绿色新质生产力|“氢”装上阵:氢冶金技术助力钢铁行业迈向近零排放
2025年1月10日

绿色创新发展研究院iGDP

2022年以来,我国已经出台了一系列政策文件明确氢冶金技术方向和发展目标。氢冶金主要围绕副产焦炉煤气或天然气直接还原炼铁高炉大富氧或富氧冶炼熔融还原氢冶炼等技术方向开展[3]。我国提出2025年,氢冶金先进工艺技术将取得突破性进展[4],到2030年,富氢碳循环高炉冶炼、氢基竖炉直接还原铁等技术将取得突破应用[5]。我国鼓励企业积极开展产业化试点示范,越来越多的氢冶金技术被列入了国家技术支持目录和应用推广政策文件中,例如:

  • 2024年6月,工业和信息化部发布的《国家工业节能降碳技术应用指南与案例(2024年版)》纳入了两项氢冶金技术,分别是富氢碳循环氧气高炉低碳冶金技术和富氢低碳冶炼技术[6]

  • 2024年9月,工业和信息化部及国家发展改革委印发的《新材料中试平台建设指南(2024—2027年)》将低碳冶金技术等关键共性技术纳入我国新材料中试平台建设重点领域[7]

  • 2024年11月,生态环境部公布的第五批《国家重点推广的低碳技术目录》(征求意见稿)纳入了三项氢冶金技术,分别是高效还原“3R”碳氢高炉技术、纯氢竖炉还原技术和氢冶金直接还原炼铁工艺技术[8]

此外,碳市场也为推动氢冶金技术发展提供积极市场信号。目前,上海、广东、天津、湖北、重庆、福建6个地方碳市场已经全部纳入钢铁企业[11]。全国碳市场也自2024年起将钢铁行业的二氧化碳排放纳入管控范围,并计划2025年底前完成第一次履约[29]

当前,我国的氢冶金技术处于研发试验和示范应用的战略布局阶段[9]。企业主要开展高炉富氢冶金、氢基竖炉直接还原铁、氢基流化床直接还原铁、富氢熔融还原铁等技术试验和示范[10] [11] [12]。这些项目中,绝大多数还原气采用焦炉煤气、天然气、煤层气等富氢气体,也有少数开始纯氢(灰氢和绿氢)的研发试验。项目落地区域分布在河北、山西、广东、山东、新疆、内蒙古和辽宁等省份(如表1所示)。

表 1  我国开展的部分氢冶金项目

来源:根据国家工节能降碳技术应用指南与案例(2024年版)》;2024年11月公布的第五批《国家重点推广的低碳技术目录》(征求意见稿)以及网上公开材料整理[24];注:减排潜力相对于传统高炉-转炉流程;“-”代表未查到相关信息

在地方实践上,河北省是氢冶金技术研发和项目布局表现较为突出的省份。河北省是我国第一大钢铁生产大省,并以长流程为主。同时,河北省也是焦炭和化工大省,副产氢资源丰富。河北省鼓励钢铁企业在技术改造过程中采取氢能炼铁和熔融炼铁等新型工艺,并在全国率先出台鼓励支持性政策。

例如,2023年,河北省发布《河北省氢基竖炉生产直接还原铁碳减排量核算方法学》,为钢铁行业碳减排量资产化机制提供方法学及工具[10]。同年,河北省率先出台了《河北省钢铁行业转型金融工作指引(2023—2024 年版)》,为企业布局氢冶金项目以及钢铁行业下游企业采购低碳钢铁产品提供转型金融支持[25]

氢冶金作为我国重大战略性变革技术,其规模化应用面临着如何实现低成本、连续稳定和安全高效的氢气供应,如何实现稳定和低成本的铁矿石资源供应,以及如何提供成熟的先进技术、关键材料、工艺及产品装备等诸多方面的挑战[26] [27]。这些问题导致氢冶金目前还不具有显著的技术性和市场竞争力。

相关研究认为,碳市场碳价会逐步提高,同时电解制氢成本有望大幅下降,2030年后氢冶金市场竞争力将大幅提升;随着氢冶金技术设备不断成熟和产业化应用,2050年后将实现对高炉炼铁的大规模替代[9]。展望2060年,富氢高炉+转炉+CCUS技术绿氢直接还原铁+绿电电炉废钢+绿电电炉将是共同支撑我国钢铁行业实现近零排放的三大技术路线[28]

参考文献

[1]世界钢铁联合会. 世界钢铁统计数据2024[EB/OL]. (2024). https://worldsteel.org/zh-hans/data/world-steel-in-figures-2024/#2023%E5%B9%B4%E6%8C%89%E5%B7%A5%E8%89%BA%E7%BB%9F%E8%AE%A1%E7%9A%84%E7%B2%97%E9%92%A2%E4%BA%A7%E9%87%8F.

[2]宫飞翔、孙文强、李德智、陈宋宋、王京菊. 综合用能视角的钢铁行业低碳绿色发展技术展望[EB/OL]. (2023-03-28). http://sdg-china.net/NewsList/info.aspx?itemid=69050.

[3]国家发改委. 一图读懂 | 钢铁行业节能降碳改造升级实施指南[EB/OL]. (2022-02). https://www.ndrc.gov.cn/xxgk/jd/zctj/202202/t20220225_1316977.html.

[4]工业和信息化部等. 关于促进钢铁工业高质量发展的指导意见[EB/OL]. (2022-02). https://www.mee.gov.cn/xxgk2018/xxgk/xxgk10/202202/t20220208_968879.html.

