中國冶金報 中國鋼鐵新聞網
記者 楊悅 報道
9月的崇禮，“氫”風習習。9月5日—7日，2023年氫冶金國際研討會在冬奧之城河北張家口崇禮召開。研討會上，與會專家學者將各自在氫冶金技術研究領域已取得的成效進行盤點梳理，并圍繞未來氫冶金進一步發展面臨的問題進行了交流探討。
交流——
不僅是我國，氫冶金是推動全球鋼鐵低碳轉型的重要選項
“從世界鋼協統計的數據來看，目前我們正關注的81個低碳鋼鐵項目中，有58個項目與氫有關。雖然這些項目位于世界不同的地方，探索的技術方向也不盡相同，但歸根結底大家都是要解決鋼鐵行業的低碳轉型問題。氫冶金就像雪球一樣，在世界鋼鐵行業推動碳減排的道路上將越滾越大。”世界鋼鐵協會可持續發展部部長安德魯（Andrew Purvis）表示，以碳中和目標為牽引，全球鋼鐵行業對于先進氫冶金技術需求迫切。
“全球鋼鐵行業的能源消耗占到了全球能源總消耗的8%，碳排放量占到了全球碳排放總量的7%。如果中國鋼鐵行業想繼續在世界舞臺上保持住鋼鐵大國地位并向鋼鐵強國轉變，那么在節能減排降耗方面還需要付出更大的努力。”河鋼集團副總經理李毅仁表示，氫冶金技術是我國鋼鐵行業的重要減碳途徑之一。
“全球積極推動實現碳中和的背景下，歐盟委員會為歐盟鋼鐵行業施加的碳減排壓力很大。按照歐洲綠色新政的規劃，歐盟的鋼鐵行業將以1990年為基準，到2050年成功減少80%~95%的碳排放，對于歐盟鋼鐵行業來說是一項巨大的挑戰。在歐盟鋼鐵行業的碳減排路線圖中，使用可再生能源生產氫氣是一個重要的研究方向。”德國鋼鐵協會參會代表在做線上報告時指出，“歐盟‘地平線2020計劃’中的‘H2Future’項目就是我們在氫冶金領域的一項重要嘗試。這一項目旨在利用質子交換膜技術在電解槽中生產工業用綠氫，總預算約1800萬歐元（約合1929萬美元），周期為4.5年。”
“日本鋼鐵行業碳排放量占到了日本的所有工業碳排放總量的40%，占日本全國碳排放總量的14%。多重壓力下，我們十分迫切地希望減少鋼鐵行業的碳排放。目前，日本鋼鐵行業也在進行結構性調整以降低碳排放水平。依托日本政府發布的綠色創新基金，我們選擇了一條將氫氣直接噴入高爐的技術路徑。”JFE鋼鐵公司負責人岸本康夫（Yasuo Kishimoto）表示，“氫冶金是推動日本鋼鐵工業綠色低碳發展的重要選擇方向。”
互鑒——
各國鋼企氫冶金技術研究各有千秋
因具有重量輕、導熱性強、清潔低碳等多重特性而備受青睞的氫能，在鋼鐵工業領域應用潛力巨大。圍繞高爐富氫冶煉、氫基熔融還原和氫基直接還原等路線，國內外企業都已經開展了示范研究并取得了積極進展。
“參與此次研討會，最吸引我的日程安排就是參觀河鋼的氫冶金工程。這是全球首例120萬噸氫冶金示范工程的成功實踐，很有推廣意義。”浦項制鐵低碳排放鋼制造研發中心負責人、高級副總裁申明鈞表示。作為全球首例富氫氣體零重整豎爐直接還原氫冶金示范工程，河鋼全球首例120萬噸氫冶金示范工程一期項目在研討會上備受關注。富煤、貧油、少氣是中國主要資源特點，如何利用好富氫焦爐煤氣是中國鋼鐵工業研究氫冶金的重要方向之一。與傳統冶金工藝每生產1噸鋼約產生1.83噸二氧化碳相比，河鋼氫冶金示范工程的實施，可減排70%的二氧化碳，相當于噸鋼碳排放可降至約0.5噸。這為全球鋼鐵行業擺脫對煤炭等傳統化石能源的深度依賴創造了全新場景。
