氫能冶金能否助力鋼鐵綠色化
一期60萬(wàn)噸，河北鋼鐵富氫利用項目日前正式開(kāi)工，這一項目在國際上率先采用新一代低碳氫能源示范裝置。
河鋼僅僅是我國鋼鐵行業(yè)推進(jìn)氫能冶金實(shí)踐的一個(gè)縮影。 鋼鐵行業(yè)是去產(chǎn)能、調結構、促轉型的重點(diǎn)行業(yè)，加快實(shí)施綠色化改造升級，發(fā)展節能環(huán)保、可再生能源等新興技術(shù)，是加快實(shí)現鋼鐵行業(yè)實(shí)現新舊動(dòng)能轉換的重要方式，氫能與鋼鐵行業(yè)的結合正是一個(gè)良好的示范。
氫能冶金如何助力綠色鋼鐵？日前，中國環(huán)境科學(xué)學(xué)會(huì )和上海交通大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院聯(lián)合主辦“碳中和愿景下鋼鐵行業(yè)氫能脫碳高端論壇”，為我國鋼鐵行業(yè)氫能冶金工作建言獻策，為推進(jìn)碳達峰、碳中和提供學(xué)術(shù)支撐。
鋼鐵行業(yè)對氫能需求迫切
氫能可直接為鋼鐵行業(yè)提供高效原料、還原劑和高品質(zhì)熱源，有效減少碳排放
當前，國內鋼鐵行業(yè)為綠色發(fā)展持續努力著(zhù)，在鋼鐵等重點(diǎn)行業(yè)實(shí)施開(kāi)展氫能冶金的研究和實(shí)踐尤為迫切。
討論中，業(yè)內一位專(zhuān)家表示：“除了通過(guò)基于氫氣的直接還原技術(shù)和碳捕獲與封存技術(shù)實(shí)現減排以外，關(guān)于減少鋼鐵生產(chǎn)過(guò)程中的二氧化碳排放，當前沒(méi)有更多的方式。”可以認為，“氫氣煉鋼”是鋼鐵工業(yè)當前已知的最佳減排技術(shù)之一。
“氫冶金與傳統的高爐流程相比，以氫氣代替高爐冶煉使用的碳作為鋼鐵的還原劑，能省去前端焦化、燒結等工序，減少冶煉過(guò)程中VOC污染物和二氧化碳排放量。同時(shí)，氫能來(lái)自于可再生能源或者天然氣，還可以進(jìn)一步減少煤炭的使用量，從而減少二氧化碳和污染物的排放量。”上海交通大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院特聘教授金放鳴介紹說(shuō)。
“氫能可直接為鋼鐵行業(yè)提供高效原料、還原劑和高品質(zhì)熱源，有效減少碳排放，是值得期待的。”清華大學(xué)能源環(huán)境經(jīng)濟研究所、清華大學(xué)—張家港氫能與先進(jìn)鋰電技術(shù)聯(lián)合研究中心副研究員歐訓民也表示了相同的看法。
我們現在不缺氫，缺清潔的氫
技術(shù)和成本是制氫最大掣肘，保證大規模工業(yè)化生產(chǎn)技術(shù)突破是關(guān)鍵
不過(guò)，氫能作為一種二次能源，“得來(lái)”并不容易。目前全球制氫產(chǎn)能約為每年7000萬(wàn)噸，中國占全球1/3。目前，中國的氫供應主要面向化工行業(yè)，少部分用于交通運輸行業(yè)，因此，中國現有的制氫產(chǎn)能遠不能支撐鋼鐵行業(yè)的需求。
“我們現在不缺氫，缺清潔的氫。”中國石油大學(xué)（北京）新能源研究院院長(cháng)周紅軍指出。
換言之，我們需要的是生產(chǎn)和排放過(guò)程低碳化的綠氫。討論中，與會(huì )專(zhuān)家介紹說(shuō)，現有制氫技術(shù)大多依賴(lài)化石能源，無(wú)法避免碳排放。目前，可再生能源制氫技術(shù)正在逐步成熟，可以通過(guò)可再生能源發(fā)電再電解水來(lái)制取零碳排放的氫氣。一些科研機構還在探索太陽(yáng)能光解水制氫、生物質(zhì)制氫等新型制氫技術(shù)。
