近期，氫能在我國工業化利用領域邁入了實質性的階段。

在“碳中和成功實現的關鍵：氫能在工業領域的應用”這篇文章中，我們說在碳中和背景下，氫能在工業領域發展迎來了新一輪的發展機遇。

鋼鐵是工業碳排放大戶，從全球統計來看，鋼鐵工業碳排放占全球排放的5%左右，約占工業領域碳排放的15-20%，僅僅低于化工行業。鋼鐵行業不僅碳排放量大而且減排困難，如何解決鋼鐵行業的碳排放也是各個國家面臨的難題。

鋼鐵行業的減排任務十分艱巨，冶金技術的選擇對降低碳排放至關重要。爭取2060年前實現碳中和的目標，意味著未來碳排放量比目前還要降低90%，如果沒有冶金上的技術革命，鋼鐵行業大幅削減碳排放將是一句空話。

目前，鋼鐵行業的碳排放已經找到了解決的“金鑰匙”，那就是氫能。近二十年來，世界其他產鋼大國已經進行了一系列“氫能冶金”方面的探索，如瑞典鋼鐵HYBRIT項目、德國蒂森克虜伯高爐噴氫項目、日本COURSE50技術、韓國的全氫高爐等，但都還未進入工業化實施。

全球首例氫能源開發和利用工程落戶中國

全球鋼鐵生產中75%采用高爐工藝，在傳統的“長流程”生產方式中，都是用焦炭還原鐵礦石，還原過程產生的碳排放占到鋼鐵生產碳排放總量的90%。目前，以氫代碳已經成為低碳冶金的新路線。氫冶金的主要矛盾在于氫能的成本，如何找到低成本可用的“氫能”，才是氫能冶金的關鍵。

按照目前的技術水平，光伏、風電、核電等可再生能源發電直接用于制氫冶金，則成本太高，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，完全無法供應8-9億噸鋼鐵的產量。

據2018年氫能源研究報告統計，我國工業副產氫氣約800萬噸以上(合880億立方)，如果能深挖這部分氫能的利用價值，那么用于氫冶金的資源還是非常豐富的。

近日，經過招標比選和公示，中冶京誠牽頭成立的“中冶京誠-唐鋼國際”聯合體以第一名的成績被確定為河鋼氫能源開發和利用工程示范項目工廠設計的中標單位。

河鋼氫能源開發和利用工程示范項目是富氫氣體直接還原示范工程，預計2020-2021建成。

該項目從分布式綠色能源利用、低成本制氫、氣體凈化、氫氣直接還原、二氧化碳脫除和深加工、水處理等全流程和全過程進行創新研發。這個項目的實施，用氫能源代替傳統的碳能源，將大幅降低制造生產過程中的碳排放問題。

中冶京誠一直致力于低碳冶金的研究，并提出了氫冶金分兩步走：第一步實現富氫冶金，第二步實現“全氫”冶金。

2008-2013年，中冶京誠研究重點在如何降低煉鐵過程中消耗的碳，先后完成了非高爐煉鐵、超高富氧制氣爐的試驗及新型煤制氣工藝技術的研究。

2014-2018年，中冶京誠在重新認識富氫氣體和直接還原工藝后，調整了研究方向，對新型還原爐冶煉系統及裝備進行了研究，對基于DRI的電爐工藝及裝備進行了技術研發，并在海外總包建成了基于全DRI冶煉的電爐煉鋼工程。

2019-2020年，中冶京誠完成了基于干法的煤氣精制技術研究，并成功的實現了世界首套裝置，同時掌握了吸收CO2的工藝技術，同期聯手河鋼集團、tenova公司、唐鋼國際一起完成了基于富氫氣體的直接還原鐵工藝技術的開發。

至此，中冶京誠已貫通了氫冶金的關鍵工序。氫能直接還原是中冶京誠技術戰略布局的一個環節，基于氫冶金的鋼鐵制造短流程研究是這一戰略部局的系統工程。用綠色化短流程替代傳統長流程，是符合我國現階段和中長期社會體制改革和經濟發展規律的內在要求。

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河鋼氫能源開發和利用工程示范項目是河鋼集團為打造“未來工廠”，踐行高質量發展的示范工程。近年來，河鋼集團不斷布局低碳冶金革命的示范工程，率先開啟了富氫氣體直接還原模式。

今年11月23日，河鋼集團與全球著名礦業冶金領域巨頭意大利特諾恩集團(tenova)正式簽署協議。雙方就氫能源開發和利用達成合作，并建設一座年產60萬噸的直接還原廠，并計劃于2021年底投產。

這座使用富氫氣體直接還原鐵的工廠，應用了特諾恩最先進和最環保的ENERGIRON技術，搭配了設備和冶金行為預測的數字化模型。ENERGIRON技術由特諾恩和達涅利共同開發，實現了極低的二氧化碳排放為目標，是目前最可行的高濃度氫基直接還原系統。

特諾恩是世界知名的工業爐品牌，擁有近百年的歷史，是世界最大的工業爐制造商之一。特諾恩的工業爐產品在鋼鐵、有色金屬、機械、汽車、輕工等行業得到廣泛應用。早在上世紀六十年代，特諾恩的工業爐設備就已進入中國市場。

當直接還原廠建成后，河鋼集團的將使用含氫量為70%的補充氣源，使每噸直接還原鐵僅產生250kg的二氧化碳，同時搭載二氧化碳選擇性回收技術，每噸鋼鐵產品產生的凈排放僅約為125kg二氧化碳，成為全球最綠色的直接還原廠。

當前，在氣候問題和減排壓力下，全球鋼鐵行業正在尋找新技術來減少其碳排放。在煉鋼全流程工藝中，氫正被用作煤和焦炭的替代品，作為鐵礦石的還原劑。而氫還原煉鐵在鋼業工業減碳技術中，屬于絕對前沿的領域。

河鋼集團是全球規模最大的鋼鐵企業之一。也在探尋中國的鋼鐵工業也正在向高質量、綠色方向發展之路。

此前在2019年3月21日，河鋼集團曾與中國工程院戰略咨詢中心、中國鋼研、東北大學四方聯合共建“氫能技術與產業創新中心”，并由河鋼集團主要負責氫能應用落地，著力建設制氫、加氫、材料、燃料電池汽車應用、富氫冶金等全產業鏈示范運行及產業化基地。

2019年11月26日，河鋼集團與意大利特諾恩集團簽署諒解備忘錄(MOU)，商定雙方在氫冶金技術方面開展深入合作，利用世界最先進的制氫和氫還原技術，并聯手中冶京誠共同研發、建設全球首例120萬噸規模的氫冶金示范工程。

（張學坤）