近期，德國(guó)著名鋼鐵企業(yè)——蒂森克虜伯鋼鐵公司宣布將建造氫能源直接還原工廠，屆時(shí)工廠將擁有250萬(wàn)噸直接還原鐵(DRI)產(chǎn)能，未來(lái)每年減少超過(guò)350萬(wàn)噸的二氧化碳排放，計(jì)劃于2026年底完工。

氫冶金（指在鋼鐵的還原冶煉過(guò)程中，使用氫氣作為主要還原劑）因其天然的低碳屬性，在國(guó)內(nèi)外備受關(guān)注。據(jù)了解，近年來(lái)國(guó)內(nèi)鋼鐵企業(yè)也開(kāi)始布局氫冶金領(lǐng)域。

中國(guó)環(huán)境報(bào)記者就目前國(guó)內(nèi)鋼鐵行業(yè)氫冶金技術(shù)取得的成果和未來(lái)發(fā)展，采訪了中國(guó)鋼鐵工業(yè)協(xié)會(huì)副會(huì)長(zhǎng)兼秘書(shū)長(zhǎng)姜維和河鋼集團(tuán)黨委副書(shū)記、總經(jīng)理王蘭玉。

氫冶金技術(shù)助推鋼企轉(zhuǎn)型

王蘭玉表示，構(gòu)建“以氫代碳”的氫冶金技術(shù)研發(fā)和應(yīng)用體系，是我國(guó)鋼鐵行業(yè)實(shí)現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)的重要方向。

“與傳統(tǒng)的碳冶金相比，氫冶金有著明顯的優(yōu)勢(shì)，可以從源頭降低二氧化碳的排放量。”姜維介紹道，“目前主要關(guān)注三個(gè)技術(shù)方向，即富氫/全氫氣基直接還原（含豎爐、流化床等）、富氫碳循環(huán)高爐、氫基熔融還原。”

“當(dāng)前，汽車(chē)、家電、機(jī)械、造船等傳統(tǒng)用鋼行業(yè)正向低碳、綠色、智能、電動(dòng)化轉(zhuǎn)型。為積極對(duì)接傳統(tǒng)用鋼行業(yè)的新需求，挖掘跟進(jìn)新產(chǎn)業(yè)新業(yè)態(tài)和未來(lái)潛在需求的新變化，就要把發(fā)展的主動(dòng)權(quán)牢牢掌握在自己手中。”王蘭玉說(shuō)。

那么目前，我國(guó)鋼鐵行業(yè)在氫冶金領(lǐng)域取得了哪些成果？

王蘭玉告訴記者，2022年12月16日，河鋼集團(tuán)120萬(wàn)噸氫冶金示范工程一期全線貫通，首創(chuàng)了“焦?fàn)t煤氣零重整豎爐直接還原”工藝技術(shù)，是目前工業(yè)化生產(chǎn)中含氫比例最高的氣基豎爐直接還原工藝，最接近未來(lái)100%氫還原的工藝狀態(tài)。

“寶武八一鋼鐵公司富氫碳循環(huán)高爐已于去年7月點(diǎn)火開(kāi)爐，采用了高爐頂煤氣脫CO2循環(huán)和以氫代碳的富氫冶煉工藝，初步實(shí)現(xiàn)燃料比降低30%；建龍自主創(chuàng)新的30萬(wàn)噸/年氫基熔融還原法冶煉高純鑄造生鐵項(xiàng)目初步試驗(yàn)已于2021年4月成功出鐵，未來(lái)將就氫的應(yīng)用開(kāi)展研究。”姜維補(bǔ)充道。

“以氫代碳”怎么走？

根據(jù)國(guó)內(nèi)外氫冶金技術(shù)的研發(fā)和應(yīng)用進(jìn)展情況看，按照氫用量的不同，氫冶金可實(shí)現(xiàn)不同程度的碳減排效果。但與此同時(shí)，姜維也列舉了氫冶金在技術(shù)應(yīng)用方面面臨的諸多難點(diǎn)。

目前氫冶金技術(shù)普遍采用焦?fàn)t煤氣和煤制合成氣技術(shù)，未來(lái)鋼廠限制用煤，所以為解決氫氣氣源問(wèn)題，化工用煤制氣技術(shù)用于直接還原方面有待突破；

氣基豎爐要求入爐球團(tuán)鐵品位達(dá)到67%以上，高品位礦粉供應(yīng)、氧化球團(tuán)低溫還原粉化、高溫還原膨脹、高溫粘結(jié)等問(wèn)題需要進(jìn)一步解決；

還有全氫還原吸熱技術(shù)問(wèn)題，氫氣還原鐵氧化物具有強(qiáng)吸熱效應(yīng)，采取全氫氣還原時(shí)豎爐內(nèi)熱量不足、溫度場(chǎng)不均勻，導(dǎo)致生產(chǎn)效率降低和能耗增加；

另外，高純氫氣的安全加熱、合金爐管材料的抗高溫和氫脆失效等關(guān)鍵問(wèn)題、氫基直接還原和熔融還原產(chǎn)品應(yīng)用于鋼鐵生產(chǎn)所涉及的鋼材品種開(kāi)發(fā)以及裝備、耗材等配套問(wèn)題也需要在材料設(shè)計(jì)、冶煉加工方面實(shí)現(xiàn)突破。

為鼓勵(lì)氫冶金技術(shù)研發(fā)與產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用，王蘭玉也提出了他的建議：完善相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，做好頂層設(shè)計(jì)；通過(guò)優(yōu)化產(chǎn)能置換政策，鼓勵(lì)氫冶金工程的探索性研究實(shí)施；設(shè)立專(zhuān)項(xiàng)資金，開(kāi)展氫冶金技術(shù)重大專(zhuān)項(xiàng)研發(fā)；開(kāi)發(fā)科學(xué)、系統(tǒng)的降碳量化方法，鼓勵(lì)氫冶金降碳產(chǎn)品的交易及低息貸款；制定金融補(bǔ)貼政策等。

隨著國(guó)家能源結(jié)構(gòu)調(diào)整，清潔能源產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展，大規(guī)模低成本制氫技術(shù)的突破與應(yīng)用，將為氫冶金的發(fā)展提供能源支持。氫冶金技術(shù)將在我國(guó)逐步實(shí)現(xiàn)應(yīng)用，為鋼鐵工業(yè)實(shí)現(xiàn)碳中和發(fā)揮重要作用。