2021-12-15 13:24:00 中国能源网 　 作者： 张学坤  

近期，氢能在我国工业化利用领域迈入了实质性的阶段。

在“碳中和成功实现的关键：氢能在工业领域的应用”这篇文章中，我们说在碳中和背景下，氢能在工业领域发展迎来了新一轮的发展机遇。

钢铁是工业碳排放大户，从全球统计来看，钢铁工业碳排放占全球排放的5%左右，约占工业领域碳排放的15-20%，仅仅低于化工行业。钢铁行业不仅碳排放量大而且减排困难，如何解决钢铁行业的碳排放也是各个国家面临的难题。

钢铁行业的减排任务十分艰巨，冶金技术的选择对降低碳排放至关重要。争取2060年前实现碳中和的目标，意味着未来碳排放量比目前还要降低90%，如果没有冶金上的技术革命，钢铁行业大幅削减碳排放将是一句空话。

目前，钢铁行业的碳排放已经找到了解决的“金钥匙”，那就是氢能。近二十年来，世界其他产钢大国已经进行了一系列“氢能冶金”方面的探索，如瑞典钢铁HYBRIT项目、德国蒂森克虏伯高炉喷氢项目、日本COURSE50技术、韩国的全氢高炉等，但都还未进入工业化实施。

全球首例氢能源开发和利用工程落户中国

全球钢铁生产中75%采用高炉工艺，在传统的“长流程”生产方式中，都是用焦炭还原铁矿石，还原过程产生的碳排放占到钢铁生产碳排放总量的90%。目前，以氢代碳已经成为低碳冶金的新路线。氢冶金的主要矛盾在于氢能的成本，如何找到低成本可用的“氢能”，才是氢能冶金的关键。

按照目前的技术水平，光伏、风电、核电等可再生能源发电直接用于制氢冶金，则成本太高，其价格是煤制氢成本的两倍以上(煤制氢成本约为15-16元/kg，电解水制氢成本达30元/kg以上)，其中电价会占到制氢成本的70%以上，完全无法供应8-9亿吨钢铁的产量。

据2018年氢能源研究报告统计，我国工业副产氢气约800万吨以上(合880亿立方)，如果能深挖这部分氢能的利用价值，那么用于氢冶金的资源还是非常丰富的。

近日，经过招标比选和公示，中冶京诚牵头成立的“中冶京诚-唐钢国际”联合体以第一名的成绩被确定为河钢氢能源开发和利用工程示范项目工厂设计的中标单位。

河钢氢能源开发和利用工程示范项目是富氢气体直接还原示范工程，预计2020-2021建成。

该项目从分布式绿色能源利用、低成本制氢、气体净化、氢气直接还原、二氧化碳脱除和深加工、水处理等全流程和全过程进行创新研发。这个项目的实施，用氢能源代替传统的碳能源，将大幅降低制造生产过程中的碳排放问题。

中冶京诚一直致力于低碳冶金的研究，并提出了氢冶金分两步走：第一步实现富氢冶金，第二步实现“全氢”冶金。

2008-2013年，中冶京诚研究重点在如何降低炼铁过程中消耗的碳，先后完成了非高炉炼铁、超高富氧制气炉的试验及新型煤制气工艺技术的研究。

2014-2018年，中冶京诚在重新认识富氢气体和直接还原工艺后，调整了研究方向，对新型还原炉冶炼系统及装备进行了研究，对基于DRI的电炉工艺及装备进行了技术研发，并在海外总包建成了基于全DRI冶炼的电炉炼钢工程。

2019-2020年，中冶京诚完成了基于干法的煤气精制技术研究，并成功的实现了世界首套装置，同时掌握了吸收CO2的工艺技术，同期联手河钢集团、tenova公司、唐钢国际一起完成了基于富氢气体的直接还原铁工艺技术的开发。

至此，中冶京诚已贯通了氢冶金的关键工序。氢能直接还原是中冶京诚技术战略布局的一个环节，基于氢冶金的钢铁制造短流程研究是这一战略部局的系统工程。用绿色化短流程替代传统长流程，是符合我国现阶段和中长期社会体制改革和经济发展规律的内在要求。

了解更多：河钢集团布局氢能冶金

河钢氢能源开发和利用工程示范项目是河钢集团为打造“未来工厂”，践行高质量发展的示范工程。近年来，河钢集团不断布局低碳冶金革命的示范工程，率先开启了富氢气体直接还原模式。

今年11月23日，河钢集团与全球著名矿业冶金领域巨头意大利特诺恩集团(tenova)正式签署协议。双方就氢能源开发和利用达成合作，并建设一座年产60万吨的直接还原厂，并计划于2021年底投产。

这座使用富氢气体直接还原铁的工厂，应用了特诺恩最先进和最环保的ENERGIRON技术，搭配了设备和冶金行为预测的数字化模型。ENERGIRON技术由特诺恩和达涅利共同开发，实现了极低的二氧化碳排放为目标，是目前最可行的高浓度氢基直接还原系统。

特诺恩是世界知名的工业炉品牌，拥有近百年的历史，是世界最大的工业炉制造商之一。特诺恩的工业炉产品在钢铁、有色金属、机械、汽车、轻工等行业得到广泛应用。早在上世纪六十年代，特诺恩的工业炉设备就已进入中国市场。

当直接还原厂建成后，河钢集团的将使用含氢量为70%的补充气源，使每吨直接还原铁仅产生250kg的二氧化碳，同时搭载二氧化碳选择性回收技术，每吨钢铁产品产生的净排放仅约为125kg二氧化碳，成为全球最绿色的直接还原厂。

当前，在气候问题和减排压力下，全球钢铁行业正在寻找新技术来减少其碳排放。在炼钢全流程工艺中，氢正被用作煤和焦炭的替代品，作为铁矿石的还原剂。而氢还原炼铁在钢业工业减碳技术中，属于绝对前沿的领域。

河钢集团是全球规模最大的钢铁企业之一。也在探寻中国的钢铁工业也正在向高质量、绿色方向发展之路。

此前在2019年3月21日，河钢集团曾与中国工程院战略咨询中心、中国钢研、东北大学四方联合共建“氢能技术与产业创新中心”，并由河钢集团主要负责氢能应用落地，着力建设制氢、加氢、材料、燃料电池汽车应用、富氢冶金等全产业链示范运行及产业化基地。

2019年11月26日，河钢集团与意大利特诺恩集团签署谅解备忘录(MOU)，商定双方在氢冶金技术方面开展深入合作，利用世界最先进的制氢和氢还原技术，并联手中冶京诚共同研发、建设全球首例120万吨规模的氢冶金示范工程。

（张学坤）