鐵行業(yè)碳中和目標(biāo)的關(guān)鍵途徑之一。 2、2030年氫冶金的減碳經(jīng)濟(jì)性及應(yīng)用價(jià)值開始呈現(xiàn)影響氫冶金成本的可變因素主要由氫氣成本及碳稅成本構(gòu)成。當(dāng)與其他冶金方式對(duì)比具有成本競爭力時(shí)，氫冶金才具有大規(guī)模推廣的先決條件。 氫氣使用成本是制約氫冶金發(fā)展最重要的因素。以氫氣直接還原鐵和長流程高爐煉鐵比較，只考慮氫氣和焦炭的成本，可得出氫冶金的競爭性成本優(yōu)勢（詳見表3）。生產(chǎn)一噸鐵需焦炭340千克，生產(chǎn)一噸鐵需氫氣89千克（以日本鋼鐵協(xié)會(huì)估算）。生產(chǎn)一噸鐵所需焦炭成本為680元，二氧化碳排放量1.25噸。不考慮碳稅情況下，氫氣成本為7.65元/千克時(shí)，焦炭煉鐵和氫煉鐵成本才能相當(dāng)。以焦?fàn)t煤氣提純后的氫氣成本15元/千克計(jì)算，生產(chǎn)一噸鐵成本就為1335元，相應(yīng)碳稅為524元/噸時(shí)，兩者成本才能持平。當(dāng)碳稅為200元/噸，氫氣成本需低于10.45元/千克時(shí)，氫冶金才更具有成本優(yōu)勢。預(yù)計(jì)到2030年，綜合考慮碳稅成本后，綠氫有望具備與傳統(tǒng)焦炭煉鐵方式相當(dāng)?shù)某杀緝?yōu)勢。 圖表3 焦炭與氫冶金方式的成本對(duì)比表 注：1.氫氣來源于焦?fàn)t煤氣制氫；2.假設(shè)氫煉鐵與焦炭煉鐵成本相當(dāng) 來源：《碳中和目標(biāo)下氫冶金減碳經(jīng)濟(jì)性研究》 目前，我國碳價(jià)在45元/噸左右。氫云鏈在《碳價(jià)要漲到至少300元，才能發(fā)揮對(duì)CO2排放治理功能？》一文中認(rèn)為，中國碳價(jià)達(dá)到300元以上企業(yè)才有動(dòng)力推動(dòng)低碳技術(shù)改造，實(shí)現(xiàn)市場對(duì)碳排放的治理功能。未來隨著碳排放配額的不斷收緊，碳價(jià)預(yù)計(jì)將持續(xù)上漲。 3、預(yù)計(jì)到2050年，鋼鐵行業(yè)的用氫需求將達(dá)到980萬噸綜合我國鋼鐵行業(yè)政策規(guī)劃及數(shù)據(jù)分析，預(yù)測到2050年，鋼鐵需求降低帶來的減碳量為35%，廢鋼利用率提升帶來的減碳量為23%，技術(shù)帶來的能耗提升減碳量為10%，我國還存在減排缺口32%，以現(xiàn)在18億噸的碳排放量計(jì)算，到2050年碳排放缺口為5.76億噸。碳排放缺口需要采用碳捕集吸收利用方式及氫冶金等手段達(dá)成。 根據(jù)氫冶金成本變化、技術(shù)成熟度及氫資源可用性等因素影響，估算到2050年，30%-35%的碳排放缺口即1.73億-2.02億 噸二氧化碳減排任務(wù)由氫冶金完成。經(jīng)計(jì)算，得到2050 年氫冶金鋼產(chǎn)量為0.96 億 -1.12億噸，占全國鋼鐵行業(yè)年生產(chǎn)總量的14%-16%，進(jìn)一步計(jì)算得到2050年基于氫冶金的氫氣需求約為852萬-980萬噸。 根據(jù)中國氫能聯(lián)盟數(shù)據(jù)，到2050年，國內(nèi)氫需求將約為9000萬噸，因此可以認(rèn)為，氫冶金將成為綠氫最大的應(yīng)用行業(yè)之一。