多方合力推廣氫冶金

 

作為支撐我國國民經濟發展的基礎性行業之一，鋼鐵行業碳排放總量占全國15%左右，是占比最高的制造業，是“雙碳”目標下工業綠色發展的主戰場。

 

報告認為，基于現有工藝流程，現階段碳排放強度到未來極致碳排放強度的過渡階段，如果依托鋼鐵工業現有生產工藝難以實現行業碳中和，必須尋求減煤降碳降焦，大幅替代化石能源新型冶煉工藝。因此，基于氫冶金和綠色能源顛覆性冶煉技術將成為鋼鐵行業低碳發展的重要方向。

 

對于發展氫冶金，國家層面已經有了頂層設計。2022年2月7日，工信部、國家發展改革委、生態環境部聯合發布《關于促進鋼鐵工業高質量發展的指導意見》，提出將制定氫冶金行動方案，加快推進低碳冶煉技術研發應用。到2025年，鋼鐵行業研發投入強度力爭達到1.5%，氫冶金、低碳冶金等先進工藝技術取得突破進展。碳達峰碳中和“1+N”政策體系中的《工業領域碳達峰實施方案》和《減污降碳協同增效實施方案》等文件，都明確了對加強氫冶金、富氫冶煉等技術的示范應用。2022年3月23日，國家發展改革委發布的《氫能產業發展中長期規劃》提出，開展以氫作為還原劑的氫冶金技術研發應用，探索氫能冶金示范應用。

 

據了解，我國相關行業和企業在氫冶金技術應用和研發方面都采取了積極的行動。在《中國鋼鐵工業“雙碳”愿景及技術路線圖》中，提出了鋼鐵行業低碳共性技術清單，涉及八個技術方向。其中，前三個方向涵蓋了富氫或全氫的直接還原、富氫碳循環高爐和氫基熔融還原這三個目前氫冶金技術涉及到的三大領域。中國寶武、鞍鋼、河鋼、建龍等企業，發布了各自的《碳達峰碳中和行動方案》《低碳技術路線圖》《低碳發展路線圖》，都將氫冶金作為其重要的降碳技術路徑。

 

在“碳達峰碳中和”目標約束下，鋼鐵行業深度脫碳已經成為必然趨勢，通過傳統技術創新，實現現有生產工藝的降碳空間就有瓶頸限制。報告認為，氫還原目前是替代碳還原最可行的途徑。它有理論技術支撐，且已經具備實踐應用條件，對高爐富氫循環、氫基熔融還原和氫基直接還原等路線，國內外企業都已經開展了示范研究，并取得了積極進展。

 

推動氫冶金技術規模應用

 

據了解，氫冶金技術主要包括高爐富氫冶煉技術和氫基直接還原技術。其中，高爐富氫冶煉由于改造成本較低、富氫氣體易獲取、可操作性強，被認為是從現階段的“碳冶金”過渡到“氫冶金”的橋梁，其潛在碳減排幅度為10%-30%。從中長期來看，氫基直接還原工藝是最具發展潛力的低碳冶金技術之一。報告預計，氫基直接還原技術有望在2040年后大規模推廣，先決條件是綠氫產業鏈的發展，包括綠色、經濟、大規模氫源的獲取，氫氣長距離的安全儲運，氫源供需的合理配置等。

 

報告指出，經濟性是制約鋼鐵行業氫冶金發展的關鍵因素之一，其中主要涉及氫氣成本及碳排放成本。隨著技術進步，制氫成本逐漸降低，就顯示出成本優勢。因此，在不同階段里碳市場也是推動氫冶金發展和氫冶金示范應用的重要手段。

 

報告建議，近中期在示范階段，鋼鐵企業可以充分利用各類工業副產氫實現就近消納，降低工業副產氫的供給成本，來降低研發示范階段的費用。在中遠期，行業必須依賴于氫能的發展和布局，利用光伏、風能、水電等綠電，通過電解水制氫，支撐中國鋼鐵工業的氫冶金低碳化轉型。

 

報告認為，另外一個重要的因素就是安全規模化用氫。由傳統的碳基能源轉變為清潔的氫能源，在儲存運輸以及向反應器內噴吹等，對相應的安全、溫度、壓力和流量等都有一些特殊的要求。因此，在設計和建設規范等都應該有相應的基礎，在技術研發的同時，必須完善氫冶金和鋼鐵企業儲氫、用氫相關的工程建設、安全防火等規范標準來支撐用氫的安全化和規范化。同時，輸氫、儲氫等相關配套措施要逐步完善。

 

四步走發展路線圖

 

報告在綜合考慮中遠期鋼產量變化趨勢和鋼鐵工業“雙碳”愿景的基礎上，提出我國氫冶金發展按四步走的建議：

 

一是到2030年，噸鋼碳排放強度較2020年下降15%。集中攻關高爐富氫冶煉技術和純氫基直接還原技術，以及相應的軟硬件。開展高爐富氫冶煉技術的示范項目，有條件的鋼鐵企業應率先開展高爐噴氫改造，爭取富氫高爐產能占比達到15%。

 

二是2030-2040年，噸鋼碳排放強度較2020年下降55%。在此期間，鋼鐵行業應集中攻關純氫基直接還原技術及氫基直接還原裝備的國產化、大型化。純氫直接還原技術取得突破性成果，開展純氫直接還原技術示范項目。國家氫能產業體系初步形成，氫源供應增長，成本下降，富氫高爐產能占比超過60%，力爭綠氫用量占比達到30%以上。

 

三是2040-2050年，噸鋼碳排放強度較2020年下降85%。大力推廣純氫基直接還原技術，加快 “高爐-轉爐”長流程制鋼向“純氫基還原+電爐”短流程制鋼轉型，“氫基還原+電爐”短流程制鋼產能占比達到25%。綠氫供應量占鋼鐵產業需氫總量達到85%。鋼鐵企業與綠電、綠氫供應商緊密結合，共建產業鏈生態圈，耦合發展。

 

四是2050-2060年，噸鋼碳排放強度較2020年下降95%。進一步提升純氫基直接還原+綠電電爐短流程鋼產量占比，“純氫基直接還原+綠電電爐”短流程鋼產量占比達到35%。至2060年，鋼鐵行業年碳排放量降低至約1億噸，需進一步借助CCUS和碳匯實現“碳中和”目標。

 

報告建議，加強氫冶金技術研發和示范的財政和稅收支持，給予氫冶金研發和試點項目在信貸總量、支持方式和利率上更多支持。在鋼鐵行業納入全國統一碳市場后，結合行業低碳發展目標及氫冶金等戰略路徑，科學合理地減少免費配額占比，使率先推進氫冶金技術的企業能夠從碳交易中先獲益、多獲益。同時，強化頂層設計、系統謀劃，構建氫能產業鏈和鋼鐵行業在內的產業生態圈。

 

自然資源保護協會北京代表處首席代表張潔清表示，高質量發展對鋼鐵行業提出了新要求，不僅需要為國民經濟發展提供基礎原材料保障，還需要在行業運行中體現經濟性、生態性和安全性。作為促進鋼鐵工業綠色低碳發展的重要技術，氫冶金能夠有效推動“減污降碳”，是鋼鐵行業高質量發展、落實生態文明理念的重要手段。