打造氫冶金創(chuàng)新策源高地 推動(dòng)鋼鐵低碳高質(zhì)量發(fā)展

　　我國鋼鐵工業(yè)低碳發(fā)展面臨的形勢(shì)與壓力

　　凈零排放已成為全球廣泛接受的目標(biāo)。在《巴黎協(xié)定》下，已有130多個(gè)國家提出碳中和氣候目標(biāo)，覆蓋了全球83%的碳排放、91%的國內(nèi)生產(chǎn)總值。中國也已提出二氧化碳排放力爭(zhēng)于2030年前達(dá)到峰值，努力爭(zhēng)取在2060年前實(shí)現(xiàn)碳中和。

　　鋼鐵工業(yè)是國民經(jīng)濟(jì)的重要支柱產(chǎn)業(yè)，對(duì)經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展有著巨大的支撐作用。同時(shí)，鋼鐵行業(yè)也是碳排放重點(diǎn)領(lǐng)域，碳排放量占全國碳排放總量的15%左右，是31個(gè)制造業(yè)門類中碳排放量最高的行業(yè)，推動(dòng)鋼鐵行業(yè)低碳轉(zhuǎn)型面臨以下巨大挑戰(zhàn)：

　　一是低碳轉(zhuǎn)型時(shí)間緊、任務(wù)重。我國鋼鐵行業(yè)體量基數(shù)大，能源投入具有高碳性，目前高碳化的煤焦投入接近90%。碳排放機(jī)理相對(duì)比較復(fù)雜，涉及能源燃燒排放、生產(chǎn)過程排放、電力和熱力消耗所對(duì)應(yīng)的各種排放機(jī)理，企業(yè)發(fā)展水平也各有差異，在“雙碳”目標(biāo)和能耗雙控逐步轉(zhuǎn)向碳排放雙控的大背景下，鋼鐵行業(yè)實(shí)現(xiàn)節(jié)能降碳面臨巨大挑戰(zhàn)。

　　二是工藝流程結(jié)構(gòu)亟待優(yōu)化。鋼鐵行業(yè)以高爐—轉(zhuǎn)爐長(zhǎng)流程生產(chǎn)工藝為主，占比約90%，盡管電爐短流程碳排放強(qiáng)度明顯低于高爐—轉(zhuǎn)爐長(zhǎng)流程，但受廢鋼資源、電價(jià)等各方面因素制約，整體競(jìng)爭(zhēng)力偏弱，鋼鐵流程結(jié)構(gòu)低碳化調(diào)整面臨較大挑戰(zhàn)。

　　三是低碳創(chuàng)新技術(shù)支撐不足。目前鋼鐵行業(yè)已經(jīng)在氫冶金、CCS（碳捕集）等方面開展一定探索，但突破性的冶煉技術(shù)研發(fā)應(yīng)用難且短期難以改變，尚未形成低成本且可工業(yè)化、規(guī)?；瘧?yīng)用的創(chuàng)新低碳技術(shù)，創(chuàng)新能力仍然不足，低碳轉(zhuǎn)型難度大。

　　實(shí)現(xiàn)由傳統(tǒng)高爐“碳冶金”向新型“氫冶金”的顛覆性綠色低碳轉(zhuǎn)變，對(duì)于鋼鐵行業(yè)深度脫碳乃至實(shí)現(xiàn)碳中和目標(biāo)具有重要作用，因此有必要大力推動(dòng)氫冶金技術(shù)創(chuàng)新研發(fā)和示范應(yīng)用，為我國乃至全球鋼鐵行業(yè)探索先進(jìn)可靠的技術(shù)方案。

　　我國氫冶金政策支持體系

　　（1）國家層面氫冶金政策

　　對(duì)于發(fā)展氫冶金，國家層面已發(fā)布一系列政策文件，強(qiáng)化了氫冶金領(lǐng)域的頂層設(shè)計(jì)。

　　（2）各地方政府氫冶金政策

　　河北、山東、湖北、甘肅、安徽、江蘇等地在氫能發(fā)展規(guī)劃方面明確提到氫在冶金領(lǐng)域的替代應(yīng)用，并提出推動(dòng)氫冶金相關(guān)技術(shù)研發(fā)和示范試點(diǎn)等。

