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氢冶金为工业绿色升级带来了什么?

引言:一直以来,氢冶金工艺因其低碳低能耗特征受到业内关注,行业内对于该工艺的探索一直热度不减。 现有的氢冶金技术研究逐渐朝着多元化的方向迈进: 氢气-一氧化碳混合气制铁、纯氢炼铁等技术正逐渐被解锁,这对于我国碳达峰碳中和目标的顺利实现意义非凡。

什么是氢冶金?氢冶金为工业绿色升级带来了什么?

过去十年间,世界主要产钢国开始致力于开发能够显著降低CO?排放的突破性低碳炼钢技术,其中氢冶金应运而生。

可持续 | 工业绿色升级 从碳冶金到氢冶金

氢能作为高能量密度、无污染排放的二次能源,是有效耦合传统化石能源和可再生能源,构建清洁低碳、安全高效现代能源体系的重要选择。以氢代替碳,将促进钢铁行业向绿色低碳、高质量地发展。

全球氢冶金技术尚处于研发、试验阶段

纵向来看,全球氢冶金项目研究可以分三步走:第一步,2025年前,建立中试装置研究大规模工业用氢能冶炼的可行性;第二步,到2030年,实现以焦炉煤气、化工等副产品中产生的氢气进行工业化生产;第三步,到2050年,实现绿色经济氢气的工业化生产,并进行钢铁高纯氢能冶炼,其中氢能以水电、风电及核电电解水为主。

可持续 | 工业绿色升级 从碳冶金到氢冶金

横向来看,国外相对国内对氢冶金的布局更早一些。多家钢铁企业对氢冶金项目大都进入了建设或者试验阶段,随着欧盟“2030年气候和能源政策目标”的发布,高能耗、高污染的欧洲钢铁行业不得不将节能减排重视程度提升至同增长利润相等的高度。目前欧洲开展氢冶金研究和实践的钢铁企业主要有安赛乐米塔尔、瑞典钢铁公司、萨尔茨吉特、蒂森克虏伯、奥钢联及普锐特等。

可持续 | 工业绿色升级 从碳冶金到氢冶金

再看看国内,我国是世界上钢铁消费大国,钢铁制造同样位居世界前列。逐年不断攀升的钢铁产能意味着我国距离真正意义上的钢铁产能达峰尚需要一段时间,保守估计未来十年我国的钢铁生产依旧保持较好的发展势头,如果保证二氧化碳排放量的有效控制,将影响我国碳达峰这一目标的实现。

可持续 | 工业绿色升级 从碳冶金到氢冶金

我国现有的炼钢技术主要有两大类,即长流程与短流程,其中,长流程中涉及到大量含碳元素原料的使用;而短流程中因为大量使用电力,鉴于我国目前仍主要依靠火力进行发电,电炉的大面积使用也会间接造成大量碳排放。

可持续 | 工业绿色升级 从碳冶金到氢冶金

基于此,钢铁行业普遍将研究重心由改进现有炼铁设备向引入清洁原料方向转移。众多新炼铁技术中,氢冶金技术因其天然具备的环境友好性这一重要特征已然成为众多新型冶金技术的首选方案。

可持续 | 工业绿色升级 从碳冶金到氢冶金

但现阶段,我国氢冶金技术还处于起步阶段,多数企业仍处于项目规划,签订合作协议的阶段,只有少数企业设立了以清洁能源生产氢气作为冶炼能源的目标,未来潜能巨大。

工业绿色升级下 如何实现合作共赢

政策方面,中国政府对环境保护的重视和决心在2020年提出碳中和这一目标中再一次得到印证。中国将采取更加有力的政策和措施,力争于2030年前实现二氧化碳排放达到峰值,努力争取2060年前实现碳中和。

不过目前,我国与氢冶金配套的专项规划、政策体系、标准体系、安全规范缺乏顶层设计。同时,我国也在同步出台一些涉及氢能领域各方面的一系列政策,来推动氢能产业健康发展。

可持续 | 工业绿色升级 从碳冶金到氢冶金

技术层面来说,我国钢铁企业正在努力追赶国外的脚步。在上世纪70年代,我国便开始自行设计建设了处理钒钛磁铁矿球团的气基竖炉;到了80年代,宝钢开展了BL法煤制气-竖炉生产直接还原铁半工业化试验研究;进入新世纪,中晋太行建成年产30万吨DRI的焦炉煤气-竖炉直接还原项目;再到最近,河钢集团与意大利特诺恩集团(tenova)正式签署协议,携手建设具有示范意义的氢能源开发和利用工程,包括一座年产60万吨的ENERGIRON直接还原厂,并计划于2021年底投产。

总结:

一直以来,我国氢冶金工艺由于技术、成本等因素制约一直未迎来高速发展。但在碳中和这一新形势下,依托氢冶金工艺的发展将再次获得全新动力。

相信在不远的将来,我国氢冶金工艺将不断成熟,并逐渐成为矿石冶炼主力军,引领更新的工业清洁生产潮流。

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