4、氫冶金應(yīng)用的減碳路線圖隨著綠氫成本下降和碳排放成本上漲，基于綠氫的氫冶金成本競爭力不斷提高。 隨著碳稅價(jià)格的提高，氫冶金成本對(duì)氫的價(jià)格包容度越高。基于我國碳交易的發(fā)展及發(fā)達(dá)國家實(shí)踐，預(yù)計(jì)到2030年，碳稅在200-250元/噸。氫冶金在930-993元/噸具有成本優(yōu)勢，由此計(jì)算出，氫冶金在氫成本小于10.45-11.15元/千克時(shí)，成本優(yōu)勢顯現(xiàn)。以2030年氫成本11.15元/千克、每電解生成1立方米氫氣需要4.5千瓦時(shí)電、電力成本占總成本的70%推算，電力成本為0.146元/千瓦時(shí)，綠氫直接還原鐵的成本競爭力開始突顯，氫冶金的應(yīng)用推廣價(jià)值隨之呈現(xiàn)。 綜上所述，氫冶金是鋼鐵生產(chǎn)實(shí)現(xiàn)綠色低碳轉(zhuǎn)型的重要技術(shù)路徑，其技術(shù)路線選擇與減碳路線圖詳見圖表4。 圖表4 氫冶金技術(shù)路線選擇與減碳路線圖
注：1.與現(xiàn)有高爐技術(shù)相比的減碳能力；2.對(duì)整個(gè)鋼鐵行業(yè)減碳貢獻(xiàn)，與2020年相比；3.僅考慮還原劑成本。 來源：《碳中和目標(biāo)下氫冶金減碳經(jīng)濟(jì)性研究》 國內(nèi)氫冶金的探索早在《產(chǎn)業(yè)關(guān)鍵共性技術(shù)發(fā)展指南（2017年）》中，就將氫氣豎爐直接還原清潔冶煉技術(shù)列為了重點(diǎn)，主要技術(shù)內(nèi)容包括：
鋼鐵企業(yè)對(duì)氫并不陌生，鋼企即是產(chǎn)氫企業(yè)，也是用氫單位：煉鋼使用的焦?fàn)t氣可以生產(chǎn)氫氣；在進(jìn)行生產(chǎn)時(shí)，需要使用氫氣作為保護(hù)氣，未來也可以使用氫氣作為還原氣體。 國內(nèi)鋼企早已通過各種形式進(jìn)入到氫能產(chǎn)業(yè)中，包括使用氫還原劑、使用氫能重卡進(jìn)行鋼鐵運(yùn)輸、副產(chǎn)氫銷售等。在2019年后，國內(nèi)鋼鐵企業(yè)關(guān)于氫冶金的消息開始明顯增加，項(xiàng)目見圖表5。步伐較快的鋼企，如寶武、河鋼、酒鋼、建龍等，已經(jīng)開始進(jìn)入執(zhí)行階段。 其中動(dòng)作最快的建龍，已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了氫冶金的正式投產(chǎn)：2021年4月13日凌晨4點(diǎn)20分，內(nèi)蒙古賽思普科技有限公司年產(chǎn)30萬噸氫基熔融還原高純鑄造生鐵項(xiàng)目成功出鐵。這標(biāo)志著氫基熔融還原冶煉技術(shù)成功落地轉(zhuǎn)化，國內(nèi)傳統(tǒng)的“碳冶金”向新型的“氫冶金”轉(zhuǎn)變的關(guān)鍵技術(shù)被成功突破。在其他環(huán)節(jié)方面，寶武、河鋼均已推進(jìn)氫能重卡運(yùn)輸示范項(xiàng)目。 圖表 5 國內(nèi)鋼鐵企業(yè)氫冶金項(xiàng)目情況
來源：氫云鏈 產(chǎn)業(yè)技術(shù)咨詢，請(qǐng)掃碼聯(lián)系氫云鏈團(tuán)隊(duì)
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