“绿色钢铁”路径探索——氢冶金

钢铁行业作为碳排放大户，约占我国碳排放总量的15%，“双碳”目标背景下，如何走上“绿色钢铁”道路，是整个行业亟需解决的问题。

原料或燃料替代是CO2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，是减少长流程炼钢CO2排放，保证钢铁工业绿色可持续发展的重要途径之一。

2022年2月，工业和信息化部、国家发展和改革委员会、生态环境部联合印发《关于促进钢铁工业高质量发展的指导意见》明确提出，推进氢冶金、低碳冶金、洁净钢冶炼、薄带铸轧、无头轧制等先进工艺技术研发。

氢冶金技术工艺有哪些？

氢能是消除传统炼钢炼铁工艺碳排放的有效途径。氢能源既可以替代化石燃料应用于高炉炼铁、烧结、热风炉、石灰窑、轧钢加热炉等生产工序，又可以作为还原剂完成炼钢过程的还原反应。

典型的氢冶金工艺主要有氢等离子直接炼钢、氢熔融还原与氢直接还原等，其中占主流的是高炉富氢冶炼与气基直接还原竖炉炼铁两种。

高炉富氢冶炼就是向高炉内喷吹富氢气体（焦炉煤气、天然气）或氢气，是一种低碳炼铁技术。高炉喷吹H2或富氢气体有助于增加生铁产量，并在一定程度上实现节焦，降低碳排放。

目前该工艺已趋成熟，具备改善高炉运行状况、提升能源利用效率、减少煤和焦炭的使用量、降低CO2排放量等诸多优点。但因喷吹氢气量受限，使得高炉富氢还原的碳减排幅度为10%-20%，效果有限。

气基直接还原竖炉是利用H2、CO混合气体，将铁矿石转化为直接还原铁，再将其投入电炉冶炼；该工艺能够从源头控制碳排放，减碳幅度可达50%以上，减排潜力较大。

国内氢冶金工业研发应用现状如何？

为实现“双碳”目标，我国钢铁企业积极参与研究和开发氢冶金技术，相继有企业已经建成或即将建设相关的氢冶金生产线。但是氢冶金工艺目前在国内仍未实现大规模发展应用。

制约氢冶金工艺发展的因素有什么？

氢的成本问题

钢铁工业生产规模巨大，规模化实施氢冶金需要大量的、低成本、环境友好型且环保效能和能源转换效率高的氢源。目前氢气是比较昂贵的二次能源，价格高，因此氢冶金工艺的未来发展很大程度上取决于氢气大规模、经济、绿色制取与经济储运。

技术壁垒

氢冶金技术仍有许多关键技术需要解决突破，比如氢气直接还原铁氧化物的过程为强烈的吸热反应，需要解决还原过程炉内热量平衡问题。

中国科协科普部

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