　　不同氫冶金技術(shù)路線特點(diǎn)及優(yōu)劣勢(shì)

　　（1）富氫高爐冶煉技術(shù)

　　富氫高爐冶煉技術(shù)是通過噴吹焦?fàn)t煤氣、天然氣或氫氣等，以替代煤粉和部分焦炭的熱源和還原劑作用，減少高爐碳排放。由于焦炭骨架作用的不可替代性，富氫高爐冶煉的碳減排潛力受到限制，一般認(rèn)為單獨(dú)富氫方式的碳減排潛力為10%～20%。但在國內(nèi)90%左右生鐵來自高爐—轉(zhuǎn)爐長(zhǎng)流程的背景下，為避免工藝轉(zhuǎn)型過程造成現(xiàn)有資產(chǎn)的大幅減值損失，富氫高爐在實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰、碳中和目標(biāo)的過渡時(shí)期具有重要推廣意義。

　　與傳統(tǒng)高爐冶煉相比，高爐富氫將增加煤氣中水蒸氣含量，對(duì)焦炭氣化反應(yīng)行為產(chǎn)生不利影響。由于富氫使焦比降低、煤氣成分變化，對(duì)燒結(jié)礦、球團(tuán)礦等入爐原料的強(qiáng)度、粒度、熔滴性及低溫還原粉化率、還原性等冶金性能指標(biāo)提出了更高的要求。目前，高爐富氫對(duì)焦炭的置換比在0.3左右，在經(jīng)濟(jì)性和降低工序能耗方面還有所不足。未來，只有利用存量高爐大修機(jī)會(huì)，對(duì)爐身進(jìn)行改造，通過爐身、風(fēng)口噴入富氫氣體，進(jìn)一步將置換比提升至0.5以上，高爐富氫才可能體現(xiàn)出節(jié)能降碳的比較優(yōu)勢(shì)。

　?。?）氫基豎爐直接還原技術(shù)

　　以天然氣為氣源的傳統(tǒng)豎爐直接還原技術(shù)在國外已成熟并廣泛應(yīng)用，形成MIDREX、ENERGIRON及PERED三種工藝與裝備，實(shí)現(xiàn)了利用含氫50%～70%的還原氣生產(chǎn)海綿鐵（DRI）。據(jù)統(tǒng)計(jì)，2022年世界DRI產(chǎn)量達(dá)到1.27億噸，其中約70%低碳DRI是通過豎爐方式生產(chǎn)的，已成為全球鋼鐵冶煉工藝重要組成部分。氫基豎爐直接還原技術(shù)是以豎爐裝備為基礎(chǔ)，采用高比例富氫或純氫氣體為還原劑，以高品位球團(tuán)礦、塊礦為原料，通過氣—固直接還原方式生產(chǎn)固態(tài)海綿鐵。國內(nèi)鋼鐵企業(yè)創(chuàng)新開發(fā)基于富氫焦?fàn)t煤氣的豎爐直接還原工藝，焦?fàn)t煤氣經(jīng)過煤氣凈化、氣體重整后得到富氫還原氣，再參與反應(yīng)生產(chǎn)低碳DRI產(chǎn)品，充分發(fā)揮了我國焦化副產(chǎn)氫資源優(yōu)勢(shì)。

　　使用天然氣/焦?fàn)t煤氣豎爐直接還原工藝，噸產(chǎn)品碳排放量為0.6噸～0.7噸，若進(jìn)一步考慮電爐環(huán)節(jié)碳排放，則噸鋼碳排放量為1噸～1.2噸，較傳統(tǒng)長(zhǎng)流程工藝碳排放量減少40%～50%，若能夠?qū)崿F(xiàn)穩(wěn)定全綠氫供應(yīng)，理論上可以實(shí)現(xiàn)全氫零碳冶煉。在單套規(guī)模上，豎爐裝備最大生產(chǎn)能力為250萬噸/年，接近3000立方米高爐生產(chǎn)能力，符合鋼鐵生產(chǎn)規(guī)?；?、高效化要求。環(huán)保上，由于完全避免使用焦炭、燒結(jié)礦，富氫氣體或純氫氣體經(jīng)凈化后含硫量極低，相應(yīng)冶煉環(huán)節(jié)大氣污染物排放量遠(yuǎn)低于高爐長(zhǎng)流程。但該技術(shù)需要使用高品位鐵礦石資源作為原料，而全球都面臨著優(yōu)質(zhì)高品位鐵礦石資源匱乏的問題，并且高比例氫氣的使用，對(duì)氫氣加熱爐裝備制造、加熱方式及用氫安全性均提出更高要求。