“技術(shù)突破是關(guān)鍵。”歐訓民介紹說(shuō)，“清華大學(xué)核能與新能源技術(shù)研究院研發(fā)的核能制氫技術(shù)預計10年后啟動(dòng)示范。”
“如何保證大規模工業(yè)化生產(chǎn)，滿(mǎn)足鋼鐵產(chǎn)能支撐，技術(shù)上要有進(jìn)一步的突破。”賈國利介紹說(shuō)，首鋼下一步將在傳統的高爐加轉爐上進(jìn)行富氫的冶煉，同時(shí)采用直接還原工藝的電爐這種短流程，形成短期內以長(cháng)流程為主，短流程為補充的工藝路線(xiàn)，從而實(shí)現低碳排放。
除制氫產(chǎn)能有限，制氫成本高也是一個(gè)挑戰。按照中國目前氫能市場(chǎng)價(jià)格（約每噸6萬(wàn)元人民幣或7800歐元），采用氫能煉鐵工藝成本比傳統高爐冶煉工藝至少高5倍以上。
“此外，氫能產(chǎn)業(yè)鏈還包括儲運、加注、應用等環(huán)節，也都面臨著(zhù)技術(shù)挑戰和成本制約。”歐訓民補充說(shuō)。
以?xún)\為例，氫氣在常溫常壓下密度低、易泄漏，與鋼材長(cháng)期接觸會(huì )使后者發(fā)生“氫脆”而破損，儲存和運輸比煤炭、石油、天然氣都要困難得多。
“這件事難度很大。”清華大學(xué)能源與動(dòng)力工程系教授麻林巍分析說(shuō)，由于氫能的儲運難度很大，如果要大規模發(fā)展氫能煉鋼，肯定要涉及大量氫能的基礎設施建設。
推進(jìn)氫能源發(fā)展成為可行的解決方案，首先要解決制氫工藝水平和成本問(wèn)題。對此，國家發(fā)改委能源研究所副研究員劉堅表示，“因為轉換效率低，所以目前新能源制氫的成本高，是比較大的障礙。但是從長(cháng)遠看，技術(shù)上是可行的，經(jīng)濟性上也有提升的空間，還是應該樂(lè )觀(guān)地看待未來(lái)綠氫的發(fā)展。”
氫能產(chǎn)業(yè)鏈整體成本有望下降一半
需要跨行業(yè)的合作創(chuàng )新，政策、資金、科研多措并舉才能形成合力
當下，許多國家圍繞全新氫能各環(huán)節的研究正如火如荼地展開(kāi)，技術(shù)難關(guān)在加緊攻克。隨著(zhù)氫能生產(chǎn)和儲運基礎設施規模不斷擴大，氫能成本也有較大的下降空間。有研究表明，預計到2030年，氫能產(chǎn)業(yè)鏈整體成本將下降一半。
我國一些鋼鐵企業(yè)也在積極為氫能落地提供了更多的落地應用，但目前仍然處于起步階段，亟待各方共同參與和支持。
“氫能冶金不光是鋼鐵行業(yè)的技術(shù)創(chuàng )新，涉及能源、化工、鋼鐵等多個(gè)行業(yè)，需要跨行業(yè)的合作創(chuàng )新。”麻林巍建議，政策上要加強引導，在技術(shù)上先夯實(shí)基礎，逐步深入推進(jìn)；同時(shí)，為了促進(jìn)鋼鐵和能源的耦合，可以考慮鋼鐵廠(chǎng)和能源電站的配套，這樣有助于促進(jìn)能源和鋼鐵領(lǐng)域的深度合作。
世界鋼鐵協(xié)會(huì )中國辦公室首席代表鐘紹良也表達了相同的看法。“要由政府出面整合鋼鐵產(chǎn)業(yè)鏈上的研發(fā)資源，服務(wù)于氫能冶金的研發(fā)。同時(shí)，政府也要鼓勵跨國研發(fā)合作，避免重復研發(fā)。”
應該說(shuō)，低碳冶煉是鋼鐵行業(yè)實(shí)現碳達峰、碳中和的關(guān)鍵所在，而氫能冶煉是鋼鐵生產(chǎn)實(shí)現無(wú)化石冶煉，達到零碳排放的重要技術(shù)。當前，亟待加快布局，多措并舉，發(fā)揮技術(shù)及產(chǎn)業(yè)協(xié)同優(yōu)勢，抓住新一輪氫能源革命的戰略機遇。更多鋼材相關(guān)信息敬請關(guān)注福建晨升鋼鐵！
