鋼鐵行業(yè)我國(guó)基礎(chǔ)性行業(yè)之一，也是碳排放量最大的行業(yè)，約占全國(guó)碳排放量的15%。在“雙碳”政策下，各產(chǎn)業(yè)綠色轉(zhuǎn)型正在提速，鋼鐵行業(yè)更是不遑多讓。

有數(shù)據(jù)顯示，自2020年后，我國(guó)粗鋼產(chǎn)量已連續(xù)兩年回落，其中原因之一是重點(diǎn)下游行業(yè)用戶(hù)對(duì)鋼廠(chǎng)提出綠鋼、低碳鋼的新需求。如寶馬集團(tuán)，計(jì)劃到2030年單車(chē)平均全生命周期碳排放較2019年降低40%。從原料端減少碳足跡是降低汽車(chē)全生命周期碳排放的有效方式。
今年3月，在2023（第十四屆）中國(guó)鋼鐵發(fā)展論壇上，中國(guó)鋼鐵工業(yè)協(xié)會(huì)副會(huì)長(zhǎng)駱鐵軍表示，要積極推進(jìn)氫冶金應(yīng)用，推動(dòng)我國(guó)鋼鐵業(yè)綠色低碳轉(zhuǎn)型。而日前自然資源保護(hù)協(xié)會(huì)（NRDC）發(fā)布的《面向碳中和的氫冶金發(fā)展戰(zhàn)略研究》中，也提出從現(xiàn)階段到2060年我國(guó)氫冶金發(fā)展的路線(xiàn)圖和政策建議。
氫冶金——鋼鐵減碳的必行之路。

政策方面，2022年2月7日發(fā)布的《關(guān)于促進(jìn)鋼鐵工業(yè)高質(zhì)量發(fā)展的指導(dǎo)意見(jiàn)》中，提出了將制訂氫冶金行動(dòng)方案，加快推進(jìn)低碳冶煉技術(shù)研發(fā)應(yīng)用的頂層設(shè)計(jì)。3月23日，《氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展中長(zhǎng)期規(guī)劃》中，提出要開(kāi)展以氫作為還原劑的氫冶金技術(shù)研發(fā)應(yīng)用，探索氫能冶金示范應(yīng)用。8月，《鋼鐵行業(yè)碳中和遠(yuǎn)景和低碳技術(shù)路線(xiàn)圖》發(fā)布，提出了鋼鐵行業(yè)低碳共性技術(shù)清單，涉及到氫冶金技術(shù)的三大領(lǐng)域：富氫或全氫直接還原、富氫碳循環(huán)高爐和氫基熔融還原。

高爐富氫冶煉工藝
高爐富氫冶煉工藝是向高爐內(nèi)噴吹富氫氣體，以減少碳排放的一種低碳煉鐵技術(shù)。目前該工藝已趨于成熟，具有提升能源利用效率、改善高爐運(yùn)行狀況、減少碳排放的優(yōu)點(diǎn)。高爐富氫冶煉工藝多以焦?fàn)t煤氣改質(zhì)或天然氣裂解制氫，但因噴吹的氫氣含量限制，減碳幅度有限。
高爐富氫冶金技術(shù)是當(dāng)前較為成熟的冶煉技術(shù)，目前多數(shù)高爐噴吹富氫氣體項(xiàng)目都進(jìn)入了建設(shè)或試驗(yàn)階段。
2019年，德國(guó)蒂森克虎伯集團(tuán)與液化氣公司合作，共同開(kāi)發(fā)低碳鋼的生產(chǎn)。在此項(xiàng)目中，液化氣公司通過(guò)位于萊茵-魯爾區(qū)全長(zhǎng)200公里的管道確保穩(wěn)定的氫氣供應(yīng)，首先應(yīng)用于蒂森克虜伯位于德國(guó)杜伊斯堡綜合鋼廠(chǎng)的一座高爐，之后會(huì)陸續(xù)應(yīng)用于現(xiàn)場(chǎng)的所有高爐，旨在降低生產(chǎn)過(guò)程中的二氧化碳排放，降幅可高達(dá)20%。
2020年9月，寶鋼股份在寶山極地1號(hào)高爐新增一套天然氣噴吹系統(tǒng)，并在10月1日~11月17日進(jìn)行了復(fù)合噴吹生產(chǎn)試驗(yàn)。
2022年7月，富氫碳循環(huán)高爐共享試驗(yàn)平臺(tái)在新疆八一鋼鐵股份有限公司點(diǎn)火投運(yùn)。該項(xiàng)目此前已完成一期和二期兩階段試驗(yàn)，此次點(diǎn)火投運(yùn)是中國(guó)寶武邁向低碳冶金重要的一步，是打通高爐煤氣自循環(huán)全工藝流程、具備減碳30%以上工藝技術(shù)能力的重要開(kāi)端。