　?。?）基于流化床的氫基直接還原技術(shù)

　　流化床是一種有效直接還原粉鐵礦的工藝裝置，基于流化床的氫基直接還原技術(shù)是氫冶金研發(fā)的重要技術(shù)路線，典型工藝主要有FINMET和Circored工藝。

　　FINMET生產(chǎn)裝置由4級(jí)流化床順次串聯(lián)，逐級(jí)預(yù)熱和還原粉鐵礦原料，還原煤氣是流化床爐頂煤氣和天然氣重整氣體的混合氣。

　　Circored工藝以天然氣制氫為還原劑，在流化床設(shè)備中還原粉鐵礦生產(chǎn)海綿鐵，流化床反應(yīng)器包括一級(jí)預(yù)熱循環(huán)流化床、二級(jí)預(yù)還原循環(huán)流化床與三級(jí)終還原臥式鼓泡流化床，流化床內(nèi)溫度為630攝氏度～650攝氏度。

　　當(dāng)前傳統(tǒng)高爐及氫基豎爐使用鐵原料均需要高溫造塊，增加能耗和大氣污染物排放，基于流化床的氫基直接還原則完全以鐵礦粉為原料，不再需要對(duì)礦粉進(jìn)行造塊。但該技術(shù)存在要求使用高品位鐵礦石、產(chǎn)品較高的金屬化率易造成黏結(jié)失流及單位產(chǎn)品能耗高于氫基豎爐等不足之處。受流化床工藝控制難度大、能量利用率和生產(chǎn)率低、生產(chǎn)成本高、缺乏市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力等多因素影響，全球多個(gè)基于天然氣的流化床直接還原工業(yè)化項(xiàng)目均未能長(zhǎng)期有效運(yùn)行。

　?。?）富氫熔融還原技術(shù)

　　富氫熔融還原技術(shù)是在傳統(tǒng)煤基熔融還原技術(shù)基礎(chǔ)上的創(chuàng)新，將氫冶金與“熔融還原”相結(jié)合，以HIsmelt、HIsarna等煤基熔融還原工藝為基礎(chǔ)，通過噴吹富氫氣體替代煤炭，降低碳排放量，實(shí)現(xiàn)綠色冶金。該技術(shù)可以使用傳統(tǒng)高爐流程用鐵礦粉，無需焦化、燒結(jié)等高污染工序，大幅度降低污染物排放。未來高比例富氫或全氫的熔融還原技術(shù)若開發(fā)成熟并實(shí)現(xiàn)規(guī)模化應(yīng)用，可以擺脫目前發(fā)展氫基直接還原技術(shù)所面臨的優(yōu)質(zhì)鐵礦石資源匱乏的限制。

　　國內(nèi)外氫冶金技術(shù)進(jìn)展

　?。?）富氫高爐冶煉技術(shù)

