二、鋼鐵行業(yè)“以氫代碳”創(chuàng)新應(yīng)用實踐

2焦?fàn)t煤氣零重整氫冶金示范工程創(chuàng)新實踐

我國的鋼鐵企業(yè)近年在積極探索氫冶金，主要參與者包括河鋼集團(tuán)、寶武集團(tuán)和中國鋼研等企業(yè)，但是目前受制于成本較高、基礎(chǔ)設(shè)施不完善、相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)空白等問題，項目尚處于小規(guī)模應(yīng)用階段。

2022年12月，河鋼集團(tuán)建設(shè)的全球首例120萬噸焦?fàn)t煤氣零重整氫冶金示范工程（HyMEX™）一期工程全線貫通，2023年5月實現(xiàn)穩(wěn)定生產(chǎn)。河鋼氫冶金示范工程采用ENERGIRON-ZR技術(shù)豎爐冶煉直接還原鐵工藝，以焦?fàn)t煤氣作為氫原料氣體，使用通過零重整和凈化技術(shù)得到的富氫氣體在豎爐內(nèi)直接還原球團(tuán)礦中的鐵氧化物，無須使用外部重整爐設(shè)備或還原氣體生成系統(tǒng)。DRI產(chǎn)品的金屬化率達(dá)到94%以上，同時硫、磷等有害雜質(zhì)含量極低，是生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)鋼和純凈鋼的理想原料。與同等規(guī)模的高爐-轉(zhuǎn)爐長流程相比，河鋼氫冶金一期工程二氧化碳減排比例70%，每年減少碳排放80萬噸，相當(dāng)于塞罕壩林場一年的固碳量。

該工程同時具有國際領(lǐng)先水平的二氧化碳捕集與精制技術(shù)。在捕集環(huán)節(jié)，氫基豎爐工藝氣經(jīng)壓縮后進(jìn)入吸收塔，通過MDEA溶劑與二氧化碳反應(yīng)形成碳酸鹽實現(xiàn)與工藝氣的分離，含二氧化碳的MDEA富液再通過蒸汽汽提實現(xiàn)二氧化碳提出與溶液再生；在精制環(huán)節(jié)，以捕集環(huán)節(jié)排出二氧化碳為原料，通過吸附低溫精餾的方式得到高純度的食品級和工業(yè)級液態(tài)二氧化碳產(chǎn)品，也可通過節(jié)流膨脹、擠壓制成干冰進(jìn)行利用。

河鋼氫冶金示范工程率先為我國鋼鐵工業(yè)提出綠色低碳短流程工藝新路徑，已形成了包含《全氧富氫低碳還原熔化煉鐵系統(tǒng)及煉鐵方法》《控制氮?dú)飧患臍饣苯舆€原煉鐵方法及系統(tǒng)》在內(nèi)的數(shù)十項氫冶金專利技術(shù)，打造出可推廣、可復(fù)制的“零碳”制氫與氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展協(xié)同互補(bǔ)的創(chuàng)新發(fā)展模式。工程各項指標(biāo)達(dá)到世界領(lǐng)先水平，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(zhuǎn)變的一個重要的里程碑。

3構(gòu)建高質(zhì)量氫能產(chǎn)業(yè)生態(tài)圈

據(jù)中國氫能聯(lián)盟測算，鋼鐵領(lǐng)域氫能消費(fèi)量將在2030年達(dá)到5000萬噸標(biāo)準(zhǔn)煤以上，在2050年達(dá)到7600萬噸標(biāo)準(zhǔn)煤以上，占鋼鐵領(lǐng)域能源消費(fèi)總量的34%。鋼鐵制造流程復(fù)雜，用氫場景眾多，比如燒結(jié)料面噴吹富氫氣體、連鑄坯氫氧切割、冷軋退火工序采用氫氣作為退火保護(hù)氣體等。其中，物流交通領(lǐng)域用氫量最大，效益也最為明顯。鋼鐵行業(yè)物流量規(guī)模巨大，理論計算顯示，鋼鐵企業(yè)每生產(chǎn)1噸鋼，外部產(chǎn)生約4-5倍物流量，內(nèi)部產(chǎn)生約8-10倍物流量。鋼鐵行業(yè)低碳轉(zhuǎn)型過程中，區(qū)域內(nèi)物流交通領(lǐng)域?qū)淠苄枨鬂摿薮蟆?/p>