2021年，氫冶金中心完成了晉南鋼鐵2座1860m3高爐風(fēng)口噴吹副產(chǎn)氫氣的研發(fā)、設(shè)計(jì)和工業(yè)化應(yīng)用。本項(xiàng)目是氫冶金中心自主研發(fā)并推廣的高爐噴氫技術(shù)的工程落地，也是首次實(shí)現(xiàn)在大型高爐連續(xù)安全噴氫的工程實(shí)踐。

直接還原工藝
富氫或全氫直接還原工藝是在氣基還原豎爐工藝的基礎(chǔ)上，逐步提高原有天然氣裂解制氣、焦?fàn)t煤氣制氣和煤制氣中氫氣與一氧化碳的體積分?jǐn)?shù)比，最終實(shí)現(xiàn)全氫還原的技術(shù)。
在實(shí)際應(yīng)用中，全氫還原工藝幾乎不存在，氫氣分?jǐn)?shù)最多達(dá)90%，所以不能做到完全零碳。
氫氣直接還原技術(shù)在國(guó)內(nèi)廣受關(guān)注，多家企業(yè)已開(kāi)展了氫氣直接還原技術(shù)的研發(fā)與項(xiàng)目投建。
2022年9月，鞍鋼萬(wàn)噸級(jí)氫冶金項(xiàng)目正式開(kāi)工。該項(xiàng)目是全球首套綠氫流化床鐵礦直接還原技術(shù)示范項(xiàng)目，突破了氫氣還原過(guò)程中供熱和黏結(jié)難題，計(jì)劃于2023年投入運(yùn)行。

2022年12月，河鋼集團(tuán)120噸氫冶金示范工程一期全線(xiàn)貫通。同月，山西省左權(quán)縣中晉冶金氫基直接還原鐵工業(yè)化試驗(yàn)裝置直線(xiàn)全流程順利試產(chǎn)，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)、低壓深度脫硫凈化技術(shù)。

熔融還原工藝
熔融還原工藝由起還原作用的豎爐和熔融作用的熔煉造氣爐兩部分組成，豎爐利用熔煉造氣爐產(chǎn)生的煤氣對(duì)鐵礦石進(jìn)行預(yù)還原，生成海綿鐵，海綿鐵與煤再進(jìn)入熔煉造氣爐進(jìn)行熔煉，生成鐵水和煤氣。
2021年4月，建龍集團(tuán)內(nèi)蒙古賽思普科技有限公司在內(nèi)蒙古烏海市國(guó)家級(jí)低碳工業(yè)示范園，建設(shè)的氫基熔融還原法冶煉高純鑄造生鐵項(xiàng)目順利投產(chǎn)，標(biāo)志著世界首創(chuàng)的氫基熔融還原冶煉技術(shù)成功落地轉(zhuǎn)化。
氫能源與鋼鐵產(chǎn)業(yè)發(fā)展是方向是相互促進(jìn)、合作共贏。當(dāng)然，現(xiàn)在國(guó)內(nèi)的氫冶金的理論和實(shí)踐都處于起步階段，商業(yè)化應(yīng)用仍需時(shí)間。而其中所面臨的最大問(wèn)題是制氫成本過(guò)高，鋼鐵工業(yè)生產(chǎn)規(guī)模巨大，大量的、低成本的的氫源是發(fā)展的保障。另一方面，氫冶金也有許多關(guān)鍵技術(shù)需要突破，如氫還原的強(qiáng)吸熱效應(yīng)導(dǎo)致生產(chǎn)成本上升等。但無(wú)論如何，氫冶金是鋼鐵減碳的必行之路，可以從根本上減少碳排放。除發(fā)展技術(shù)外，政策引領(lǐng)和補(bǔ)貼扶也可以為氫冶金技術(shù)的創(chuàng)新與突破提供有力支撐。