　　國內(nèi)，寶鋼股份于2020年進(jìn)行了復(fù)合噴吹天然氣的生產(chǎn)試驗(yàn)，噸鐵噴吹量達(dá)到60標(biāo)準(zhǔn)立方米～65標(biāo)準(zhǔn)立方米，試驗(yàn)中一氧化碳利用率保持在49%，氫氣利用率達(dá)到43%，燃料比由492千克/噸下降至440千克/噸，降幅為10%左右。晉南鋼鐵2座1860立方米高爐開展風(fēng)口噴吹焦?fàn)t煤氣和工業(yè)副產(chǎn)氫氣的研發(fā)、設(shè)計(jì)和工業(yè)化應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)了噸鐵焦?fàn)t煤氣噴吹量為65標(biāo)準(zhǔn)立方米，高爐燃料比平均降低32千克/噸，噸鐵碳排放量降低80千克左右，取得了較好的經(jīng)濟(jì)、社會(huì)、環(huán)境和降碳效果。寶武八鋼創(chuàng)新研發(fā)了富氫碳循環(huán)氧氣高爐技術(shù)，建設(shè)400立方米富氫碳循環(huán)氧氣高爐工業(yè)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，完成從35%富氧、50%超高富氧到100%全氧冶煉工況條件下的噴吹脫碳煤氣和富氫冶煉的工業(yè)化生產(chǎn)試驗(yàn)，實(shí)現(xiàn)了化石燃料消耗降低30%、碳減排21%的階段性目標(biāo)，其2500立方米HyCROF（富氫碳循環(huán)氧氣高爐）商業(yè)化示范項(xiàng)目也于今年9月底建成并正式點(diǎn)火投運(yùn)，預(yù)計(jì)將實(shí)現(xiàn)年減排二氧化碳100萬噸。

　　國外，蒂森克虜伯于2019年正式將氫氣注入杜伊斯堡廠9號(hào)高爐進(jìn)行氫煉鐵試驗(yàn)，此后逐步將氫氣的使用范圍擴(kuò)展到高爐全部28個(gè)風(fēng)口，最終目標(biāo)是在杜伊斯堡地區(qū)3座高爐都噴吹氫氣，實(shí)現(xiàn)碳減排19%～20%。安賽樂米塔爾公司分別在德國不萊梅廠和法國敦刻爾克廠的高爐上開展了純氫或富氫氣體噴吹。日本則于2008年啟動(dòng)COURSE50項(xiàng)目研究，開發(fā)將焦?fàn)t改質(zhì)煤氣作為還原劑噴吹進(jìn)高爐的富氫還原技術(shù)及碳捕集技術(shù)，于2016年進(jìn)行了第一次試驗(yàn)，研發(fā)了氫還原效果最大化的操作技術(shù)，基本實(shí)現(xiàn)碳減排9.4%，2023年2月份日本制鐵決定啟動(dòng)該技術(shù)在實(shí)際高爐中的試驗(yàn)，計(jì)劃于2026年在君津廠2號(hào)4500立方米高爐開展工業(yè)化試驗(yàn)。

　?。?）氫基豎爐直接還原技術(shù)

　　“十四五”期間，中國寶武、河鋼集團(tuán)、中晉冶金、中國鋼研等一批國內(nèi)鋼鐵企業(yè)圍繞氫基豎爐技術(shù)開展工業(yè)示范。河鋼集團(tuán)120萬噸氫冶金示范工程一期60萬噸項(xiàng)目已投產(chǎn)運(yùn)行4個(gè)月，采用基于焦?fàn)t煤氣零重整豎爐直接還原技術(shù)，產(chǎn)品質(zhì)量指標(biāo)達(dá)到設(shè)計(jì)要求，比同等高爐長(zhǎng)流程每年可減少碳排放80萬噸，減排比例達(dá)70%。湛江鋼鐵百萬噸氫基豎爐于2022年2月份開建，預(yù)計(jì)于2023年底建成，投產(chǎn)后對(duì)比傳統(tǒng)鐵前全流程高爐煉鐵工藝同等規(guī)模鐵水產(chǎn)量，每年可減少碳排放50萬噸以上，項(xiàng)目主要以焦?fàn)t煤氣和天然氣為氫源。中國鋼研開發(fā)具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的純氫冶金技術(shù)，于2022年在山東臨沂臨港建設(shè)萬噸級(jí)純氫冶金技術(shù)開發(fā)中試基地，現(xiàn)階段正開展試驗(yàn)。

