12月16日，河鋼集團(tuán)120萬噸氫冶金示范工程一期全線貫通，與同等生產(chǎn)規(guī)模的傳統(tǒng)“高爐+轉(zhuǎn)爐”長流程工藝相比，該工程每年可減少二氧化碳排放80萬噸，減排比例達(dá)到70%以上。

氫冶金是指在鋼鐵的還原冶煉過程中，主要使用氫氣作為還原劑。與傳統(tǒng)的碳冶金相比，氫冶金可以從源頭降低二氧化碳排放量，使鋼鐵行業(yè)擺脫對化石能源的依賴。業(yè)界普遍認(rèn)為，碳達(dá)峰碳中和目標(biāo)下，氫冶金成為鋼鐵行業(yè)實現(xiàn)低碳發(fā)展的重要路徑；鋼鐵行業(yè)的核心競爭力將由化石能源的利用能力，逐步轉(zhuǎn)變?yōu)椤耙詺浯肌钡木G色低碳產(chǎn)業(yè)模式。

碳達(dá)峰碳中和目標(biāo)下，作為僅次于發(fā)電行業(yè)的高碳排放行業(yè)，鋼鐵行業(yè)正面臨著巨大的碳減排壓力。從全球范圍看，平均每生產(chǎn)1噸鋼需排放1.8噸二氧化碳。2021年，我國粗鋼產(chǎn)量高達(dá)10.33億噸，占全球總產(chǎn)量的約53%，碳排放占全國碳排放總量的15%。

“碳達(dá)峰碳中和目標(biāo)下，鋼鐵企業(yè)將面臨減產(chǎn)和退出壓力，能耗和排放將在很大程度上決定鋼鐵企業(yè)的生存和去留問題。在氫冶金等低碳技術(shù)和工藝上已有儲備和發(fā)展規(guī)劃的鋼企將具有先發(fā)優(yōu)勢。”東方證券分析師劉洋指出，由于鋼鐵行業(yè)的碳排放主要集中在碳還原反應(yīng)這一環(huán)節(jié)，若氫還原能完全替代碳還原，理論上可降低碳排放約34%-62%，減排潛力較大。

事實上，早在2017年，工信部印發(fā)的《產(chǎn)業(yè)關(guān)鍵共性技術(shù)發(fā)展指南(2017年)》就將氫氣豎爐直接還原清潔冶煉技術(shù)列為了重點。2020年發(fā)布的《關(guān)于推動鋼鐵工業(yè)高質(zhì)量發(fā)展的指導(dǎo)意見(征求意見稿)》提出，要爭取在氫冶金、潔凈鋼冶煉等前沿技術(shù)領(lǐng)域取得突破進(jìn)展。

世界范圍內(nèi)，在碳中和不斷升溫的背景下，氫冶金作為鋼鐵產(chǎn)業(yè)低碳綠色化轉(zhuǎn)型升級的有效途徑之一 ，也逐漸成為各國重點的關(guān)注和鼓勵發(fā)展的方向。如2020年歐盟委員會發(fā)布的《歐洲新工業(yè)戰(zhàn)略》提出，將支持清潔鋼鐵的突破性技術(shù)，以實現(xiàn)零碳煉鋼工藝，實現(xiàn)工業(yè)脫碳。再如《美國氫能經(jīng)濟(jì)路線圖》也指出，理想情況下，2030年美國6%的鋼廠將以富氫氣體作為原料，2050年將有14%的鋼廠使用富氫氣體。

隨著碳達(dá)峰碳中和目標(biāo)的落實，未來將有越來越多的鋼鐵企業(yè)加入氫冶金陣營。需要注意的是，氫冶金在國內(nèi)尚屬新興領(lǐng)域，盡管在減排壓力下，業(yè)內(nèi)已開展不少氫冶金項目，但都處于早期階段。

