寫稿
投稿
當前，中國鋼鐵行業(yè)正在積極尋求低碳轉(zhuǎn)型發(fā)展途徑，氫冶金無疑是鋼鐵行業(yè)實現(xiàn)綠色發(fā)展的重要的途徑之一。
一些鋼鐵頭部企業(yè)在氫冶金方面邁出了重要一步，建立了低碳冶金示范項目，如寶武、河鋼、首鋼、建龍、酒鋼等，一些知名院校也建立起了科學研究中心、技術(shù)研究院等?？梢哉f，中國鋼鐵行業(yè)未來能否站上世界低碳冶金技術(shù)的最前列，氫冶金工藝的研發(fā)突破和應用至關(guān)重要。
就目前而言，氫冶金技術(shù)在世界范圍內(nèi)還存在著成本較高，并且在儲存、運輸、加注等環(huán)節(jié)也存在安全性等諸多難題。
數(shù)據(jù)顯示，2020年，受全球新冠肺炎疫情影響，全球碳排放量下降至322.8億噸，其中，中國碳排放量達到98.99億噸，占比30.7%，居于世界前列。
為此，中國堅定實施了碳減排、碳中和戰(zhàn)略，這是中國實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的內(nèi)在要求和重大戰(zhàn)略決策。
鋼鐵行業(yè)有“兩高一資”的說法，即高能耗、高污染和資源性。2020年中國粗鋼產(chǎn)量突破10億噸，穩(wěn)居世界第一位。由于碳排放總量較大，中國鋼鐵工業(yè)二氧化碳排放量約占全國二氧化碳排放量的15%，占全球60%以上，節(jié)能減排任務艱巨，氫冶金的順利實施意義顯得尤為重大。
一直以來，氫冶金工藝因其低碳低能耗等諸多顯著特征受到業(yè)內(nèi)廣泛關(guān)注，探索熱度也一直未減，氫冶金技術(shù)研究也正朝著多元化的方向邁進，如氫氣—一氧化碳混合氣制鐵、純氫煉鐵等技術(shù)正逐漸被攻克。
中國現(xiàn)有的煉鋼技術(shù)主要有兩大類，即長流程與短流程，其中，長流程中涉及到大量含碳元素原料的使用，二氧化碳的排放不可避免；而短流程中因為需要大量使用電力，中國目前主要依靠火力發(fā)電，電爐的使用也會間接造成大量碳排放。
基于此，鋼鐵行業(yè)普遍將研究重心由改進現(xiàn)有煉鐵設備向引入清潔原料方向轉(zhuǎn)移。眾多新煉鐵技術(shù)中，氫煉鐵技術(shù)成為了首選方案。
中國現(xiàn)有的氫冶金技術(shù)中，富氫還原高爐與氣基直接還原豎爐兩類工藝發(fā)展逐漸受到行業(yè)的認可。其中富氫還原高爐，即通過噴吹氫氣和天然氣、焦爐煤氣等含氫介質(zhì)參與煉鐵過程。但該工藝下的碳排放減量有限。相比之下，氣基直接還原豎爐工藝噸鋼二氧化碳排放量能減少50%以上，效果非常明顯。
此外，純氫氣煉鐵的探索同樣一直在積極推進。與長流程相比，該工藝下二氧化碳排放將降低98%。不過，現(xiàn)有技術(shù)條件下，還不能大面積推廣應用，成本較高是主要原因。
目前氫氣制備方法中天然氣制氫占比最高，達48%；其次是石油氣化制氫，占比30%；煤制氫第三，占比18%；電解水制氫占4%。
光伏、風電、核電等可再生能源發(fā)電直接用于制氫冶金，成本太高，其價格是煤制氫成本的兩倍以上（煤制氫成本約為15-16元/kg，電解水制氫成本達30元/kg以上），其中電價會占到制氫成本的70%以上。
數(shù)據(jù)顯示，煤制氫技術(shù)路線成本在0.8-1.2元/nm3，天然氣制氫成本略高于煤制氫，為0.8-1.5元/nm3，而電解水制氫價格較高，即使采用低谷電制氫（電價取0.25元/千瓦時），加上電費以外的固定投資，制氫綜合成本高于1.7元/立方米。
不過，考慮到我國清潔能源發(fā)電的發(fā)展，未來使用諸如生物能、核能等作為電解水制氫電力來源或許會為該工藝的進一步發(fā)展帶來更多可能。
除成本較高外，氫氣儲存和運輸業(yè)面臨不少困難。安全、高效、廉價的氫儲運技術(shù)成為了實現(xiàn)氫能商業(yè)化應用的關(guān)鍵。目前主要的儲運氫材料與技術(shù)有高壓儲氫、液體儲氫、金屬氫化物儲氫、有機氫化物儲氫等。高壓氣瓶儲氫有三型瓶和四型瓶，三型瓶已經(jīng)國產(chǎn)化，四型瓶相關(guān)技術(shù)有待突破。
在氫冶金應用方面，國內(nèi)還處于研發(fā)試驗階段，而在國際上，韓國浦項已經(jīng)正式開發(fā)超高溫煤氣爐和智能原子爐等氫冶煉技術(shù)密切相關(guān)技術(shù)的研究，瑞典蒂森克虜伯已經(jīng)實現(xiàn)了在高爐中使用氫氣。
綜合來看，目前，我國鋼鐵行業(yè)無論是碳排放標準管理體系，還是低碳冶金技術(shù)相比國外，均處于發(fā)展的初級階段，氫冶金之路充滿各種挑戰(zhàn)，但發(fā)展?jié)摿薮蟆?/span>
