作為世界粗鋼產量第一大國，我國鋼鐵行業(yè)的碳排放量約占全國排放總量的15%。我國主流的鋼鐵生產工藝是用焦炭和鐵礦石在高爐冶煉出鐵水，再經轉爐熔煉成鋼。這種名為長流程的制造過程碳排放強度較高。氫冶金技術是用氫替代焦炭來還原鐵礦石中的氧化鐵，減少長流程煉鋼的碳排放，是鋼鐵行業(yè)的重要減碳途徑之一。自然資源保護協(xié)會（NRDC）日前發(fā)布了《面向碳中和的氫冶金發(fā)展戰(zhàn)略研究》（以下簡稱報告），提出了從現(xiàn)階段到2060年我國氫冶金發(fā)展的路線圖和政策建議。

多方合力推廣氫冶金

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

報告認為，基于現(xiàn)有工藝流程，現(xiàn)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(yè)現(xiàn)有生產工藝難以實現(xiàn)行業(yè)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(yè)低碳發(fā)展的重要方向。

對于發(fā)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(fā)展改革委、生態(tài)環(huán)境部聯(lián)合發(fā)布《關于促進鋼鐵工業(yè)高質量發(fā)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(fā)應用。到2025年，鋼鐵行業(yè)研發(fā)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(yè)領域碳達峰實施方案》和《減污降碳協(xié)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(fā)展改革委發(fā)布的《氫能產業(yè)發(fā)展中長期規(guī)劃》提出，開展以氫作為還原劑的氫冶金技術研發(fā)應用，探索氫能冶金示范應用。

據了解，我國相關行業(yè)和企業(yè)在氫冶金技術應用和研發(fā)方面都采取了積極的行動。在《中國鋼鐵工業(yè)“雙碳”愿景及技術路線圖》中，提出了鋼鐵行業(yè)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(huán)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(yè)，發(fā)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(fā)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(yè)深度脫碳已經成為必然趨勢，通過傳統(tǒng)技術創(chuàng)新，實現(xiàn)現(xiàn)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(huán)、氫基熔融還原和氫基直接還原等路線，國內外企業(yè)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(guī)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(xiàn)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(fā)展?jié)摿Φ牡吞家苯鸺夹g之一。報告預計，氫基直接還原技術有望在2040年后大規(guī)模推廣，先決條件是綠氫產業(yè)鏈的發(fā)展，包括綠色、經濟、大規(guī)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(yè)氫冶金發(fā)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(yōu)勢。因此，在不同階段里碳市場也是推動氫冶金發(fā)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(yè)可以充分利用各類工業(yè)副產氫實現(xiàn)就近消納，降低工業(yè)副產氫的供給成本，來降低研發(fā)示范階段的費用。在中遠期，行業(yè)必須依賴于氫能的發(fā)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(yè)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(guī)模化用氫。由傳統(tǒng)的碳基能源轉變?yōu)榍鍧嵉臍淠茉矗趦Υ孢\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(guī)范等都應該有相應的基礎，在技術研發(fā)的同時，必須完善氫冶金和鋼鐵企業(yè)儲氫、用氫相關的工程建設、安全防火等規(guī)范標準來支撐用氫的安全化和規(guī)范化。同時，輸氫、儲氫等相關配套措施要逐步完善。

四步走發(fā)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(yè)“雙碳”愿景的基礎上，提出我國氫冶金發(fā)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(yè)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(yè)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(yè)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(yè)需氫總量達到85%。鋼鐵企業(yè)與綠電、綠氫供應商緊密結合，共建產業(yè)鏈生態(tài)圈，耦合發(fā)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(yè)年碳排放量降低至約1億噸，需進一步借助CCUS和碳匯實現(xiàn)“碳中和”目標。

報告建議，加強氫冶金技術研發(fā)和示范的財政和稅收支持，給予氫冶金研發(fā)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(yè)納入全國統(tǒng)一碳市場后，結合行業(yè)低碳發(fā)展目標及氫冶金等戰(zhàn)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(yè)能夠從碳交易中先獲益、多獲益。同時，強化頂層設計、系統(tǒng)謀劃，構建氫能產業(yè)鏈和鋼鐵行業(yè)在內的產業(yè)生態(tài)圈。

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