劉洋指出，目前，氫氣對碳的替代仍存在一定局限。在傳統(tǒng)煉鋼流程中，存在滲碳來源和熱量互補問題，當(dāng)純氫氣作為還原劑時，需要對氫氣進(jìn)行加壓和加熱來提供冶煉所需的熱量，尤其是高爐煉鐵工藝，對溫度的要求更高，但豎爐如果長期在如此高溫、高壓極限條件下工作，不符合安全要求，用氫受限程度也因此更大。

除了規(guī)?；脷洌绾螌崿F(xiàn)氫源經(jīng)濟(jì)性也是難點之一。根據(jù)測算，假設(shè)焦炭的價格是2000元/噸，綠氫制氫成本為1.34元/標(biāo)方，則還原每噸鐵的碳、氫氣成本分別為756元和804元，由此可見，綠氫作為還原劑的經(jīng)濟(jì)性尚不及碳。

此外，受技術(shù)限制，氫冶金仍主要采用灰氫作為氫源。當(dāng)前，氫氣煉鋼主要包括高爐富氫冶煉與氣基直接還原豎爐煉鐵兩種技術(shù)路線。劉洋指出，由于氣基豎爐還原工藝現(xiàn)階段需要付出較大的工藝轉(zhuǎn)換成本，高爐富氫雖主要來源于灰氫，但高爐富氫工藝可以提升碳利用效率，實現(xiàn)一定的減排效果，還能在一定程度上提升產(chǎn)量帶來經(jīng)濟(jì)效益。因此，短期內(nèi)國內(nèi)氫氣煉鋼的發(fā)展仍以高爐富氫工藝為主。

盡管在當(dāng)前的技術(shù)水平和產(chǎn)業(yè)發(fā)展程度下，要徹底實現(xiàn)綠色冶金尚存諸多難題，但已有部分鋼鐵企業(yè)著眼于氫氣煉鋼的發(fā)展?jié)摿?，持續(xù)探索清潔冶煉技術(shù)并已取得積極成果。

以河鋼集團(tuán)為例，記者了解到，該集團(tuán)最新貫通的120萬噸氫冶金示范工程一期采用全球首創(chuàng)的“焦?fàn)t煤氣零重整豎爐直接還原”工藝技術(shù)，利用焦?fàn)t煤氣本身含有的55%至65%的氫氣成分，可在氫基豎爐內(nèi)催化裂解為一氧化碳和氫氣，實現(xiàn)“自重整”。自重整后，工藝氣體中的氫碳比可以達(dá)到8∶1以上，是目前工業(yè)化生產(chǎn)中含氫比例最高的氣基豎爐直接還原工藝。同時，豎爐反應(yīng)器預(yù)留了綠氫切換功能，不需大規(guī)模改造即可直接切換為更高比例富氫還原氣、純氫作還原氣的工業(yè)試驗，為未來實現(xiàn)100%綠氫豎爐直接還原提供基礎(chǔ)。

此外，寶武集團(tuán)、鞍鋼集團(tuán)等各大鋼鐵企業(yè)在“雙碳”目標(biāo)推動下，也相繼加入氫冶金項目布局隊列，在氫直接還原、新能源制氫聯(lián)產(chǎn)無碳燃料等技術(shù)領(lǐng)域持續(xù)深耕。

“未來隨著新能源電力的規(guī)?；l(fā)展，其邊際發(fā)電成本幾乎可以忽略不計，綠氫成本也將隨之顯著下降，甚至低于天然氣或煤炭的開采成本，這將顯著提升氫氣基豎爐還原工藝的經(jīng)濟(jì)性。但在新能源和氫能產(chǎn)業(yè)鏈成熟之前，國內(nèi)鋼鐵行業(yè)還應(yīng)先在氣基豎爐還原工藝有所積累，進(jìn)一步提升設(shè)備國產(chǎn)化程度，為氫冶金的大規(guī)模推廣提供堅實的技術(shù)支撐。”劉洋稱。