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近期，德國著名鋼鐵企業(yè)——蒂森克虜伯鋼鐵公司宣布將建造氫能源直接還原工廠，屆時工廠將擁有250萬噸直接還原鐵(DRI)產(chǎn)能，未來每年減少超過350萬噸的二氧化碳排放，計劃于2026年底完工。

氫冶金（指在鋼鐵的還原冶煉過程中，使用氫氣作為主要還原劑）因其天然的低碳屬性，在國內(nèi)外備受關(guān)注。據(jù)了解，近年來國內(nèi)鋼鐵企業(yè)也開始布局氫冶金領(lǐng)域。

中國環(huán)境報記者就目前國內(nèi)鋼鐵行業(yè)氫冶金技術(shù)取得的成果和未來發(fā)展，采訪了中國鋼鐵工業(yè)協(xié)會副會長兼秘書長姜維和河鋼集團黨委副書記、總經(jīng)理王蘭玉。

氫冶金技術(shù)助推鋼企轉(zhuǎn)型

王蘭玉表示，構(gòu)建“以氫代碳”的氫冶金技術(shù)研發(fā)和應(yīng)用體系，是我國鋼鐵行業(yè)實現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)的重要方向。

“與傳統(tǒng)的碳冶金相比，氫冶金有著明顯的優(yōu)勢，可以從源頭降低二氧化碳的排放量。”姜維介紹道，“目前主要關(guān)注三個技術(shù)方向，即富氫/全氫氣基直接還原（含豎爐、流化床等）、富氫碳循環(huán)高爐、氫基熔融還原。”

“當(dāng)前，汽車、家電、機械、造船等傳統(tǒng)用鋼行業(yè)正向低碳、綠色、智能、電動化轉(zhuǎn)型。為積極對接傳統(tǒng)用鋼行業(yè)的新需求，挖掘跟進新產(chǎn)業(yè)新業(yè)態(tài)和未來潛在需求的新變化，就要把發(fā)展的主動權(quán)牢牢掌握在自己手中。”王蘭玉說。

那么目前，我國鋼鐵行業(yè)在氫冶金領(lǐng)域取得了哪些成果？

王蘭玉告訴記者，2022年12月16日，河鋼集團120萬噸氫冶金示范工程一期全線貫通，首創(chuàng)了“焦?fàn)t煤氣零重整豎爐直接還原”工藝技術(shù)，是目前工業(yè)化生產(chǎn)中含氫比例最高的氣基豎爐直接還原工藝，最接近未來100%氫還原的工藝狀態(tài)。

“寶武八一鋼鐵公司富氫碳循環(huán)高爐已于去年7月點火開爐，采用了高爐頂煤氣脫CO2循環(huán)和以氫代碳的富氫冶煉工藝，初步實現(xiàn)燃料比降低30%；建龍自主創(chuàng)新的30萬噸/年氫基熔融還原法冶煉高純鑄造生鐵項目初步試驗已于2021年4月成功出鐵，未來將就氫的應(yīng)用開展研究。”姜維補充道。

“以氫代碳”怎么走？

根據(jù)國內(nèi)外氫冶金技術(shù)的研發(fā)和應(yīng)用進展情況看，按照氫用量的不同，氫冶金可實現(xiàn)不同程度的碳減排效果。但與此同時，姜維也列舉了氫冶金在技術(shù)應(yīng)用方面面臨的諸多難點。

目前氫冶金技術(shù)普遍采用焦?fàn)t煤氣和煤制合成氣技術(shù)，未來鋼廠限制用煤，所以為解決氫氣氣源問題，化工用煤制氣技術(shù)用于直接還原方面有待突破；

氣基豎爐要求入爐球團鐵品位達到67%以上，高品位礦粉供應(yīng)、氧化球團低溫還原粉化、高溫還原膨脹、高溫粘結(jié)等問題需要進一步解決；

還有全氫還原吸熱技術(shù)問題，氫氣還原鐵氧化物具有強吸熱效應(yīng)，采取全氫氣還原時豎爐內(nèi)熱量不足、溫度場不均勻，導(dǎo)致生產(chǎn)效率降低和能耗增加；

另外，高純氫氣的安全加熱、合金爐管材料的抗高溫和氫脆失效等關(guān)鍵問題、氫基直接還原和熔融還原產(chǎn)品應(yīng)用于鋼鐵生產(chǎn)所涉及的鋼材品種開發(fā)以及裝備、耗材等配套問題也需要在材料設(shè)計、冶煉加工方面實現(xiàn)突破。

為鼓勵氫冶金技術(shù)研發(fā)與產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用，王蘭玉也提出了他的建議：完善相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，做好頂層設(shè)計；通過優(yōu)化產(chǎn)能置換政策，鼓勵氫冶金工程的探索性研究實施；設(shè)立專項資金，開展氫冶金技術(shù)重大專項研發(fā)；開發(fā)科學(xué)、系統(tǒng)的降碳量化方法，鼓勵氫冶金降碳產(chǎn)品的交易及低息貸款；制定金融補貼政策等。

隨著國家能源結(jié)構(gòu)調(diào)整，清潔能源產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展，大規(guī)模低成本制氫技術(shù)的突破與應(yīng)用，將為氫冶金的發(fā)展提供能源支持。氫冶金技術(shù)將在我國逐步實現(xiàn)應(yīng)用，為鋼鐵工業(yè)實現(xiàn)碳中和發(fā)揮重要作用。