《氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展中長(zhǎng)期規(guī)劃（2021-2035年）》 中對(duì)于“十四五”時(shí)期氫能產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新應(yīng)用示范工程明確表示：結(jié)合國(guó)內(nèi)冶金和化工行業(yè)市場(chǎng)環(huán)境和產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)，探索氫能冶金示范應(yīng)用，探索開展可再生能源制氫在合成氨、甲醇、煉化、煤制油氣等行業(yè)替代化石能源的示范。

氫冶金：刻不容緩

一直以來，鋼鐵行業(yè)都是碳排放大戶。據(jù)了解，全球鋼鐵碳排放量占全球能源系統(tǒng)排放量的7%左右，其中中國(guó)占比超過60%。中國(guó)鋼鐵行業(yè)碳排放量占全國(guó)碳排放總量的15%左右，是制造業(yè)31個(gè)門類中碳排放量最大行業(yè)。

面對(duì)“碳達(dá)峰、碳中和”的重要目標(biāo)，我國(guó)鋼鐵企業(yè)紛紛發(fā)力氫冶金。

近期，河鋼集團(tuán)張宣科技120萬噸氫冶金示范工程一期全線貫通，該工程（以下簡(jiǎn)稱河鋼氫冶金示范工程）是全球首例富氫氣體（焦?fàn)t煤氣）零重整豎爐直接還原氫冶金示范工程，標(biāo)志著我國(guó)鋼鐵行業(yè)由傳統(tǒng)“碳冶金”向新型“氫冶金”的轉(zhuǎn)變邁出顛覆性、示范性、關(guān)鍵性步伐，將進(jìn)一步引領(lǐng)傳統(tǒng)鋼鐵冶金工藝變革，全面開啟綠色、低碳發(fā)展新紀(jì)元。

氫冶金技術(shù)路線

與傳統(tǒng)碳冶金相比，氫冶金以氫氣為燃料和還原劑，可以使煉鐵擺脫對(duì)化石能源的依賴，從源頭上解決碳排放問題。

氫冶金概念最早提出于20世紀(jì)，以氫氣代替碳還原鐵礦石，將從源頭徹底降低污染物與二氧化碳的排放量，是實(shí)現(xiàn)目前零碳排放的最重要的一種途徑。目前主流的氫冶金技術(shù)路線為高爐富氫冶煉與氣基直接還原豎爐煉鐵兩種技術(shù)路線。

富氫高爐煉鐵技術(shù)

在富氫高爐煉鐵研究方面，中國(guó)寶武已與中核基團(tuán)、清華大學(xué)于2019年1月15日簽訂《核能-制氫-冶金耦合技術(shù)戰(zhàn)略合作框架協(xié)議》，其思路是利用核能制氫實(shí)現(xiàn)氫冶金，目標(biāo)是基本解決煉鐵燃煤限制問題，降低二氧化碳排放30%，形成寶武特有的低碳煉鐵技術(shù)（見圖1）。

氣基直接還原技術(shù)

氣基直接還原技術(shù)的發(fā)展同樣引人注目。河鋼集團(tuán)與特諾恩于2020年11月23日簽訂合同，建設(shè)高科技的氫能源開發(fā)和利用工程，包括一座年產(chǎn)60萬噸的 ENERGIRON直接還原廠，這將是全球首座使用富氫氣體的直接還原鐵工業(yè)化生產(chǎn)廠。

山西中晉科技集團(tuán)于2020年12月20日宣布其氫基直接還原鐵項(xiàng)目點(diǎn)火試車，標(biāo)志著氫基直接還原鐵項(xiàng)目（CSDRI）工藝正式開始工業(yè)應(yīng)用階段，CSDRI工藝如圖2所示。CSDRI工藝突破了焦?fàn)t煤氣改質(zhì)的關(guān)鍵技術(shù)，包括氣體轉(zhuǎn)化和凈化技術(shù)，特別是低壓深度脫硫凈化技術(shù)。

氫冶金：任重道遠(yuǎn)

2021年4月12日，國(guó)內(nèi)首條氫基熔融還原高純生鐵生產(chǎn)線正式建成并試運(yùn)行投產(chǎn)。該項(xiàng)目由內(nèi)蒙古賽思普科技有限公司投資10.9億元，歷時(shí)16個(gè)月建設(shè)。此項(xiàng)目的投產(chǎn)標(biāo)志著國(guó)內(nèi)傳統(tǒng)的“碳冶金”向新型的“氫冶金”轉(zhuǎn)變的關(guān)鍵前沿技術(shù)已經(jīng)被突破。

據(jù)了解，該項(xiàng)目實(shí)施氫基熔融還原冶煉技術(shù)，是世界鋼鐵工業(yè)發(fā)展的前沿技術(shù)之一，為世界首創(chuàng)。

雖然我國(guó)在氫冶金技術(shù)上已經(jīng)略有成果，但仍然需要積極創(chuàng)新工藝，推動(dòng)氫能冶金發(fā)展提速。目前國(guó)內(nèi)部分氫能冶金技術(shù)已建成示范工程并投產(chǎn)，取得一定的創(chuàng)新突破，但示范工程尚處于工業(yè)性試驗(yàn)階段，還存在基礎(chǔ)設(shè)施不完善、相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)空白、成本較高、安全用氫等問題。

中國(guó)作為世界上最大鋼鐵生產(chǎn)國(guó)，粗鋼產(chǎn)量占全球粗鋼產(chǎn)量的一半以上，鋼鐵行業(yè)是我國(guó)碳減排的重中之重。氫能在鋼鐵產(chǎn)業(yè)上的重大應(yīng)用為擺脫化石能源提供了有效手段，為我國(guó)鋼鐵行業(yè)的轉(zhuǎn)型提供了有效支撐。

部分內(nèi)容節(jié)選自張建良等編著的《氫冶金初探》