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連日來，河鋼全球首例120萬噸氫冶金示范工程，實現(xiàn)安全順利連續(xù)生產(chǎn)綠色DRI產(chǎn)品。目前，DRI產(chǎn)品金屬化率達到94%，關鍵指標完全達到合格產(chǎn)品標準，可做為高端材料制造高品質潔凈原料，是替代電爐廢鋼特別是高品質廢鋼的重要原料。這標志著河鋼氫冶金示范工程一期取得圓滿成功，該工程是氫作為大工業(yè)生產(chǎn)能源應用的第一例，成為中國鋼鐵史乃至世界鋼鐵史上由傳統(tǒng)“碳冶金”向新型“氫冶金”轉變的一個重要的里程碑。

隨著“碳達峰、碳中和”成為全球產(chǎn)業(yè)發(fā)展的主旋律，碳排放排名第二的鋼鐵行業(yè)需要進行深度變革。氫冶金因其巨大的減排潛力，已成為龍頭鋼企志在必得的制高點，國內(nèi)外多家鋼鐵公司正在大力布局氫能冶金、綠氫制備和氫能供應等項目。從“碳冶金”到“氫冶金”，鋼鐵工業(yè)有望摘掉高碳排放、高污染、高能耗的帽子。

以氫代碳的還原反應

氫冶金即用氫氣取代碳作為還原劑和能量源煉鐵，還原產(chǎn)物為水，可實現(xiàn)零碳排放（基本反應式為Fe2O3+3H2=2Fe+3H2O，還原劑為氫氣，產(chǎn)物為鐵和水）。

01

高爐富氫還原

即通過噴吹天然氣、焦爐煤氣等富氫氣體參與煉鐵過程。相關實驗表明，高爐富氫還原煉鐵在一定程度上能夠通過加快爐料還原，減少碳排放，但由于該工藝是基于傳統(tǒng)的高爐，焦炭的骨架作用無法被完全替代，氫氣噴吹量存在極限值，一般認為高爐富氫還原的碳減排幅度可達10%-20%，效果不夠顯著。

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氣基直接還原豎爐

即通過使用氫氣與一氧化碳混合氣體作為還原劑，將鐵礦石轉化為直接還原鐵，再將其投入電爐進行進一步冶煉。氫氣作為還原劑的加入使碳排放得到了有效控制。相較于富氫還原高爐，每噸二氧化碳排放量可減少50%以上。這種方式更適合用于氫冶金。

高爐富氫減碳幅度為10%-20%，效果有限。氣基直接還原豎爐工藝是直接還原技術，不需要煉焦、燒結、煉鐵等環(huán)節(jié)，能夠從源頭控制碳排放，相較于高爐富氫還原減碳幅度可達50%以上，減排潛力較大，是迅速擴大直接還原鐵生產(chǎn)的有效途徑。但氣基豎爐存在吸熱效應強、入爐H2氣量增大、生產(chǎn)成本升高、H2還原速率下降、產(chǎn)品活性高和難以鈍化運輸?shù)戎T多問題。無論是高爐煉鐵還是氣基豎爐直接還原鐵，采用氫冶金方式均具備明顯的減碳作用。

多國發(fā)布氫冶金技術路線圖

近年來，全球鋼鐵行業(yè)都在積極開展氫能冶金實踐。歐洲、日本、韓國等國家和地區(qū)的鋼鐵企業(yè)均制定了包括氫能冶金在內(nèi)的低碳冶金技術路線圖，加快研發(fā)、試驗和應用，為實現(xiàn)碳中和目標尋求工藝技術突破。

目前全球已經(jīng)有部分氫冶金技術的案例，例如瑞典酐鐵HYBRIT項目、薩爾茨吉特SALCOS項目、奧鋼聯(lián)H2Future項目、德國蒂森克虜伯Carbon2Chem項目等。

中國實現(xiàn)“綠氫冶金”長路漫漫

目前國內(nèi)部分鋼鐵企業(yè)已發(fā)布氫冶金規(guī)劃，建成示范工程并投產(chǎn)，取得一定的創(chuàng)新突破，但示范工程尚處于工業(yè)性試驗階段，還存在基礎設施不完善、相關標準空白、成本較高、安全用氫等問題，而且現(xiàn)階段考慮氣源、制備、儲運、成本等因素所用氫氣多數(shù)仍為“灰氫”，距離實現(xiàn)“綠氫冶金”還有很長的路要走。

