氢能冶金能否助力钢铁绿色化？

2020年8月28日，河钢集团邯郸70MPa和35MPa双压力固定式加氢站建成投产，是国内钢铁企业率先建设的固定式加氢站。
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◆本报记者 刘晓星

一期60万吨，河北钢铁富氢利用项目日前正式开工，这一项目在国际上率先采用新一代低碳氢能源示范装置。

河钢仅仅是我国钢铁行业推进氢能冶金实践的一个缩影。 钢铁行业是去产能、调结构、促转型的重点行业，加快实施绿色化改造升级，发展节能环保、可再生能源等新兴技术，是加快实现钢铁行业实现新旧动能转换的重要方式，氢能与钢铁行业的结合正是一个良好的示范。

氢能冶金如何助力绿色钢铁？日前，中国环境科学学会和上海交通大学环境科学与工程学院联合主办“碳中和愿景下钢铁行业氢能脱碳高端论坛”，为我国钢铁行业氢能冶金工作建言献策，为推进碳达峰、碳中和提供学术支撑。

钢铁行业对氢能需求迫切

氢能可直接为钢铁行业提供高效原料、还原剂和高品质热源，有效减少碳排放

当前，国内钢铁行业为绿色发展持续努力着，在钢铁等重点行业实施开展氢能冶金的研究和实践尤为迫切。

讨论中，业内一位专家表示：“除了通过基于氢气的直接还原技术和碳捕获与封存技术实现减排以外，关于减少钢铁生产过程中的二氧化碳排放，当前没有更多的方式。”可以认为，“氢气炼钢”是钢铁工业当前已知的最佳减排技术之一。

“氢冶金与传统的高炉流程相比，以氢气代替高炉冶炼使用的碳作为钢铁的还原剂，能省去前端焦化、烧结等工序，减少冶炼过程中VOC污染物和二氧化碳排放量。同时，氢能来自于可再生能源或者天然气，还可以进一步减少煤炭的使用量，从而减少二氧化碳和污染物的排放量。”上海交通大学环境科学与工程学院特聘教授金放鸣介绍说。

“氢能可直接为钢铁行业提供高效原料、还原剂和高品质热源，有效减少碳排放，是值得期待的。”清华大学能源环境经济研究所、清华大学—张家港氢能与先进锂电技术联合研究中心副研究员欧训民也表示了相同的看法。

我们现在不缺氢，缺清洁的氢

技术和成本是制氢最大掣肘，保证大规模工业化生产技术突破是关键

不过，氢能作为一种二次能源，“得来”并不容易。目前全球制氢产能约为每年7000万吨，中国占全球1/3。目前，中国的氢供应主要面向化工行业，少部分用于交通运输行业，因此，中国现有的制氢产能远不能支撑钢铁行业的需求。

“我们现在不缺氢，缺清洁的氢。”中国石油大学（北京）新能源研究院院长周红军指出。

换言之，我们需要的是生产和排放过程低碳化的绿氢。讨论中，与会专家介绍说，现有制氢技术大多依赖化石能源，无法避免碳排放。目前，可再生能源制氢技术正在逐步成熟，可以通过可再生能源发电再电解水来制取零碳排放的氢气。一些科研机构还在探索太阳能光解水制氢、生物质制氢等新型制氢技术。

“技术突破是关键。”欧训民介绍说，“清华大学核能与新能源技术研究院研发的核能制氢技术预计10年后启动示范。”

“如何保证大规模工业化生产，满足钢铁产能支撑，技术上要有进一步的突破。”贾国利介绍说，首钢下一步将在传统的高炉加转炉上进行富氢的冶炼，同时采用直接还原工艺的电炉这种短流程，形成短期内以长流程为主，短流程为补充的工艺路线，从而实现低碳排放。

除制氢产能有限，制氢成本高也是一个挑战。按照中国目前氢能市场价格（约每吨6万元人民币或7800欧元），采用氢能炼铁工艺成本比传统高炉冶炼工艺至少高5倍以上。

“此外，氢能产业链还包括储运、加注、应用等环节，也都面临着技术挑战和成本制约。”欧训民补充说。

以储运为例，氢气在常温常压下密度低、易泄漏，与钢材长期接触会使后者发生“氢脆”而破损，储存和运输比煤炭、石油、天然气都要困难得多。

“这件事难度很大。”清华大学能源与动力工程系教授麻林巍分析说，由于氢能的储运难度很大，如果要大规模发展氢能炼钢，肯定要涉及大量氢能的基础设施建设。

推进氢能源发展成为可行的解决方案，首先要解决制氢工艺水平和成本问题。对此，国家发改委能源研究所副研究员刘坚表示，“因为转换效率低，所以目前新能源制氢的成本高，是比较大的障碍。但是从长远看，技术上是可行的，经济性上也有提升的空间，还是应该乐观地看待未来绿氢的发展。”

氢能产业链整体成本有望下降一半

需要跨行业的合作创新，政策、资金、科研多措并举才能形成合力

当下，许多国家围绕全新氢能各环节的研究正如火如荼地展开，技术难关在加紧攻克。随着氢能生产和储运基础设施规模不断扩大，氢能成本也有较大的下降空间。有研究表明，预计到2030年，氢能产业链整体成本将下降一半。

我国一些钢铁企业也在积极为氢能落地提供了更多的落地应用，但目前仍然处于起步阶段，亟待各方共同参与和支持。

“氢能冶金不光是钢铁行业的技术创新，涉及能源、化工、钢铁等多个行业，需要跨行业的合作创新。”麻林巍建议，政策上要加强引导，在技术上先夯实基础，逐步深入推进；同时，为了促进钢铁和能源的耦合，可以考虑钢铁厂和能源电站的配套，这样有助于促进能源和钢铁领域的深度合作。

世界钢铁协会中国办公室首席代表钟绍良也表达了相同的看法。“要由政府出面整合钢铁产业链上的研发资源，服务于氢能冶金的研发。同时，政府也要鼓励跨国研发合作，避免重复研发。”

应该说，低碳冶炼是钢铁行业实现碳达峰、碳中和的关键所在，而氢能冶炼是钢铁生产实现无化石冶炼，达到零碳排放的重要技术。当前，亟待加快布局，多措并举，发挥技术及产业协同优势，抓住新一轮氢能源革命的战略机遇。