“世界各國的鋼鐵企業(yè)對氫冶金的研究不斷取得階段性成果，無論是豎爐氫冶金，還是高爐富氫冶煉，亦或是基于流化床反應(yīng)器的氫還原鐵工藝，但哪一項將成為日后主流的氫冶金技術(shù)路線尚屬未知。可以預(yù)見的是，更具原料成本優(yōu)勢的氫冶金工藝擁有較大的規(guī)?；瘧?yīng)用潛力，有望成為日后主流。”9月5日，在于河北崇禮召開的2023氫冶金國際研討會期間，世界鋼鐵協(xié)會副總干事、北京代表處首席代表鐘紹良圍繞氫冶金技術(shù)發(fā)展趨勢這一話題接受了《中國冶金報》記者的采訪，并就中國鋼鐵該如何進(jìn)一步在氫冶金領(lǐng)域深耕細(xì)作談了他的看法。

氫冶金工藝日后也將面臨原料供需失衡

“目前，氫冶金主要有3個發(fā)展方向，一是傳統(tǒng)高爐的富氫冶煉工藝，二是河鋼集團(tuán)張宣科技和中國寶武湛江鋼鐵基地正在做的氫基豎爐冶煉工藝，三是基于流化床反應(yīng)器的氫還原鐵工藝。對比來看，高爐煉鐵工藝技術(shù)成熟且產(chǎn)能大，高爐富氫冶煉工藝在中國鋼鐵行業(yè)內(nèi)比較容易實現(xiàn)規(guī)?；瘧?yīng)用，但是氫替代化石能源的潛力有限，減碳幅度相對而言不大；氫基豎爐工藝以天然氣為還原氣，是成熟的工藝，其規(guī)?；瘧?yīng)用實現(xiàn)起來也比較容易，但對于鐵礦石品位的要求更高些；基于流化床反應(yīng)器的氫還原鐵工藝雖然目前還處在初期探索階段，技術(shù)不夠成熟，但是對鐵礦石品位要求相對較低，更具原料成本優(yōu)勢。”鐘紹良表示，長遠(yuǎn)來看，更具原料成本優(yōu)勢的氫冶金工藝更有希望成為日后主流發(fā)展方向，原因在于氫冶金工藝未來發(fā)展也將面臨原料供需失衡的問題。

“在‘雙碳’目標(biāo)下，2050年中國的粗鋼生產(chǎn)將有相當(dāng)大一部分來自廢鋼。如果其他基于鐵礦石的粗鋼生產(chǎn)全部以氫代煤，需要消耗至少4000萬噸/年的氫氣，比2022年中國的氫氣總產(chǎn)量還高很多，因此百分之百以氫代煤并不現(xiàn)實。另外，氫基豎爐的發(fā)展對于高品位球團(tuán)礦（66%以上）的需求量也較大，目前全球可用于傳統(tǒng)氣基豎爐的高品位球團(tuán)礦年產(chǎn)能在2億噸左右，并且進(jìn)一步擴(kuò)大產(chǎn)能的空間非常有限。中國國內(nèi)這類‘理想球團(tuán)礦’的產(chǎn)能幾乎是零。如果所有企業(yè)都大規(guī)模發(fā)展現(xiàn)有的氫基豎爐工藝，那么其帶來的龐大的潛在球團(tuán)礦需求，必將帶來新一輪原料供需結(jié)構(gòu)失衡的挑戰(zhàn)。如果一項工藝受限于多種原料供應(yīng)，那么其未來規(guī)?；瘧?yīng)用的路也會越走越窄。”鐘紹良說。

“因此，我認(rèn)為，可能再過5年~10年，對于鐵礦石品位要求沒有那么高的氫冶金工藝將成為主流。例如，浦項制鐵的HyREX工藝可以將粉礦直接還原成海綿鐵，這種基于流化床反應(yīng)器的氫還原鐵工藝，可以為鐵礦石資源稟賦不高的地區(qū)提供長期有效的解決思路。當(dāng)然，前提是穩(wěn)定的綠氫供應(yīng)。”鐘紹良補(bǔ)充道。

值得注意的是，基于流化床反應(yīng)器的氫還原鐵工藝尚不成熟，前期仍需大量的研發(fā)試驗投入。“借助數(shù)字化的模擬手段可以幫助企業(yè)降低研發(fā)及試驗成本。”鐘紹良表示，“例如，此次研討會上，澳大利亞蒙納士大學(xué)教授余艾冰在做報告時提及，先用計算機(jī)設(shè)備建立模型模擬高爐生產(chǎn)流程，再將其延伸到氫冶金領(lǐng)域，圍繞以流化床反應(yīng)器為基礎(chǔ)的氫還原鐵等工藝進(jìn)行模擬試生產(chǎn)，成功后再投入實際生產(chǎn)，這樣做效率會高很多。”

氫冶金原創(chuàng)技術(shù)要有，資金血脈也要暢通

放眼全球鋼鐵業(yè)，中國鋼鐵企業(yè)能否在國際氫冶金領(lǐng)域占據(jù)一席之地？在鐘紹良看來，在已取得成績的基礎(chǔ)上，中國鋼鐵企業(yè)一方面需加強(qiáng)原創(chuàng)技術(shù)研發(fā)，另一方面也需要暢通資金血脈。

