中國(guó)冶金報(bào) 中國(guó)鋼鐵新聞網(wǎng)
記者 楊?lèi)?報(bào)道
9月的崇禮，“氫”風(fēng)習(xí)習(xí)。9月5日—7日，2023年氫冶金國(guó)際研討會(huì)在冬奧之城河北張家口崇禮召開(kāi)。研討會(huì)上，與會(huì)專(zhuān)家學(xué)者將各自在氫冶金技術(shù)研究領(lǐng)域已取得的成效進(jìn)行盤(pán)點(diǎn)梳理，并圍繞未來(lái)氫冶金進(jìn)一步發(fā)展面臨的問(wèn)題進(jìn)行了交流探討。
交流——
不僅是我國(guó)，氫冶金是推動(dòng)全球鋼鐵低碳轉(zhuǎn)型的重要選項(xiàng)
“從世界鋼協(xié)統(tǒng)計(jì)的數(shù)據(jù)來(lái)看，目前我們正關(guān)注的81個(gè)低碳鋼鐵項(xiàng)目中，有58個(gè)項(xiàng)目與氫有關(guān)。雖然這些項(xiàng)目位于世界不同的地方，探索的技術(shù)方向也不盡相同，但歸根結(jié)底大家都是要解決鋼鐵行業(yè)的低碳轉(zhuǎn)型問(wèn)題。氫冶金就像雪球一樣，在世界鋼鐵行業(yè)推動(dòng)碳減排的道路上將越滾越大。”世界鋼鐵協(xié)會(huì)可持續(xù)發(fā)展部部長(zhǎng)安德魯（Andrew Purvis）表示，以碳中和目標(biāo)為牽引，全球鋼鐵行業(yè)對(duì)于先進(jìn)氫冶金技術(shù)需求迫切。
“全球鋼鐵行業(yè)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(guó)鋼鐵行業(yè)想繼續(xù)在世界舞臺(tái)上保持住鋼鐵大國(guó)地位并向鋼鐵強(qiáng)國(guó)轉(zhuǎn)變，那么在節(jié)能減排降耗方面還需要付出更大的努力。”河鋼集團(tuán)副總經(jīng)理李毅仁表示，氫冶金技術(shù)是我國(guó)鋼鐵行業(yè)的重要減碳途徑之一。
“全球積極推動(dòng)實(shí)現(xiàn)碳中和的背景下，歐盟委員會(huì)為歐盟鋼鐵行業(yè)施加的碳減排壓力很大。按照歐洲綠色新政的規(guī)劃，歐盟的鋼鐵行業(yè)將以1990年為基準(zhǔn)，到2050年成功減少80%~95%的碳排放，對(duì)于歐盟鋼鐵行業(yè)來(lái)說(shuō)是一項(xiàng)巨大的挑戰(zhàn)。在歐盟鋼鐵行業(yè)的碳減排路線(xiàn)圖中，使用可再生能源生產(chǎn)氫氣是一個(gè)重要的研究方向。”德國(guó)鋼鐵協(xié)會(huì)參會(huì)代表在做線(xiàn)上報(bào)告時(shí)指出，“歐盟‘地平線(xiàn)2020計(jì)劃’中的‘H2Future’項(xiàng)目就是我們?cè)跉湟苯痤I(lǐng)域的一項(xiàng)重要嘗試。這一項(xiàng)目旨在利用質(zhì)子交換膜技術(shù)在電解槽中生產(chǎn)工業(yè)用綠氫，總預(yù)算約1800萬(wàn)歐元（約合1929萬(wàn)美元），周期為4.5年。”
“日本鋼鐵行業(yè)碳排放量占到了日本的所有工業(yè)碳排放總量的40%，占日本全國(guó)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(yè)的碳排放。目前，日本鋼鐵行業(yè)也在進(jìn)行結(jié)構(gòu)性調(diào)整以降低碳排放水平。依托日本政府發(fā)布的綠色創(chuàng)新基金，我們選擇了一條將氫氣直接噴入高爐的技術(shù)路徑。”JFE鋼鐵公司負(fù)責(zé)人岸本康夫（Yasuo Kishimoto）表示，“氫冶金是推動(dòng)日本鋼鐵工業(yè)綠色低碳發(fā)展的重要選擇方向。”