[5]工业和信息化部等. 工业领域碳达峰实施方案[Z/OL]. (2022-08). https://www.gov.cn/zhengce/zhengceku/2022-08/01/5703910/files/f7edf770241a404c9bc608c051f13b45.pdf.

[6]工信部. 国家工业节能降碳技术应用指南与案例(2024年版)[EB/OL]. (2024-06). https://www.ceesta.org.cn/u/cms/ceesta/202406/06142117cre8.pdf.

[7]工业和信息化部, 国家发展改革委. 新材料中试平台建设指南(2024—2027年)[EB/OL]. (2024-09). 《新材料中试平台建设指南(2024—2027年).

[8]生态环境部等. 第五批《国家重点推广的低碳技术目录》(征求意见稿)[R/OL]. (2024-11-15). http://www.china-epc.cn/zxgz/tzgg/202411/W020241115573819377218.pdf.

[9]全球能源互联网发展合作组织. 中国碳中和之路[M]. 北京: 中国电力出版社, 2021.

[10]河北省生态环保厅. 河北省氢基竖炉生产直接还原铁碳减排量核算方法学[Z/OL]. (2023-07). https://hbepb.hebei.gov.cn/zycms/ewebeditor/uploadfile/20230727170833181.pdf.

[11] 陈瑜. “碳”路国际市场 丈量钢铁入局全国碳市场的距离[EB/OL]. (2024-06-12). http://www.csteelnews.com/xwzx/jrrd/202406/t20240612_89063.html.

[12]滕珊. 全球首条纯氢多稳态竖炉示范工程正式运行[EB/OL]. (2024-01-26). http://www.csteelnews.com/qypd/jnhb/202401/t20240126_84361.html.

[13]陈灿. 中冶赛迪3R碳氢高炉技术再添新绩[EB/OL]. (2024-07-29). http://www.csteelnews.com/xwzx/aqhb/202407/t20240729_90649.html.

[14]温晓霞. 氢启变革 低碳赋能——昌黎县兴国精密机件有限公司绿色转型发展纪实[Z/OL]. (2023-07-13). http://www.csteelnews.com/qypd/jnhb/202307/t20230713_77079.html.

[15]郭玉琴. 晋南钢铁集团:绿色工厂 蓝海逐梦[EB/OL]. (2024-04-28). https://www.qinshui.gov.cn/xwdt_361/sxyw_49699/202404/t20240428_1975669.shtml.

[16]张雨恬. 晋南钢铁集团“钢-焦-化-氢”联产发展纪实[EB/OL]. (2023-10-18). http://www.csteelnews.com/qypd/qydt/202310/t20231018_80490.html.

[17]张雨恬. 河钢全球首例120万吨氢冶金示范工程实现绿色DRI产品安全顺利连续生产[EB/OL]. (2023-05-31). http://www.csteelnews.com/xwzx/jrrd/202305/t20230531_75323.html.

[18]广东生态环境厅. 国内首套百万吨级氢基竖炉在湛江钢铁投产[EB/OL]. (2024-04-02). https://gdee.gd.gov.cn/dsdt3071/content/post_4401131.html.

[19]晋城市工业和信息化局. 关于市政协八届三次会议第63号提案的答复[EB/OL]. (2024-07-31). https://xxgk.jcgov.gov.cn/szfgzbm/jcsgyhxxhj/fdzdgknr_31161/tadf_gxj/202407/P020240731358715171273.pdf.

[20]晋钢控股集团. 晋钢拟建设百万吨氢冶金项目[EB/OL]. (2023-07-19). https://www.ccedia.com/business_detail/c-_detailId%3D1681596780596301824.html.

[21]国务院国资委. 鞍钢氢冶金项目入选央企科技成果应用拓展工程名单[EB/OL]. (2024-12-05). https://cn-heipa.com/newsinfo/7823854.html.

[22]乌海日报. 赛思普:科技赋能 低碳转型[EB/OL]. (20240105). https://kjt.nmg.gov.cn/kjdt/mtjj/202401/t20240105_2437428.html.

[23]威县政府办. 我县举行邢钢搬迁项目熔融还原炼铁工程开工仪式[EB/OL]. (2024-04-01). https://www.weixian.gov.cn/article/18/63952.html.

[24]赵志龙, 樊三彩. 氢冶金“破冰”有道[EB/OL]. (2024-08-22). http://www.csteelnews.com/xwzx/aqhb/202408/t20240822_91947.html.

[25]人民银行河北省分行等. 河北省钢铁行业转型金融工作指引(2023—2024 年版)[EB/OL]. (2023-12-29). http://www.greenfinance.org.cn/upfile/file/20231229201456_972963_53269.pdf.

[26]范铁军. 我国钢铁工业低碳发展面临的形势与压力[EB/OL]. (2023-10-16). http://www.hebyjxh.com/detail.html?id=1234.

[27]周和敏等. 一种纯氢竖炉还原高温氢气电加热装置及方法[EB/OL]. (2023-02). https://patents.google.com/patent/CN116287519B/zh.

[28]自然资源保护协会, 冶金工业经济发展研究中心. 面向碳中和的氢冶金发展战略研究[R/OL]. (2023-06-25). http://www.nrdc.cn/Public/uploads/2023-06-25/6497aa6685787.pdf.

[29]生态环境部. 全国碳排放权交易市场覆盖水泥、钢铁、电解铝行业工作方案( 征求意见稿 )[R/OL]. (2024-09-09). https://www.mee.gov.cn/xxgk2018/xxgk/xxgk06/202409/W020240909573354718696.pdf.