專家解讀之三：推動氫冶金研發(fā)與示范，助推清潔低碳?xì)渚G色應(yīng)用

近日，為加快工業(yè)副產(chǎn)氫和可再生能源制氫在工業(yè)領(lǐng)域應(yīng)用，工業(yè)和信息化部、國家發(fā)展改革委、國家能源局聯(lián)合印發(fā)了《加快工業(yè)領(lǐng)域清潔低碳?xì)鋺?yīng)用實施方案》（工信廳聯(lián)節(jié)函〔2024〕499號，以下簡稱《實施方案》），提出“到2027年工業(yè)領(lǐng)域清潔低碳?xì)鋺?yīng)用裝備支撐和技術(shù)推廣取得積極進展，清潔低碳?xì)湓谝苯稹⒑铣砂?、合成甲醇、煉化等行業(yè)實現(xiàn)規(guī)?；瘧?yīng)用”。《實施方案》針對“有序提升氫冶金應(yīng)用水平”提出了具體舉措，以推動氫冶金研發(fā)和應(yīng)用，助推鋼鐵行業(yè)綠色低碳轉(zhuǎn)型。

一、有序提升氫冶金應(yīng)用水平意義重大

氫冶金是鋼鐵行業(yè)低碳轉(zhuǎn)型的重要路徑。中國是世界第一鋼鐵大國，2023年粗鋼產(chǎn)量10.29億噸，占全球粗鋼產(chǎn)量約54%，且以高爐—轉(zhuǎn)爐長流程為主要工藝路線（高爐—轉(zhuǎn)爐粗鋼產(chǎn)量占總產(chǎn)量比例約90%），是典型的能源消耗（約占全國能源消費總量11%）及碳排放大戶（約占全國碳排放總量15%）。在巨大的節(jié)能降碳壓力下，氫冶金得到全球鋼鐵企業(yè)高度關(guān)注，該技術(shù)利用氫氣替代碳做還原劑，其還原產(chǎn)物為水，可大幅降低二氧化碳排放，是鋼鐵行業(yè)實現(xiàn)綠色低碳的重要路徑。

未來氫冶金具有良好的發(fā)展前景。一是鋼鐵行業(yè)自產(chǎn)富氫焦?fàn)t煤氣，為氫冶金發(fā)展提供了良好的資源條件；二是國外以天然氣為氣源的豎爐直接還原煉鐵工藝裝備已成熟，可結(jié)合中國國情，改進和研發(fā)相應(yīng)技術(shù)裝備；三是隨著綠氫制取技術(shù)突破和成本降低，以及鋼鐵行業(yè)納入全國碳市場，碳減排收益的體現(xiàn)，氫冶金將逐步具有競爭優(yōu)勢。

綜上所述，為加快推進鋼鐵行業(yè)節(jié)能降碳，有必要積極推進氫冶金技術(shù)研發(fā)，提升氫冶金應(yīng)用水平，為鋼鐵行業(yè)低碳轉(zhuǎn)型提供原創(chuàng)技術(shù)支撐。同時中國作為全球鋼鐵大國，理應(yīng)積極開展氫冶金技術(shù)研發(fā)示范，為世界鋼鐵低碳轉(zhuǎn)型提供中國技術(shù)方案。

二、政策鼓勵下氫冶金示范應(yīng)用成績顯著

國家積極出臺相關(guān)政策推進氫冶金示范應(yīng)用?！朵撹F行業(yè)產(chǎn)能置換實施辦法（2021）》針對退出燒結(jié)、焦?fàn)t、高爐等設(shè)備建設(shè)氫冶金項目的產(chǎn)能可實施等量置換，目前該產(chǎn)能置換辦法正在進一步修訂中。為支持低碳冶金示范項目示范應(yīng)用，工業(yè)和信息化部于2023年9月印發(fā)《關(guān)于組織開展低碳冶金技術(shù)攻關(guān)項目推薦工作的通知》，針對入選低碳冶金技術(shù)攻關(guān)的項目給予產(chǎn)能延期置換政策支持。

國內(nèi)鋼鐵行業(yè)已積極開展氫冶金實踐。當(dāng)前，氫冶金工藝主要圍繞高爐富氫冶煉、氫基直接還原煉鐵、氫基熔融還原煉鐵等開展研發(fā)和示范應(yīng)用。晉南鋼鐵、縱橫鋼鐵開展了高爐富氫冶煉探索，寶鋼湛江鋼鐵、河鋼張宣科技、中國鋼研等單位開展氫基豎爐直接還原煉鐵探索，鞍鋼集團開展綠氫流化床直接還原煉鐵探索，建龍集團開展氫基熔融還原煉鐵探索，行業(yè)具備清潔低碳?xì)湓谝苯痤I(lǐng)域應(yīng)用基礎(chǔ)條件。

三、下一步工作任務(wù)

（一）加快氫冶金裝置、關(guān)鍵部件材料及技術(shù)研發(fā)

氫基豎爐、氫基流化床以及氫基熔融還原屬于冶金新工藝，涉及到豎爐、流化床、熔融還原爐等核心反應(yīng)器以及關(guān)鍵部件材料需要研發(fā)，同時氫冶金屬于流程工業(yè)，需要研發(fā)相關(guān)智能化生產(chǎn)控制系統(tǒng)，保障設(shè)施安全穩(wěn)定運行。《實施方案》提出“加快氫基直接還原豎爐、純氫豎爐、流化床直接還原爐、氫基熔融還原爐等氫冶金裝置研發(fā)，突破還原爐內(nèi)襯耐火材料、富氫噴槍等關(guān)鍵材料和核心零部件，以及氫冶金控制機理模型、數(shù)字化智能化控制系統(tǒng)等關(guān)鍵技術(shù)”。行業(yè)需從核心裝置—材料—零部件—智能化控制系統(tǒng)等多角度協(xié)同推進關(guān)鍵技術(shù)開發(fā)，形成成熟、可推廣應(yīng)用的氫冶金技術(shù)裝備。