互鑒——
各國(guó)鋼企氫冶金技術(shù)研究各有千秋
因具有重量輕、導(dǎo)熱性強(qiáng)、清潔低碳等多重特性而備受青睞的氫能，在鋼鐵工業(yè)領(lǐng)域應(yīng)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(xiàn)，國(guó)內(nèi)外企業(yè)都已經(jīng)開(kāi)展了示范研究并取得了積極進(jìn)展。
“參與此次研討會(huì)，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(wàn)噸氫冶金示范工程的成功實(shí)踐，很有推廣意義。”浦項(xiàng)制鐵低碳排放鋼制造研發(fā)中心負(fù)責(zé)人、高級(jí)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(wàn)噸氫冶金示范工程一期項(xiàng)目在研討會(huì)上備受關(guān)注。富煤、貧油、少氣是中國(guó)主要資源特點(diǎn)，如何利用好富氫焦?fàn)t煤氣是中國(guó)鋼鐵工業(yè)研究氫冶金的重要方向之一。與傳統(tǒng)冶金工藝每生產(chǎn)1噸鋼約產(chǎn)生1.83噸二氧化碳相比，河鋼氫冶金示范工程的實(shí)施，可減排70%的二氧化碳，相當(dāng)于噸鋼碳排放可降至約0.5噸。這為全球鋼鐵行業(yè)擺脫對(duì)煤炭等傳統(tǒng)化石能源的深度依賴(lài)創(chuàng)造了全新場(chǎng)景。
“COURSE50項(xiàng)目是日本從2008年開(kāi)始推進(jìn)的國(guó)家級(jí)研究項(xiàng)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(shù)。”岸本康夫介紹，“COURSE50項(xiàng)目實(shí)際上也在研究碳回收技術(shù)。這項(xiàng)技術(shù)是JFE鋼鐵公司與日本制鐵等公司聯(lián)合研究的。在該項(xiàng)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?cè)谇~鋼廠建設(shè)了1座150立方米級(jí)小型測(cè)試用高爐，計(jì)劃到2025年開(kāi)始正式運(yùn)營(yíng)。”
在氫冶金領(lǐng)域走在前列的還有瑞典鋼鐵公司（SSAB）。據(jù)瑞典鋼鐵公司首席技術(shù)官裴文國(guó)通過(guò)線(xiàn)上視頻介紹，該公司于2021年就成功生產(chǎn)出第一批使用HYBRIT技術(shù)，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(hù)。該技術(shù)以電解水制取的氫氣替代傳統(tǒng)化石燃料，以直接還原豎爐技術(shù)取代高爐技術(shù)，從而減少碳排放。
探討——
氫氣安全儲(chǔ)運(yùn)問(wèn)題同樣值得關(guān)注
論壇上各與會(huì)代表分享的一系列先進(jìn)技術(shù)，代表了全球鋼鐵企業(yè)近年來(lái)在氫冶金領(lǐng)域不斷探索而取得的階段性成果。但是，圍繞著氫冶金的發(fā)展，我們?nèi)悦媾R著很多挑戰(zhàn)。
