今年以来，我国钢铁行业“双碳”目标进一步明确。2月，工信部、国家发改委、生态环境部联合印发了《关于促进钢铁工业高质量发展的指导意见》，提出到2025年，氢冶金、低碳冶金等先进工艺技术取得突破性进展。据中钢协透露，《钢铁行业碳达峰及降碳行动方案》正在编制，在政策推动下，多家钢铁企业开始探索低碳冶金路径。
有业内人士提出，在氢能行业尚处于起步阶段的背景下，如何在走上绿色钢铁道路的同时，解决技术、工艺和成本难题，将持续考验整个行业。
氢冶金技术是重要方向
随着“双碳”目标深入推进，钢铁企业降碳减排需求日渐迫切。记者了解到，原料或燃料替代是从源头减排的重要措施之一，氢冶金技术利用氢作为还原剂代替碳还原，减少长流程炼钢二氧化碳排放，已成为钢铁企业低碳转型的重要方向。
2021年初，中国宝武钢铁集团有限公司（以下简称“中国宝武”）在国内钢铁行业率先发布了实现碳达峰碳中和目标时间表，于今年内发布低碳冶金路线图，提出到2023年力争实现碳达峰，2025年具备减碳30%的工艺技术能力，2035年力争减碳30%，2050年力争实现碳中和。为充分践行低碳行动、探索氢冶金技术，今年2月，中国宝武湛江钢铁零碳示范工厂百万吨级氢基竖炉开工建设。该项目是国内首套百万吨级氢基竖炉，也是首套集成氢气和焦炉煤气进行工业化生产的直接还原生产线。
除中国宝武外，河钢集团、日照钢铁、中晋太行等钢铁企业从2020年起就开启氢冶金技术示范项目，探索更加节能、绿色的低碳冶金技术。“钢铁是氢能利用的重要环节。作为绿色清洁的工业原料，氢能将广泛应用于钢铁、化工、石化等行业，替代煤炭、石油等化石能源，全球钢铁行业都在积极开展氢能冶金实践。氢能利用有望助推包括钢铁行业在内的工业部门实现深度脱碳。”冶金工业规划研究院副总工程师郜学表示。
应用经验尚在累积
需要注意的是，由于氢能产业尚处于起步阶段，绿氢经济性、储运等环节的技术有待攻关，基于此，氢与冶炼的结合在工艺流程、技术应用等方面仍待进一步研究探索。
郜学指出，对于高炉富氢冶炼技术，国内外均处于起步研究阶段，喷吹氢气对高炉热制度、氢气利用率、节碳效果的影响仍待硏究。经测算，目前采用富氢高炉炼铁的成本仍高于传统高炉，绿氢冶炼尚不具备经济性。“在装备方面，喷吹装置的安全稳定运行、喷吹装备的设计，均需要大量工业试验进行摸索才能解决，尚未形成可靠的技术及装备。对于全氢大型竖炉直接还原技术，国内外均处于研究阶段，由于纯氢在竖炉内反应热力学和动力学完全发生变化，对氢气利用率、反应温度、压力、装备产能利用率均有影响，其工艺技术参数、装备设计均需长期探索和研究。”
此外，氢冶金工艺的市场需求也亟待进一步挖掘。郜学介绍，富氢竖炉直接还原项目产品为直接还原铁，为电炉冶炼优特钢的优质原料，但我国电炉钢占比低，仅占10%，且与高炉生铁相比，直接还原铁成本较高，为控制生产成本，国内电炉钢企业多以废钢、热铁水、生铁块为原料治炼，对直接还原铁需求不足。
推进产学研深度融合
除聚焦绿氢炼钢外，钢铁企业还可有更多作为。荣成新能（天津）氢能科技有限公司总经理刘志军称，为实现氢冶金的突破性技术应用与培育，除冶炼这一环节外，还应结合实际场景应用、校企合作研究等进行多方面共同推进。“以荣程集团为例，在探索氢冶金高炉、氢能竖炉冶炼技术研发与示范等过程中，通过实验，优化、固化工艺流程和工艺参数，总结操作经验，并形成理论-工艺-操作完整的氢冶金行业标准，打造氢能运输示范应用场景，形成产业商业应用闭环。同时，依托创新实践基地、企业技术中心等组织机构，形成人才培训基地，为全国氢冶金发展培养和输送各类型人才。”
郜学建议，应从制氢、储氢、运氢、用氢等全产业链角度系统推进氢能利用，特别是结合我国钢铁生产实际应用场景，推进产学研用金深度融合。“氢能冶炼减污降碳效果显著，是钢铁行业实现大规模脱碳的重要途径，但现阶段相关工艺成本仍远高于传统生产工艺。对此，应充分发挥市场化机制在技术创新等领域的作用，进一步优化金融和人才等资源优化配置。”
此外，注重强化国际合作也尤为关键。郜学强调，在国际合作过程中应聚焦具体突破环节，如氢能炼铁技术稳定高效运行、储氢等；在理念、技术、路径及管理方法等方面强化国际交流，深化技术、科研等领域的深度合作。