（二）綜合運用多類氫源，推進氫能在鋼鐵行業(yè)應(yīng)用

現(xiàn)階段我國氫能以煤制氫、工業(yè)副產(chǎn)氫、天然氣制氫為主，可再生能源制氫規(guī)模小、成本高。《實施方案》提出“鼓勵鋼鐵企業(yè)充分利用焦?fàn)t煤氣、化工副產(chǎn)氫等氫源，逐步提升可再生能源制氫的利用比例”。充分考慮了我國氫能資源國情，行業(yè)應(yīng)率先使用資源豐富、成本低且易獲取的工業(yè)副產(chǎn)氫來推動氫冶金技術(shù)開發(fā)與應(yīng)用。未來隨著綠氫成本下降以及規(guī)模化制氫能力提升，再逐步加大綠氫應(yīng)用比例，最終形成基于綠氫的氫冶金生產(chǎn)模式。

（三）推進現(xiàn)有高爐富氫冶煉

我國約90%的粗鋼產(chǎn)量是通過長流程生產(chǎn)，受國內(nèi)廢鋼產(chǎn)出量、廢鋼價格以及氫基直接還原生產(chǎn)成本高、投資大等因素影響，近期流程結(jié)構(gòu)仍將以長流程為主。因此，開展高爐富氫冶煉是近期鋼鐵企業(yè)降碳的重要路徑?！秾嵤┓桨浮诽岢觥巴七M高爐富氫冶煉，以氫氣替代焦炭、煤粉，開發(fā)爐內(nèi)氫氣高效安全噴吹系統(tǒng)，提升氫氣利用效率、降低固體燃料比例”。鋼鐵企業(yè)應(yīng)積極利用現(xiàn)有高爐裝備開展富氫冶煉，突破技術(shù)裝備障礙、利用效率低、成本高等限制。

（四）突破原料限制，推進氫冶金技術(shù)應(yīng)用

氫基直接還原（豎爐、流化床）+電爐煉鋼的近零碳流程，需使用優(yōu)質(zhì)高品位鐵礦石作為原料，但全球優(yōu)質(zhì)高品位鐵礦石資源匱乏，成為該技術(shù)路線推廣限制環(huán)節(jié)?！秾嵤┓桨浮诽岢觥巴黄畦F精礦高效提鐵降硅選礦、頂煤氣二氧化碳脫除提質(zhì)等關(guān)鍵技術(shù)；推進氫基熔融還原煉鐵技術(shù)研發(fā)與中試驗證，探索適用于低品位、共伴生鐵礦石的氫冶金技術(shù)路徑”。行業(yè)應(yīng)從鐵礦石原料端開展研究，提升礦石品質(zhì)以適應(yīng)直接還原工藝要求，同時推進適用于普通鐵礦石的氫基熔融還原技術(shù)開發(fā)，形成符合我國鐵礦石資源稟賦的氫冶金新技術(shù)。

（五）推進純氫冶金示范

由于綠氫成本高、純氫冶金成熟度低以及可再生能源主要分布在我國西北地區(qū)，綠電—綠氫—純氫冶金在近中期還不具備工業(yè)化推廣條件，但在遠(yuǎn)期有較大應(yīng)用前景。綠電—綠氫—純氫冶金涉及到可再生能源發(fā)電、電解水制氫以及冶金三個環(huán)節(jié)，可再生能源發(fā)電受制于風(fēng)或光等外部資源變化，波動性較大，如何與制氫、冶金的連續(xù)穩(wěn)定生產(chǎn)相結(jié)合，實現(xiàn)一體化耦合運營是氫冶金重要攻關(guān)方向?！秾嵤┓桨浮诽岢隽恕巴七M純氫冶金，發(fā)展純氫還原零碳高純材料，開展綠電—綠氫—純氫冶金上下游產(chǎn)業(yè)鏈?zhǔn)痉丁?。行業(yè)企業(yè)和科研機構(gòu)應(yīng)積極開展綠電—綠氫—純氫冶金研發(fā)與示范，推動“綠電—制氫—冶金”的新能源與冶金產(chǎn)業(yè)耦合，對生產(chǎn)零碳鋼和實現(xiàn)碳中和具有重要示范意義。

（六）加強政策支持、標(biāo)準(zhǔn)建設(shè)，提升氫冶金應(yīng)用水平

《實施方案》提出對符合條件的氫冶金等低碳前沿技術(shù)產(chǎn)業(yè)化示范項目給予產(chǎn)能延期置換政策支持，并利用首臺（套）、重點新材料應(yīng)用示范指導(dǎo)目錄等渠道，加大對氫冶金新技術(shù)、新裝備、新材料的推廣力度和支持力度，有助于氫冶金新技術(shù)的開發(fā)和示范項目建設(shè)。技術(shù)開發(fā)過程中需要制定完善的氫冶金技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)體系，推動基于氫冶金的低碳排放鋼產(chǎn)品碳足跡標(biāo)準(zhǔn)制定以及碳足跡國際標(biāo)準(zhǔn)規(guī)則互認(rèn)，通過標(biāo)準(zhǔn)引領(lǐng)促進氫冶金技術(shù)和低碳產(chǎn)品的應(yīng)用推廣。

備注：數(shù)據(jù)僅供參考，不作為投資依據(jù)。