“就目前而言，我認(rèn)為，最值得關(guān)注的問(wèn)題在于氫氣的安全儲(chǔ)存和運(yùn)輸。”來(lái)自澳大利亞昆士蘭大學(xué)的參會(huì)代表穆希娜（Muxina Konarova）講道，“安全地儲(chǔ)運(yùn)氫氣為什么既重要又很難？因?yàn)闅錃馐且苑肿有问酱嬖诘模瑹o(wú)論是處于液態(tài)還是氣態(tài)都很容易揮發(fā)擴(kuò)散。如果氫氣保存不當(dāng)或是運(yùn)輸問(wèn)題不能解決，就會(huì)直接導(dǎo)致原料斷供，這將對(duì)鋼鐵企業(yè)發(fā)展氫冶金形成較大阻礙。”
實(shí)際上，“安全儲(chǔ)運(yùn)是氫冶金發(fā)展的重要保障”也是參會(huì)代表們的共識(shí)。那么，鋼鐵企業(yè)該如何作為？
據(jù)穆希娜介紹，目前儲(chǔ)存和運(yùn)輸氫氣有兩種方式：一種是非可逆的氫儲(chǔ)運(yùn)，工廠可以將氫氣制作成甲烷或甲醇，運(yùn)輸?shù)街付ǖ攸c(diǎn)后再將氫氣分離出來(lái)；另一種是可逆的氫儲(chǔ)運(yùn)，可以通過(guò)使用可再生能源來(lái)制造氫氣，然后將其與氮?dú)饨Y(jié)合制成氨，氨則可以作為氫氣的載體，通過(guò)氨運(yùn)輸網(wǎng)絡(luò)來(lái)運(yùn)輸氫氣。這種可逆的氫儲(chǔ)運(yùn)方法既可以減少運(yùn)輸成本，又可以提高氫氣運(yùn)輸?shù)陌踩浴！叭欢瑹o(wú)論是采用哪種方式，都不可避免會(huì)產(chǎn)生二氧化碳，繼而對(duì)環(huán)境造成影響。參考化工行業(yè)的經(jīng)驗(yàn)，目前大家更傾向于使用可逆的氫儲(chǔ)運(yùn)方式。”穆希娜說(shuō)。
“河鋼積極推進(jìn)氫能全產(chǎn)業(yè)鏈布局，2020年8月份在河北邯鄲建設(shè)了鋼鐵行業(yè)首座固定式加氫示范站。我們正在持續(xù)發(fā)力制氫、儲(chǔ)運(yùn)、加氫和氫能應(yīng)用等方面的技術(shù)創(chuàng)新，不斷塑造氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展領(lǐng)先優(yōu)勢(shì)，全方位助力構(gòu)建氫能產(chǎn)業(yè)生態(tài)圈。”李毅仁表示。
“氫氣的儲(chǔ)運(yùn)是開(kāi)展氫冶金項(xiàng)目的重要組成部分。在此方面，我們也在嘗試建立一個(gè)完整的產(chǎn)業(yè)鏈。我們?cè)谌鸬鋮卫諍W地區(qū)的直接還原廠旁建設(shè)了一座試驗(yàn)用儲(chǔ)氫罐，還有一個(gè)4.5兆瓦級(jí)的電解制氫設(shè)施。儲(chǔ)氫罐與直接還原廠采取管道運(yùn)輸?shù)哪Ｊ健！迸嵛膰?guó)表示。
對(duì)于安全高效儲(chǔ)運(yùn)氫氣的討論在會(huì)場(chǎng)內(nèi)外持續(xù)進(jìn)行著，其中不難發(fā)現(xiàn)共同之處：一方面，全球氫冶金合作空間廣闊，各國(guó)鋼鐵企業(yè)應(yīng)積極融入全球氫能產(chǎn)業(yè)鏈供應(yīng)鏈，加強(qiáng)在突破性技術(shù)創(chuàng)新、綠色氫能貿(mào)易等方面的開(kāi)放合作；另一方面，鋼鐵企業(yè)需協(xié)同上下游產(chǎn)業(yè)圍繞關(guān)鍵核心技術(shù)和部件研發(fā)展開(kāi)攻關(guān)，這不僅包括氫冶金技術(shù)，還包括運(yùn)輸材料等。只有各方點(diǎn)面結(jié)合地構(gòu)建起完整的氫能產(chǎn)業(yè)鏈，才能確保鋼鐵行業(yè)在發(fā)展氫冶金的同時(shí)獲取穩(wěn)定的氫氣供應(yīng)。