中國鋼鐵行業(yè)氫冶金主要利用方式具體包括：高爐富氫冶煉技術、氫氣豎爐直接還原技術、氫基熔融還原煉鐵技術等。從中國鋼鐵企業(yè)應用進展來看，氫冶金技術有助于顯著減少碳排放，推動碳資源化利用，促進綠色短流程新工藝發(fā)展，實現(xiàn)無化石能源冶煉，開辟鋼鐵-化工-氫能耦合降碳路線。此外，氫能在中國鋼鐵企業(yè)物流交通領域也取得了良好的節(jié)能環(huán)保成效。

中國要想實現(xiàn)綠氫冶金，未來還需深入研究分布式綠色能源利用、氫氣制備與存儲、氫冶金、CO2脫除等領域的關鍵技術，形成以氫能為核心的新型鋼鐵冶金生產(chǎn)工藝。

氫冶金的未來遠不遠

全球氫冶金項目研究主要分三步：（1）2025年之前，建立中試示范項目驗證大規(guī)模氫冶金的可行性；（2）到2030年，利用焦爐煤氣等副產(chǎn)品中的氫進行氫冶金生產(chǎn)；（3）到2050年，實現(xiàn)綠氫對灰氫的替代，進行氫冶金工業(yè)化生產(chǎn)。

目前來看，氫能源與鋼鐵產(chǎn)業(yè)的合作是雙贏的結果：氫冶金有利于鋼鐵企業(yè)節(jié)能減排、完成低碳轉型；鋼鐵企業(yè)為氫能源提供了更多的落地應用，豐富氫能下游產(chǎn)業(yè)鏈。氫能源和鋼鐵產(chǎn)業(yè)相輔相成。利于新能源的發(fā)展。

鋼鐵行業(yè)氫冶金應用仍然面臨綠氫經(jīng)濟性仍有待提升、技術應用缺乏經(jīng)驗、氫能儲存運輸成本高、氫基直接還原鐵產(chǎn)品下游市場需求不足等一系列嚴峻挑戰(zhàn)。

對于鋼鐵行業(yè)氫冶金未來發(fā)展與應用，提出三點建議：

一是系統(tǒng)推進。應從制氫、儲氫、運氫、用氫等全產(chǎn)業(yè)鏈系統(tǒng)推進氫能利用，特別是應統(tǒng)籌鋼鐵生產(chǎn)實際應用場景，系統(tǒng)推進“產(chǎn)學研用金”深度融合。

二是發(fā)揮市場化機制?，F(xiàn)階段氫冶煉工藝成本仍遠高于傳統(tǒng)生產(chǎn)工藝，應充分發(fā)揮市場化機制在技術創(chuàng)新等領域的作用，進一步優(yōu)化金融、人才等資源配置。

三是強化國際合作。應進一步聚焦具體突破環(huán)節(jié)，強化包括理念、科研、技術、路徑及管理方法等在內(nèi)的國際交流，推動國際深度合作。

世界鋼鐵協(xié)會主席，世界鋼鐵發(fā)展研究院院長，河鋼集團黨委書記、董事長于勇介紹，過去30年，全球鋼鐵行業(yè)通過提高能源效率和推廣應用循環(huán)利用新工藝、新技術，噸鋼綜合能耗已經(jīng)降低了50%。目前，全球鋼鐵行業(yè)的能源消費量占全球的8%左右，碳排放量占全球的7%。面向未來，鋼鐵行業(yè)無論是能源結構創(chuàng)新還是工藝結構創(chuàng)新、氫能應用都是實現(xiàn)低碳、甚至“零碳”排放的最佳途徑。特別是氫冶金技術的創(chuàng)新與應用，將帶來傳統(tǒng)鋼鐵冶金技術的革命性變革，使鋼鐵生產(chǎn)擺脫對化石能源的絕對依賴，從源頭上解決碳排放問題。

雖然限制于環(huán)境和成本等各種因素，目前鋼鐵工業(yè)還沒有實現(xiàn)“一氫到底”，但發(fā)展清潔能源是方向，也是使命，“氫冶金”的潛力無限。 

原標題：科普 | 一文詳解氫冶金