在物流交通領(lǐng)域的氫能布局是綠色物流的重要組成部分，涉及上游制儲運(yùn)+網(wǎng)絡(luò)建設(shè)以及下游氫能車輛推廣。加氫站和氫能重卡對于鋼鐵園區(qū)能源系統(tǒng)優(yōu)化配置影響重大，也是系統(tǒng)初始投資和氫能利用相關(guān)收益的重要組成內(nèi)容。鋼鐵企業(yè)應(yīng)以打造氫能重卡應(yīng)用示范產(chǎn)業(yè)集群，推動氫能在鋼鐵冶金領(lǐng)域的商業(yè)化應(yīng)用為手段，推動氫能產(chǎn)業(yè)向規(guī)?；?、集聚化和高端化發(fā)展。

河鋼集團(tuán)是我國鋼鐵行業(yè)氫能利用多元化的代表企業(yè)。在加氫站建設(shè)方面，河鋼集團(tuán)于2020年8月在邯鄲建成我國鋼鐵行業(yè)首個固定式加氫示范站，日加注能力達(dá)到500千克，此后又在唐山建成一座日加注能力750千克的固定式加氫站和一座日加注能力500千克的撬裝式加氫站，目前均已投入運(yùn)營。除自主建設(shè)外，河鋼集團(tuán)于2022年9月與中石油合作布局河北省30座加氫站建設(shè)，于2023年7月聯(lián)合長城汽車在唐山海港開發(fā)區(qū)啟動一座3.5噸的氫電能源站。在氫能重卡應(yīng)用方面，2021年7月，河鋼集團(tuán)首批次投放30輛49噸氫能重卡，標(biāo)志著我國首條氫能重卡運(yùn)輸線正式商業(yè)運(yùn)營。根據(jù)《河鋼集團(tuán)氫能產(chǎn)業(yè)“十四五”發(fā)展規(guī)劃》，到2025年，將引導(dǎo)推廣各類氫燃料車輛不少于1萬臺。河鋼集團(tuán)創(chuàng)新了氫能重卡運(yùn)營模式，主持建成我國鋼鐵行業(yè)首條氫能重卡物流示范線，并在國內(nèi)首次提出“焦?fàn)t煤氣制氫+加氫服務(wù)網(wǎng)點(diǎn)+氫能重卡運(yùn)營單元”的氫能重卡物流實施路徑，主持建設(shè)焦?fàn)t煤氣制氫工程，建成我國鋼鐵行業(yè)首批固定式加氫站以及氫能重卡運(yùn)輸專線，實現(xiàn)了我國“零排放”氫能重卡物流的可持續(xù)、規(guī)模化、商業(yè)化示范運(yùn)營。

三、鋼鐵行業(yè)氫能產(chǎn)業(yè)戰(zhàn)略思考

當(dāng)前，全球主要國家都在加快氫能發(fā)展節(jié)奏，2023年7月下旬，歐洲氫能“領(lǐng)頭羊”德國更新《國家氫能戰(zhàn)略》，該戰(zhàn)略稱，到2030年德國在氫能技術(shù)的領(lǐng)先地位將進(jìn)一步提升，產(chǎn)品供應(yīng)將覆蓋從生產(chǎn)（如電解槽）到各類應(yīng)用（如燃料電池技術(shù)）的氫能技術(shù)全價值鏈；2022年8月，美國《通貨膨脹削減法案》為氫能產(chǎn)業(yè)鏈環(huán)節(jié)提供補(bǔ)貼和貸款，主要包括上游制氫、制氫設(shè)備、下游工業(yè)示范部門、氫燃料電池車等；2023年6月，日本修訂《氫能基本戰(zhàn)略》，計劃未來15年內(nèi)投資15萬億日元推動氫能廣泛應(yīng)用。在全球氫能產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展以及碳達(dá)峰碳中和目標(biāo)背景下，我國要立足氫能在鋼鐵行業(yè)應(yīng)用，面向產(chǎn)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展，研究認(rèn)為應(yīng)采取如下策略：