“毫無疑問，以河鋼為代表的中國鋼鐵企業(yè)在氫冶金技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域是走在世界前列的。”鐘紹良表示，與海外企業(yè)采用天然氣不同，河鋼是第一個工業(yè)化大規(guī)模使用焦?fàn)t煤氣制氫還原球團(tuán)礦的企業(yè)。相關(guān)數(shù)據(jù)統(tǒng)計顯示，與同等規(guī)模的高爐—轉(zhuǎn)爐長流程相比，河鋼氫冶金示范工程一期工程二氧化碳減排比例達(dá)到70%，每年可以減少碳排放80萬噸，產(chǎn)品金屬化率已達(dá)95%以上。“然而，想要在世界氫冶金領(lǐng)域長期做出彩，只擁有較強(qiáng)的技術(shù)應(yīng)用能力是不夠的。能否在引進(jìn)傳統(tǒng)技術(shù)并創(chuàng)新的基礎(chǔ)上，自主開拓出一條適合本企業(yè)發(fā)展的新路？能否自主原創(chuàng)全新的氫冶金技術(shù)？這些問題還需要中國的鋼鐵企業(yè)多加思考。只有將關(guān)鍵核心技術(shù)牢牢掌握在自己手里，未來的路才會越走越寬廣。”他說。

“企業(yè)原創(chuàng)氫冶金技術(shù)、建設(shè)低碳項目需要大量資金支持。在這方面，歐洲和日韓的鋼鐵企業(yè)比我國鋼鐵企業(yè)更有優(yōu)勢。”鐘紹良認(rèn)為，鋼鐵企業(yè)提高自主創(chuàng)新能力以推動行業(yè)綠色轉(zhuǎn)型，需要政府部門幫助暢通資金血脈。“歐盟委員會于近期宣布，通過歐盟創(chuàng)新基金為一系列行業(yè)的大型清潔技術(shù)項目提供超過36億歐元的資助，瑞典SSAB鋼鐵公司和H2GreenSteel公司（凈零碳排放鋼鐵企業(yè)）主導(dǎo)的使用可再生能源制氫并生產(chǎn)直接還原鐵的項目便是獲得上述資金支持的鋼鐵項目之一。資金來源充足，企業(yè)對于原創(chuàng)技術(shù)研發(fā)的意識也會隨之增強(qiáng)。當(dāng)然，對于自主知識產(chǎn)權(quán)的保護(hù)、技術(shù)創(chuàng)新的獎勵機(jī)制建設(shè)等也需要隨之加強(qiáng)，才能為企業(yè)研發(fā)原創(chuàng)氫冶金技術(shù)創(chuàng)造更好的法治環(huán)境。”他講道，“‘從0到1’要比‘從1到10’難很多，中國鋼鐵企業(yè)雖擅長從‘1到10’，但目前在低碳冶金領(lǐng)域，我們最需要做的是從‘0到1’。企業(yè)要努力，相關(guān)部門更要支持。”

規(guī)?；瘍\(yùn)是亟須突破的瓶頸

通過水電、光電、風(fēng)電等可再生能源制取的氫氣被稱為“綠氫”。綠氫一般需要在風(fēng)、電、光伏資源豐富的地區(qū)制備，而這些地區(qū)位置比較偏遠(yuǎn)。此外，氫的密度只有水的萬分之一。因此，如何規(guī)模化、安全地把清潔的氫高效運(yùn)輸?shù)叫枰牡胤讲⒓右源鎯?，是目前全球鋼鐵企業(yè)研究氫冶金亟須突破的瓶頸。“目前儲氫方法主要分為低溫液態(tài)儲氫、高壓氣態(tài)儲氫及儲氫材料儲氫3種，在經(jīng)濟(jì)價格、安全性等方面依舊需要尋求突破。世界鋼協(xié)正在積極推進(jìn)相關(guān)工作，與包括能源行業(yè)在內(nèi)的上下游行業(yè)攜手共同解決這類問題。”鐘紹良表示。

“實際上，目前針對如何實現(xiàn)氫氣的安全高效儲存運(yùn)輸，大家都在積極嘗試開展相關(guān)試驗項目。例如，在瑞典SSAB鋼鐵公司與瑞典大瀑布電力公司等合作開展的HYBRIT項目中，瑞典SSAB鋼鐵公司在其項目配套的直接還原廠旁大約3公里處建設(shè)了試點氫氣儲存設(shè)施，兩者由管道連接起來以運(yùn)輸氫氣。該試點設(shè)施目前處于中試階段，很快將投入工業(yè)化運(yùn)營。”他介紹道。

在鐘紹良看來，我國氫氣儲運(yùn)環(huán)節(jié)目前相對薄弱，仍有許多痛點，以頭部鋼鐵企業(yè)為代表的氫冶金領(lǐng)域參與者正在積極尋求突破。與此同時，他認(rèn)為，盈利情況較好的民營企業(yè)既有資金又有技術(shù)，也應(yīng)積極參與到這一過程中來。“只有與能源行業(yè)等加強(qiáng)協(xié)同，推動實現(xiàn)規(guī)?；膬\(yùn)氫，助力壯大氫能產(chǎn)業(yè)鏈，中國鋼鐵企業(yè)才能在世界氫冶金領(lǐng)域持續(xù)保持前進(jìn)的活力。”鐘紹良說。

備注：數(shù)據(jù)僅供參考，不作為投資依據(jù)。