　　國外鋼鐵企業(yè)也積極推進(jìn)氫基豎爐直接還原研發(fā)與示范應(yīng)用，瑞典鋼鐵開展HYBRIT無化石能源煉鋼項(xiàng)目，采用全綠氫豎爐+電爐的技術(shù)路線來實(shí)現(xiàn)零碳目標(biāo)，目前正處于中試階段，計(jì)劃在2026年—2030年完成商業(yè)化應(yīng)用。安賽樂米塔爾致力于純氫冶煉技術(shù)研發(fā)，建設(shè)10萬噸/年純氫豎爐中試廠，并計(jì)劃于2025年、2026年分別在西班牙、加拿大建設(shè)氫基豎爐+電爐流程的零碳工廠。德國薩爾茨吉特公司建設(shè)試驗(yàn)規(guī)模為100千克/時(shí)的μDRAL綠氫中試示范工廠，計(jì)劃于2033年完成薩爾茨吉特工廠的低碳改造，二氧化碳總量降低約95%。同時(shí)，塔塔鋼鐵、日本神戶制鋼、蒂森鋼鐵也規(guī)劃或正在開展氫基豎爐工程項(xiàng)目，逐步降低現(xiàn)有高碳排放的傳統(tǒng)高爐生產(chǎn)流程占比。

　　（3）基于流化床反應(yīng)器的氫直接還原工藝

　　圍繞流化床直接還原工藝，中科院過程工程所多年來持續(xù)推進(jìn)針對(duì)普通鐵礦、釩鈦磁鐵礦的流化床直接還原工藝技術(shù)和關(guān)鍵裝備的研發(fā)，于2014年建立2000噸/年釩鈦磁鐵礦直接還原—電爐熔分示范裝置，實(shí)現(xiàn)了7天連續(xù)熱態(tài)穩(wěn)定運(yùn)行；2022年聯(lián)合鞍鋼集團(tuán)、上海大學(xué)等單位合作建設(shè)全球首套年產(chǎn)1萬噸直接還原鐵的流化床綠氫直接還原示范裝置，計(jì)劃于2024年前投入運(yùn)行，并在此基礎(chǔ)上優(yōu)化形成年產(chǎn)50萬噸直接還原鐵的流化床氫氣直接還原工藝包。

　　國外針對(duì)流化床的氫基直接還原研究也在持續(xù)開展。美卓奧圖泰公司于1999年投運(yùn)1座年產(chǎn)50萬噸的Circored工業(yè)生產(chǎn)裝置，至2001年共生產(chǎn)了超過30萬噸的高質(zhì)量熱壓塊海綿鐵，目前該廠歸安賽樂米塔爾公司所有，自2015年以來一直處于閑置狀態(tài)。普銳特冶金在原FINMET流化床經(jīng)驗(yàn)基礎(chǔ)上，正在研發(fā)HYFOR（氫基粉礦還還原）流化床還原技術(shù)，在奧鋼聯(lián)鋼鐵公司投運(yùn)一座中試試驗(yàn)廠，作為該技術(shù)研發(fā)平臺(tái)。韓國浦項(xiàng)依托FINEX流化床反應(yīng)器設(shè)計(jì)運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)優(yōu)勢(shì)，正在開發(fā)HyREX技術(shù)，高爐使用普通鐵礦粉作為原料，通過流化床還原后的礦粉經(jīng)熱壓塊進(jìn)入熔融氣化爐（遠(yuǎn)期采用電熔分爐）熔分得到鐵水，期望突破傳統(tǒng)直接還原對(duì)高品質(zhì)礦石資源的要求限制。據(jù)悉該技術(shù)目前仍處于試驗(yàn)研究階段，計(jì)劃2025年—2028年完成中試，2030年以后進(jìn)行商業(yè)化推廣。

　?。?）富氫熔融還原技術(shù)

　　該技術(shù)是國內(nèi)建龍集團(tuán)正在研發(fā)的氫冶金新技術(shù)，基于富氫冶金理念的全球首套工業(yè)化熔融還原項(xiàng)目于2021年4月份投產(chǎn)，該項(xiàng)目將通過3步（煤+焦?fàn)t煤氣熔融還原、全焦?fàn)t煤氣熔融還原、純氫熔融還原）走，實(shí)現(xiàn)富氫冶金、全氫冶金。目前，該項(xiàng)目處于第一步的煤+焦?fàn)t煤氣富氫熔融還原示范階段。國外則主要是科研機(jī)構(gòu)、企業(yè)正在開展氫等離子體熔融還原技術(shù)（HPSR）的實(shí)驗(yàn)室研究，其中奧鋼聯(lián)在多納維茨的工廠建設(shè)熔融還原試驗(yàn)裝置來開展基礎(chǔ)研究，暫未開展工業(yè)化示范項(xiàng)目建設(shè)及運(yùn)營(yíng)。