一是創(chuàng)新氫能產(chǎn)業(yè)合作模式，提升氫能經(jīng)濟(jì)性。在政策保障方面，鋼鐵行業(yè)應(yīng)推動有關(guān)部門提供氫能政策支持，爭取行業(yè)氫能示范項目在融資、貸款、利率等方面得到切實優(yōu)惠。推動建設(shè)鋼鐵行業(yè)氫能產(chǎn)業(yè)綠色項目庫和企業(yè)碳賬戶，為支持氫能產(chǎn)業(yè)的鋼鐵企業(yè)提供綠色專項投融資。在產(chǎn)業(yè)鏈協(xié)同方面，鋼鐵企業(yè)與氫產(chǎn)業(yè)鏈各環(huán)節(jié)的企業(yè)應(yīng)加強(qiáng)對接交流，洽談合作，獲取技術(shù)支持，拓寬資金渠道，分散投資風(fēng)險。同時依靠企業(yè)間合作、創(chuàng)新運(yùn)營模式、加強(qiáng)示范應(yīng)用等多種手段的持續(xù)運(yùn)行，能夠降低氫能利用成本。鋼鐵企業(yè)應(yīng)因地制宜推動氫能應(yīng)用，推動規(guī)?；l(fā)展，與上下游企業(yè)共同探索形成有效的氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展的商業(yè)化路徑。

二是拓展氫在鋼鐵行業(yè)的應(yīng)用途徑，助推氫能產(chǎn)業(yè)鏈協(xié)同發(fā)展。積極拓展上游制儲運(yùn)加網(wǎng)絡(luò)建設(shè)、下游氫能車輛推廣等多元化路徑。在產(chǎn)業(yè)上游，制氫、儲氫、運(yùn)氫、加氫網(wǎng)絡(luò)建設(shè)屬于氫能產(chǎn)業(yè)鏈中技術(shù)含量較高、資金要求大的環(huán)節(jié)，特別是制氫環(huán)節(jié)。鋼鐵企業(yè)具有以焦?fàn)t煤氣為代表的工業(yè)副產(chǎn)氣制氫的生產(chǎn)能力，應(yīng)充分發(fā)揮氫成本低、制氫經(jīng)驗豐富等優(yōu)勢，積極開展制氫項目建設(shè)，同時配套建設(shè)氫能儲運(yùn)設(shè)備和加氫站等基礎(chǔ)設(shè)施；鼓勵搭建統(tǒng)一的新能源產(chǎn)業(yè)智能管控平臺，實現(xiàn)氫能平臺化、智能化、商業(yè)化和規(guī)模化發(fā)展。在產(chǎn)業(yè)下游，應(yīng)用端的商業(yè)化前景更為明確且市場規(guī)模更大，燃料電池應(yīng)作為氫能發(fā)展重要突破口。特別是在長途重載領(lǐng)域，用氫能重卡逐漸替代傳統(tǒng)的燃油重卡已經(jīng)逐漸成為行業(yè)共識。鋼鐵企業(yè)應(yīng)抓住機(jī)遇，在地方補(bǔ)貼政策快速落地的有利前提下，實現(xiàn)氫能重卡布局并進(jìn)行示范運(yùn)營。

三是構(gòu)建“以氫代碳”的氫冶金技術(shù)體系，推動氫冶金規(guī)?；瘧?yīng)用。在充分考慮技術(shù)條件和產(chǎn)業(yè)特性的基礎(chǔ)上，鋼鐵工業(yè)氫能產(chǎn)業(yè)應(yīng)以氫冶金為重心，逐步構(gòu)建完善技術(shù)體系。當(dāng)前，無論技術(shù)成熟度還是經(jīng)濟(jì)可行性，國內(nèi)還不具備大規(guī)模發(fā)展氫冶金的條件。氫冶金技術(shù)應(yīng)用仍然面臨綠氫成本高、技術(shù)應(yīng)用缺乏經(jīng)驗、氫基直接還原鐵產(chǎn)品下游市場需求不足等一系列嚴(yán)峻挑戰(zhàn)，亟待研究解決。隨著氫能產(chǎn)業(yè)的蓬勃發(fā)展，在產(chǎn)業(yè)政策方面，國家將持續(xù)推動優(yōu)化產(chǎn)業(yè)政策，激勵氫冶金探索性研究和工程示范；在氫能供給方面，氫氣來源的拓展和綠電比例的擴(kuò)大，可以大幅降低氫的供給成本和工程研發(fā)示范費(fèi)用。鋼鐵企業(yè)應(yīng)瞄準(zhǔn)關(guān)鍵共性技術(shù)，聯(lián)合上下游開展協(xié)同攻關(guān)；鋼鐵行業(yè)應(yīng)搭建平臺，舉辦氫冶金相關(guān)交流會議，展示氫冶金實踐成果及低碳發(fā)展形象，引領(lǐng)行業(yè)發(fā)展。

