氢云观察：氢能炼钢再获重大进展！全球首个“零排放”钢厂开启运营

在蒂森克虏伯实现了在高炉中使用氢气、奥瓦科成功实验氢气作为高温热源加热钢材后，氢能炼钢再获重大进展。

8月31日，瑞典钢铁，瑞典大瀑布电力和瑞典国有铁矿石生产商LKAB通过HYBRIT的无化石海绵铁生产工厂的正式启动，朝着无化石炼钢迈出了决定性的一步。HYBRIT项目旨在用不含化石的电力和氢气替代传统上用于矿石制钢的炼焦煤。SSAB的目标是，到2026年将第一种无化石钢商业化，到2045年实现无化石钢的运营。

图1 开工现场

瑞典首相斯特凡·洛芬与环境和气候部长兼副首相伊莎贝拉·洛文，SSAB总裁兼首席执行官Martin Lindqvist，LKAB总裁兼首席执行官JanMoström以及Vattenfall总裁兼Magnus Hall一起启动了该工厂。

HYBRIT的技术路线与常规的技术路线有所区别。在蒂森克虏伯、奥瓦科的工作之后，HYBRIT项目为氢能炼钢在新的技术方向上进行了尝试，展现了绿色钢铁多样化的未来。在氢能炼钢的新时代中，钢铁这个传统的行业有望焕发出不一样生命力。

正如SSAB首席执行官马丁·林德克维斯特表示：“还有很多工作要做，还有挑战，但我敢宣称这是一家全球独一无二的工厂。”

图2 技术路线对比

绿色钢铁似乎只是瑞典零排放目标中的一步。

“现在，我们面临着一个历史性的机遇，而且还可以促进所有人都意识到的气候转变的必要性。今天，我们正在奠定使瑞典的钢铁行业在20年内完全不含化石和二氧化碳的基础。我们将共同努力，将瑞典重建为世界上第一个零化石能源的国家。”瑞典首相斯特凡·洛芬在开工仪式上说。

图3 瑞典首相斯特凡·洛芬

1、HYBRIT项目介绍

2016年HYBRIT项目成立，并于2018年6月在瑞典能源署的资金支持下正式破土动工，2020年8月建成投产。

这项名为“突破性氢能炼铁技术”的项目，旨在用可再生电力生产的氢替代传统炼铁使用的焦炭。在传统炼铁工艺中，焦炭中的碳与铁矿石中的氧反应生成二氧化碳作为还原剂，如果使用氢气替代焦炭，氢气将与铁矿石中的氧气反应生成水，实现炼铁过程的零排放。

图4 HYBRIT项目

在工厂正式落成后，测试将在2020年至2024年之间进行，首先使用天然气，然后使用氢气以比较生产结果。在此期间，HYBRIT的框架还包括在测试期间内用生物油替代化石油品，也正在准备建立储氢设施并进行测试。

2025年~2035年，HYBRIT项目将进入实证阶段，进行小规模的工业生产；到2045年，SSAB将达成实现非化石能源炼钢的目标。而据国际氢能委员会预计，2050年氢能达到全球能源总需求的18%——HYBRIT项目正好赶在氢能大规模应用时完成。

“对于我们在全球范围内独有的试验工厂现已建成，我感到无比自豪。这是向无化石钢过渡的里程碑。我们的目标是早在2026年就率先使用不含化石燃料的钢材。HYBRIT技术将使我们能够消除炼钢中的二氧化碳排放，同时帮助我们自己的客户减少其气候足迹。我们有机会彻底改变整个钢铁行业，并表明可能实现净零排放” SSAB总裁兼首席执行官Martin Lindqvist说。

2、国内“氢能炼钢”业务进展情况

与国外同行一样，国内钢铁产业正为钢铁产业绿色发展付出持续的努力。

我国钢铁工业二氧化碳排放量约占全国二氧化碳排放量的15%，占全球钢铁行业碳排放量的60%以上！降低二氧化碳排放一直是我国钢铁企业的重大任务。根据《钢铁工业调整升级规划》，要求在“十三五”期间能源消耗总量和污染物排放总量分别下降10%和15%以上。

业内一位专家表示：“除了通过基于氢气的直接还原技术和碳捕获与封存技术实现减排以外，关于减少钢铁生产过程中的二氧化碳排放，当前没有更多的方式。而碳捕获与封存技术属于末端解决方案，并没有从根源上解决问题。”可以认为，“氢气炼钢”是钢铁工业当前已知的最佳减排技术。

在产业发展政策上，《产业关键共性技术发展指南》将氢气竖炉直接还原清洁冶炼技术列为了重点，主要技术内容包括：直接还原工艺与先进节能的煤炭制气技术；焦炉煤气制气技术；蓄热式管式加热炉技术；蓄热式燃气熔融冶炼技术等。

在政策的推动下，国内宝武、河钢、酒钢等钢铁企业正在探讨氢能炼钢，东北大学也成立了国内第一个面向氢冶金方向的研究院，在钢铁产业零排放进程中给出“中国方案”，实现中国钢铁产业的转型升级，并且已经取得了阶段性的进展。

图5 酒钢氢冶金研究院揭幕

酒钢煤基氢冶金中试基地热负荷试车及部分中试试验正在顺利进行。据酒钢中试基地建设项目执行经理雷鹏飞介绍，酒钢煤基氢冶金中试基地分别在5月5日、6月10日进行了第一次、第二次试车工作，均以高炉瓦斯灰为原料。项目团队分别以酒钢自产冶金焦丁和褐煤为还原剂，进行了碳冶金和氢冶金的对比试验，两种工艺的金属化率分别为40%左右和85%以上，体现出氢冶金技术的巨大优势。

针对氢气来源问题，中核集团则提出了“核能制氢、氢能炼钢”的思路，以水为原料, 以废热为能源，将核反应堆与先进制氢工艺耦合，进行大规模、低成本的氢气制取。

“核能制氢与氢能冶金结合将成为划时代的技术革命。”中核集团董事长余剑锋说，经初步计算，一台60万千瓦高温气冷堆机组可满足180万吨钢对氢气、电力及部分氧气的能量需求，每年可减排约300万吨二氧化碳，减少能源消费约100万吨标准煤，将有效缓解我国碳排放压力，助力解决能源消费引起的环境问题。

3、氢能与钢铁的合作是双赢

钢铁与氢能有天然联系。钢铁企业即是产氢企业，也是用氢单位。正如鞍钢副总经理王义栋说，钢厂制备氢气的成本非常低；对钢厂来说，不仅可以发展氢能，还可以同时发展低碳冶金技术，降低碳排放。

氢能与钢铁产业的合作是双赢的结果：氢能帮助钢铁企业节能减排、延伸业务、完成转型，钢铁企业为氢能提供了更多的落地应用，促进发展。氢能和钢铁是一个互相促进的产业组合。

图6 高炉炼钢现场

钢铁行业是去产能、调结构、促转型的重点行业，而氢能行业是处于起步阶段的行业，氢能和钢铁的合作形成了互补，有着良好的示范效应，能够吸引更多行业涉足氢能。氢能产业处于发展的早期，不仅需要努力发展技术，也需要向社会提供更多的想象力，才能引来更多的资金和人才，才能更好地促进产业发展。

氢云链将持续追踪“氢能炼钢”的相关进展，敬请关注。