“COURSE50項目是日本從2008年開始推進的國家級研究項目，研究的核心是將一部分作為還原劑的焦炭換為氫氣的氫還原煉鐵技術。”岸本康夫介紹，“COURSE50項目實際上也在研究碳回收技術。這項技術是JFE鋼鐵公司與日本制鐵等公司聯合研究的。在該項目中，我們先用氫氣替換部分焦炭和煤粉以減少二氧化碳排放，再利用氫氣和高爐煤氣中的二氧化碳分離并合成甲烷。目前，我們在千葉鋼廠建設了1座150立方米級小型測試用高爐，計劃到2025年開始正式運營。”
在氫冶金領域走在前列的還有瑞典鋼鐵公司（SSAB）。據瑞典鋼鐵公司首席技術官裴文國通過線上視頻介紹，該公司于2021年就成功生產出第一批使用HYBRIT技術，即使用100%氫氣代替煤和焦炭還原冶煉軋制的“綠色鋼材”并成功交付客戶。該技術以電解水制取的氫氣替代傳統化石燃料，以直接還原豎爐技術取代高爐技術，從而減少碳排放。
探討——
氫氣安全儲運問題同樣值得關注
論壇上各與會代表分享的一系列先進技術，代表了全球鋼鐵企業近年來在氫冶金領域不斷探索而取得的階段性成果。但是，圍繞著氫冶金的發展，我們仍面臨著很多挑戰。
“就目前而言，我認為，最值得關注的問題在于氫氣的安全儲存和運輸。”來自澳大利亞昆士蘭大學的參會代表穆希娜（Muxina Konarova）講道，“安全地儲運氫氣為什么既重要又很難？因為氫氣是以分子形式存在的，無論是處于液態還是氣態都很容易揮發擴散。如果氫氣保存不當或是運輸問題不能解決，就會直接導致原料斷供，這將對鋼鐵企業發展氫冶金形成較大阻礙。”
實際上，“安全儲運是氫冶金發展的重要保障”也是參會代表們的共識。那么，鋼鐵企業該如何作為？
據穆希娜介紹，目前儲存和運輸氫氣有兩種方式：一種是非可逆的氫儲運，工廠可以將氫氣制作成甲烷或甲醇，運輸到指定地點后再將氫氣分離出來；另一種是可逆的氫儲運，可以通過使用可再生能源來制造氫氣，然后將其與氮氣結合制成氨，氨則可以作為氫氣的載體，通過氨運輸網絡來運輸氫氣。這種可逆的氫儲運方法既可以減少運輸成本，又可以提高氫氣運輸的安全性。“然而，無論是采用哪種方式，都不可避免會產生二氧化碳，繼而對環境造成影響。參考化工行業的經驗，目前大家更傾向于使用可逆的氫儲運方式。”穆希娜說。
“河鋼積極推進氫能全產業鏈布局，2020年8月份在河北邯鄲建設了鋼鐵行業首座固定式加氫示范站。我們正在持續發力制氫、儲運、加氫和氫能應用等方面的技術創新，不斷塑造氫能產業發展領先優勢，全方位助力構建氫能產業生態圈。”李毅仁表示。
“氫氣的儲運是開展氫冶金項目的重要組成部分。在此方面，我們也在嘗試建立一個完整的產業鏈。我們在瑞典呂勒奧地區的直接還原廠旁建設了一座試驗用儲氫罐，還有一個4.5兆瓦級的電解制氫設施。儲氫罐與直接還原廠采取管道運輸的模式。”裴文國表示。
對于安全高效儲運氫氣的討論在會場內外持續進行著，其中不難發現共同之處：一方面，全球氫冶金合作空間廣闊，各國鋼鐵企業應積極融入全球氫能產業鏈供應鏈，加強在突破性技術創新、綠色氫能貿易等方面的開放合作；另一方面，鋼鐵企業需協同上下游產業圍繞關鍵核心技術和部件研發展開攻關，這不僅包括氫冶金技術，還包括運輸材料等。只有各方點面結合地構建起完整的氫能產業鏈，才能確保鋼鐵行業在發展氫冶金的同時獲取穩定的氫氣供應。