四是建立完善氫能產(chǎn)業(yè)標(biāo)準(zhǔn)體系，推進(jìn)減碳量核算。依托示范工程，加快建立健全我國氫能標(biāo)準(zhǔn)體系，推動綠色氫能減碳標(biāo)準(zhǔn)及機(jī)制研究。在氫能標(biāo)準(zhǔn)體系方面，鋼鐵行業(yè)應(yīng)積極引導(dǎo)企業(yè)高質(zhì)量開展技術(shù)創(chuàng)新工作，圍繞氫能基礎(chǔ)應(yīng)用，增加標(biāo)準(zhǔn)有效供給，加快氫冶金自主知識產(chǎn)權(quán)的轉(zhuǎn)化及推廣，氫產(chǎn)業(yè)鏈重點(diǎn)技術(shù)裝備的計量-檢測-認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)建立，支撐氫能全產(chǎn)業(yè)鏈發(fā)展。在減碳核算方面，開發(fā)氫能產(chǎn)業(yè)項目減碳方法學(xué)，開發(fā)降碳產(chǎn)品，推進(jìn)氫冶金、氫能降碳產(chǎn)品的交易。結(jié)合碳足跡全生命周期和《低碳?xì)?、清潔氫與可再生氫標(biāo)準(zhǔn)與評價》標(biāo)準(zhǔn)，建立基于鋼鐵行業(yè)氫能產(chǎn)業(yè)的碳足跡標(biāo)準(zhǔn)和測量指標(biāo)，制定氫能產(chǎn)業(yè)鏈發(fā)展路徑。全國碳市場形成后，要鼓勵率先應(yīng)用氫能技術(shù)的示范企業(yè)從碳交易中先獲益、多獲益。

四、結(jié)語

氫能對構(gòu)建清潔低碳、安全高效的能源體系具有重要意義，我國現(xiàn)已迎來氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展的重要窗口期，氫產(chǎn)業(yè)鏈將實現(xiàn)全方位發(fā)展。鋼鐵行業(yè)與氫能產(chǎn)業(yè)的結(jié)合，是鋼鐵工業(yè)綠色低碳、高質(zhì)量發(fā)展的重要路徑，氫冶金將有助于鋼鐵行業(yè)實現(xiàn)深度脫碳。未來鋼鐵行業(yè)氫能產(chǎn)業(yè)的發(fā)展可參考以下幾點(diǎn)：

1）鋼鐵工業(yè)氫能產(chǎn)業(yè)應(yīng)以氫冶金技術(shù)體系為重心。國內(nèi)目前還不具備大規(guī)模發(fā)展氣基豎爐的條件，但隨著氫氣來源的拓展和綠電比例的擴(kuò)大，可以大幅降低運(yùn)營成本，推動氫冶金規(guī)模化應(yīng)用。

2）除了氫冶金技術(shù)的推廣應(yīng)用，鋼鐵工業(yè)也在積極拓展上下游產(chǎn)業(yè)鏈發(fā)展。對于上游制氫運(yùn)氫端，鋼鐵企業(yè)具有以焦?fàn)t煤氣為代表的工業(yè)副產(chǎn)氣制氫的生產(chǎn)能力，應(yīng)積極開展制氫項目建設(shè)，同時配套建設(shè)加氫站等基礎(chǔ)設(shè)施以便于氫能儲運(yùn)；對于下游用氫端，鋼鐵企業(yè)應(yīng)充分利用地方補(bǔ)貼政策的優(yōu)勢，用氫能重卡逐漸替代傳統(tǒng)的燃油重卡進(jìn)行運(yùn)輸。

3）建立并完善氫能標(biāo)準(zhǔn)體系，加快氫冶金自主知識產(chǎn)權(quán)的轉(zhuǎn)化及推廣，支撐氫能全產(chǎn)業(yè)鏈發(fā)展。

4）鋼鐵企業(yè)與氫產(chǎn)業(yè)鏈各環(huán)節(jié)的企業(yè)應(yīng)加強(qiáng)對接交流，與上下游企業(yè)共同探索形成有效的氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展的商業(yè)化路徑。

備注：數(shù)據(jù)僅供參考，不作為投資依據(jù)。