多方合力推廣氫冶金

 

作為支撐我國國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展的基礎(chǔ)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(biāo)下工業(yè)綠色發(fā)展的主戰(zhàn)場。

 

報告認(rèn)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(chǎn)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(shù)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(jīng)有了頂層設(shè)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(guān)于促進(jìn)鋼鐵工業(yè)高質(zhì)量發(fā)展的指導(dǎo)意見》，提出將制定氫冶金行動方案，加快推進(jìn)低碳冶煉技術(shù)研發(fā)應(yīng)用。到2025年，鋼鐵行業(yè)研發(fā)投入強度力爭達(dá)到1.5%，氫冶金、低碳冶金等先進(jìn)工藝技術(shù)取得突破進(jìn)展。碳達(dá)峰碳中和“1+N”政策體系中的《工業(yè)領(lǐng)域碳達(dá)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(shù)的示范應(yīng)用。2022年3月23日，國家發(fā)展改革委發(fā)布的《氫能產(chǎn)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(shù)研發(fā)應(yīng)用，探索氫能冶金示范應(yīng)用。

 

據(jù)了解，我國相關(guān)行業(yè)和企業(yè)在氫冶金技術(shù)應(yīng)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(shù)路線圖》中，提出了鋼鐵行業(yè)低碳共性技術(shù)清單，涉及八個技術(shù)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(shù)涉及到的三大領(lǐng)域。中國寶武、鞍鋼、河鋼、建龍等企業(yè)，發(fā)布了各自的《碳達(dá)峰碳中和行動方案》《低碳技術(shù)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(shù)路徑。

 

在“碳達(dá)峰碳中和”目標(biāo)約束下，鋼鐵行業(yè)深度脫碳已經(jīng)成為必然趨勢，通過傳統(tǒng)技術(shù)創(chuàng)新，實現(xiàn)現(xiàn)有生產(chǎn)工藝的降碳空間就有瓶頸限制。報告認(rèn)為，氫還原目前是替代碳還原最可行的途徑。它有理論技術(shù)支撐，且已經(jīng)具備實踐應(yīng)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(nèi)外企業(yè)都已經(jīng)開展了示范研究，并取得了積極進(jìn)展。

 

推動氫冶金技術(shù)規(guī)模應(yīng)用

 

據(jù)了解，氫冶金技術(shù)主要包括高爐富氫冶煉技術(shù)和氫基直接還原技術(shù)。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(rèn)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(shù)之一。報告預(yù)計，氫基直接還原技術(shù)有望在2040年后大規(guī)模推廣，先決條件是綠氫產(chǎn)業(yè)鏈的發(fā)展，包括綠色、經(jīng)濟(jì)、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(jīng)濟(jì)性是制約鋼鐵行業(yè)氫冶金發(fā)展的關(guān)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(shù)進(jìn)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(yīng)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(chǎn)氫實現(xiàn)就近消納，降低工業(yè)副產(chǎn)氫的供給成本，來降低研發(fā)示范階段的費用。在中遠(yuǎn)期，行業(yè)必須依賴于氫能的發(fā)展和布局，利用光伏、風(fēng)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(zhuǎn)型。

 

報告認(rèn)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(zhuǎn)變?yōu)榍鍧嵉臍淠茉矗趦Υ孢\輸以及向反應(yīng)器內(nèi)噴吹等，對相應(yīng)的安全、溫度、壓力和流量等都有一些特殊的要求。因此，在設(shè)計和建設(shè)規(guī)范等都應(yīng)該有相應(yīng)的基礎(chǔ)，在技術(shù)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(guān)的工程建設(shè)、安全防火等規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)來支撐用氫的安全化和規(guī)范化。同時，輸氫、儲氫等相關(guān)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(yuǎn)期鋼產(chǎn)量變化趨勢和鋼鐵工業(yè)“雙碳”愿景的基礎(chǔ)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(guān)高爐富氫冶煉技術(shù)和純氫基直接還原技術(shù)，以及相應(yīng)的軟硬件。開展高爐富氫冶煉技術(shù)的示范項目，有條件的鋼鐵企業(yè)應(yīng)率先開展高爐噴氫改造，爭取富氫高爐產(chǎn)能占比達(dá)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(yīng)集中攻關(guān)純氫基直接還原技術(shù)及氫基直接還原裝備的國產(chǎn)化、大型化。純氫直接還原技術(shù)取得突破性成果，開展純氫直接還原技術(shù)示范項目。國家氫能產(chǎn)業(yè)體系初步形成，氫源供應(yīng)增長，成本下降，富氫高爐產(chǎn)能占比超過60%，力爭綠氫用量占比達(dá)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(shù)，加快 “高爐-轉(zhuǎn)爐”長流程制鋼向“純氫基還原+電爐”短流程制鋼轉(zhuǎn)型，“氫基還原+電爐”短流程制鋼產(chǎn)能占比達(dá)到25%。綠氫供應(yīng)量占鋼鐵產(chǎn)業(yè)需氫總量達(dá)到85%。鋼鐵企業(yè)與綠電、綠氫供應(yīng)商緊密結(jié)合，共建產(chǎn)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(jìn)一步提升純氫基直接還原+綠電電爐短流程鋼產(chǎn)量占比，“純氫基直接還原+綠電電爐”短流程鋼產(chǎn)量占比達(dá)到35%。至2060年，鋼鐵行業(yè)年碳排放量降低至約1億噸，需進(jìn)一步借助CCUS和碳匯實現(xiàn)“碳中和”目標(biāo)。

 

報告建議，加強氫冶金技術(shù)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(jié)合行業(yè)低碳發(fā)展目標(biāo)及氫冶金等戰(zhàn)略路徑，科學(xué)合理地減少免費配額占比，使率先推進(jìn)氫冶金技術(shù)的企業(yè)能夠從碳交易中先獲益、多獲益。同時，強化頂層設(shè)計、系統(tǒng)謀劃，構(gòu)建氫能產(chǎn)業(yè)鏈和鋼鐵行業(yè)在內(nèi)的產(chǎn)業(yè)生態(tài)圈。

 

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