　　現(xiàn)階段氫冶金面臨的難題

　?。?）全球高品位鐵礦石資源匱乏

　　得到行業(yè)普遍認(rèn)可的氫基直接還原+電爐煉鋼的近零碳流程，需要使用優(yōu)質(zhì)高品位鐵礦石資源（含鐵67%以上）。根據(jù)美國地質(zhì)調(diào)查局2023年數(shù)據(jù)，全球鐵礦石儲(chǔ)量約為1800億噸，其中鐵含量為850億噸，但全球鐵礦資源分布不均衡，富礦資源主要集中在南半球的澳大利亞、巴西、印度、南非、伊朗等國家，原礦采出品位基本在50%以上，但鐵礦產(chǎn)品以粉礦為主，且品位基本在67%以下。按鐵礦石資源儲(chǔ)量，我國居世界第四位，但鐵礦石含鐵品位平均僅為34.5%，貧礦占全部鐵礦石資源儲(chǔ)量的98.8%，絕大部分鐵礦石須經(jīng)過選礦富集后才能使用，產(chǎn)品以傳統(tǒng)高爐用鐵精礦為主，67%以上優(yōu)質(zhì)高品位鐵礦石仍然較少。此外未來隨著鐵礦開采不斷推進(jìn)，全球高品位優(yōu)質(zhì)鐵礦石資源還將不斷減少?；跉浠苯舆€原+電爐煉鋼的近零碳流程產(chǎn)業(yè)化面臨著鐵礦石資源保障難度大的問題，為推進(jìn)低品位鐵礦石資源在氫基直接還原工藝中應(yīng)用，各國研究機(jī)構(gòu)及部分企業(yè)提出氫基直接還原+電熔分爐（ESF）+轉(zhuǎn)爐煉鋼的創(chuàng)新技術(shù)路線，但還處于研發(fā)過程中，其經(jīng)濟(jì)性有待驗(yàn)證。

　　（2）氫冶金耗氫量大，氫能資源保障難度大

　　按照氫基豎爐直接還原噸鐵消耗氫氣900標(biāo)準(zhǔn)立方米計(jì)算，百萬噸級(jí)氫基直接還原項(xiàng)目年消耗氫氣9億標(biāo)準(zhǔn)立方米，折合年消耗氫氣8.2萬噸，若全國全氫豎爐冶煉實(shí)現(xiàn)1億噸規(guī)模，需增加氫氣制取能力至少820萬噸。根據(jù)中國氫能聯(lián)盟研究院與石油和化學(xué)工業(yè)規(guī)劃院統(tǒng)計(jì)，我國氫氣年產(chǎn)量約為3300萬噸，電解水制氫規(guī)模占比僅為2%，化石能源制氫均為配套合成氨、甲醇、石油化工等項(xiàng)目而被直接利用，電解水制氫則主要配套浮法玻璃、電子、交通運(yùn)輸?shù)阮I(lǐng)域。雖然我國制氫規(guī)模較大，但現(xiàn)階段可用于氫冶金的清潔低碳?xì)滟Y源少。

　　現(xiàn)階段我國鋼鐵行業(yè)發(fā)展氫冶金最易獲得的氫源是焦化副產(chǎn)焦?fàn)t煤氣，每年外供焦?fàn)t煤氣資源量約為900億立方米～1000億立方米，但基本作為鋼鐵生產(chǎn)燃料、發(fā)電或生產(chǎn)化工產(chǎn)品利用，在無明顯經(jīng)濟(jì)效益優(yōu)勢(shì)的情形下，難以促使焦化企業(yè)放棄原有的焦?fàn)t煤氣綜合利用設(shè)施而建設(shè)新的氫冶金生產(chǎn)線。

　　（3）制氫成本高、經(jīng)濟(jì)性差

　　發(fā)展氫冶金需要有低成本的氫能作為基礎(chǔ)保障?，F(xiàn)階段可再生能源電解水制綠氫成本在2元/標(biāo)準(zhǔn)立方米～3元/標(biāo)準(zhǔn)立方米，每生產(chǎn)1噸DRI使用氫氣成本達(dá)到1800元～2700元，而傳統(tǒng)高爐冶煉噸鐵燃料成本在1000元左右，單純能源成本就增加800元～1700元；氫基直接還原使用含鐵67%以上高品位鐵礦石原料成本也高于高爐用普通鐵礦石原料，DRI產(chǎn)品用于電爐煉鋼，噸鋼電耗在400千瓦時(shí)～500千瓦時(shí)，其能源成本高于轉(zhuǎn)爐煉鋼能源成本。總體來看，氫氣成本、鐵礦石原料成本及電爐煉鋼環(huán)節(jié)成本增加是影響氫冶金+電爐煉鋼近零碳流程經(jīng)濟(jì)性的主要限制因素。

　　（4）技術(shù)研發(fā)方面存在較多難點(diǎn)

　　氫冶金的發(fā)展需要制—儲(chǔ)—用3個(gè)環(huán)節(jié)協(xié)同推進(jìn)，并兼顧每個(gè)環(huán)節(jié)的經(jīng)濟(jì)性、低碳性和安全性。一是綠氫的大規(guī)模、低成本制備技術(shù)障礙需要突破；二是氫還原為強(qiáng)吸熱反應(yīng)，需研究解決熱平衡問題及配套裝備參數(shù)優(yōu)化，氫冶金涉及到豎爐、流化床主要裝備還未成熟，尤其豎爐裝備現(xiàn)階段仍以引進(jìn)國外技術(shù)為主；三是可再生能源受制于風(fēng)或光等外部資源變化，波動(dòng)性較大，如何與制氫、冶金連續(xù)穩(wěn)定生產(chǎn)相結(jié)合是重點(diǎn)攻關(guān)方向；四是解決氫能的安全使用問題，氫能使用對(duì)加熱裝備和反應(yīng)器的耐高溫、耐高壓、防泄漏、耐氫蝕性及安全存儲(chǔ)輸送等帶來巨大挑戰(zhàn)。

　　氫冶金發(fā)展前景及建議

　?。?）發(fā)展前景

　　“十四五”期間，我國氫冶金技術(shù)以中試及工業(yè)示范為主?；诮?fàn)t煤氣的豎爐直接還原技術(shù)和富氫高爐冶煉技術(shù)將趨于成熟，工業(yè)化應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)及裝備國產(chǎn)化技術(shù)能力將大幅提升。預(yù)計(jì)2025年基于焦?fàn)t煤氣的豎爐直接還原煉鐵規(guī)模達(dá)到300萬噸～400萬噸，在區(qū)域電價(jià)、煤氣價(jià)格具有優(yōu)勢(shì)情況下，直接還原鐵/廢鋼+電爐冶煉工藝生產(chǎn)優(yōu)特鋼及高附加值出口鋼材將在有需求的龍頭企業(yè)內(nèi)得到示范應(yīng)用。在該階段綠氫價(jià)格難以大幅下降，應(yīng)用于冶金工藝將大幅增加產(chǎn)品成本，還不具備成本優(yōu)勢(shì)。

　　“十五五”期間，基于焦?fàn)t煤氣的豎爐直接還原技術(shù)預(yù)計(jì)在煤氣資源豐富的地區(qū)或企業(yè)得到進(jìn)一步推廣應(yīng)用，生產(chǎn)高附加值低碳鋼材產(chǎn)品及應(yīng)對(duì)歐盟碳關(guān)稅限制，預(yù)計(jì)到2030年基于富氫焦?fàn)t煤氣的直接還原鐵規(guī)模將能達(dá)到700萬噸～900萬噸，基于流化床反應(yīng)器的氫還原鐵技術(shù)預(yù)計(jì)將得到攻關(guān)突破。在此階段，預(yù)計(jì)綠氫成本仍較高、不具備競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)，難以實(shí)現(xiàn)規(guī)模化工業(yè)應(yīng)用。

　　2035年后，上述氫冶金技術(shù)將不斷趨于成熟，核心技術(shù)裝備實(shí)現(xiàn)國產(chǎn)化，應(yīng)用規(guī)模持續(xù)擴(kuò)大，并且隨著可再生能源制氫資源不斷豐富、成本下降及碳排放成本增加，綠氫將在氫冶金工藝中得到工業(yè)應(yīng)用。

　　（2）發(fā)展建議

　　國家層面，應(yīng)加強(qiáng)氫冶金頂層設(shè)計(jì)。我國氫冶金技術(shù)的研發(fā)需要國家層面的戰(zhàn)略規(guī)劃和定位，編制出臺(tái)可行的氫冶金發(fā)展戰(zhàn)略規(guī)劃、氫冶金實(shí)施方案、氫冶金技術(shù)路線圖等，制定氫能在鋼鐵等工業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)，逐步構(gòu)建氫冶金標(biāo)準(zhǔn)體系。建議協(xié)調(diào)國家有關(guān)部門及地方制定專項(xiàng)政策，對(duì)于行業(yè)重大和突破性氫冶金低碳共性技術(shù)，在產(chǎn)能置換、產(chǎn)量、能耗總量控制、污染物排放指標(biāo)等方面給予一定的政策支持。將降碳潛力大的氫冶金技術(shù)納入綠色金融、轉(zhuǎn)型金融、綠色信貸支持范圍內(nèi)，并在財(cái)政、稅收、信貸上給予支持，推進(jìn)先進(jìn)氫冶金示范項(xiàng)目建設(shè)及有效運(yùn)營(yíng)。

　　行業(yè)層面，聚焦先進(jìn)低碳冶金共性技術(shù)，建立行業(yè)重點(diǎn)攻關(guān)創(chuàng)新技術(shù)目錄。集聚行業(yè)企業(yè)、科研機(jī)構(gòu)優(yōu)勢(shì)創(chuàng)新資源，布局開展前瞻性、系統(tǒng)性、戰(zhàn)略性新技術(shù)研發(fā)項(xiàng)目，使我國低碳冶金技術(shù)創(chuàng)新達(dá)到國際領(lǐng)先水平。搭建多方參與的低碳冶金創(chuàng)新平臺(tái)，共同開展低碳冶金共性技術(shù)研發(fā)，培育壯大以企業(yè)為主體的低碳創(chuàng)新生力軍，構(gòu)建低碳冶金技術(shù)創(chuàng)新體系，提高行業(yè)科技創(chuàng)新策源能力。

　　企業(yè)層面，穩(wěn)步審慎推進(jìn)氫冶金項(xiàng)目建設(shè)。當(dāng)前，低成本制取綠氫、儲(chǔ)氫等關(guān)鍵技術(shù)還未實(shí)現(xiàn)重大突破，具有經(jīng)濟(jì)性和低碳性的氫冶金技術(shù)路線還未成熟，金融、財(cái)稅等相關(guān)支持政策還不完善，建議鋼鐵企業(yè)在投資前做好項(xiàng)目技術(shù)調(diào)研、經(jīng)濟(jì)分析、投資風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估等基礎(chǔ)論證工作。冶金企業(yè)加強(qiáng)與制氫裝備企業(yè)合作，共同推進(jìn)制氫—?dú)湟苯饍纱笮袠I(yè)實(shí)現(xiàn)能源穩(wěn)定供應(yīng)，增強(qiáng)技術(shù)裝備開發(fā)和設(shè)施運(yùn)營(yíng)的一致性、互融性，積極布局掌控全球優(yōu)質(zhì)鐵礦石資源，增強(qiáng)自身發(fā)展氫冶金的資源保障能力。（國鋼鐵工業(yè)協(xié)會(huì)副秘書長(zhǎng)、冶金工業(yè)規(guī)劃研究院院長(zhǎng)、黨委副書記 范鐵軍）

　　轉(zhuǎn)自：中國冶金報(bào)

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