氫雲觀察：氫能鍊鋼再獲重大進展！全球首個“零排放”鋼廠開啓運營

在蒂森克虜伯實現了在高爐中使用氫氣、奧瓦科成功實驗氫氣作為高温熱源加熱鋼材後，氫能鍊鋼再獲重大進展。

8月31日，瑞典鋼鐵，瑞典大瀑布電力和瑞典國有鐵礦石生產商LKAB通過HYBRIT的無化石海綿鐵生產工廠的正式啓動，朝着無化石鍊鋼邁出了決定性的一步。HYBRIT項目旨在用不含化石的電力和氫氣替代傳統上用於礦石制鋼的煉焦煤。SSAB的目標是，到2026年將第一種無化石鋼商業化，到2045年實現無化石鋼的運營。

圖1 開工現場

瑞典首相斯特凡·洛芬與環境和氣候部長兼副首相伊莎貝拉·洛文，SSAB總裁兼首席執行官Martin Lindqvist，LKAB總裁兼首席執行官JanMoström以及Vattenfall總裁兼Magnus Hall一起啓動了該工廠。

HYBRIT的技術路線與常規的技術路線有所區別。在蒂森克虜伯、奧瓦科的工作之後，HYBRIT項目為氫能鍊鋼在新的技術方向上進行了嘗試，展現了綠色鋼鐵多樣化的未來。在氫能鍊鋼的新時代中，鋼鐵這個傳統的行業有望煥發出不一樣生命力。

正如SSAB首席執行官馬丁·林德克維斯特表示：“還有很多工作要做，還有挑戰，但我敢宣稱這是一家全球獨一無二的工廠。”

圖2 技術路線對比

綠色鋼鐵似乎只是瑞典零排放目標中的一步。

“現在，我們面臨着一個歷史性的機遇，而且還可以促進所有人都意識到的氣候轉變的必要性。今天，我們正在奠定使瑞典的鋼鐵行業在20年內完全不含化石和二氧化碳的基礎。我們將共同努力，將瑞典重建為世界上第一個零化石能源的國家。”瑞典首相斯特凡·洛芬在開工儀式上説。

圖3 瑞典首相斯特凡·洛芬

1、HYBRIT項目介紹

2016年HYBRIT項目成立，並於2018年6月在瑞典能源署的資金支持下正式破土動工，2020年8月建成投產。

這項名為“突破性氫能鍊鐵技術”的項目，旨在用可再生電力生產的氫替代傳統鍊鐵使用的焦炭。在傳統鍊鐵工藝中，焦炭中的碳與鐵礦石中的氧反應生成二氧化碳作為還原劑，如果使用氫氣替代焦炭，氫氣將與鐵礦石中的氧氣反應生成水，實現鍊鐵過程的零排放。

圖4 HYBRIT項目

在工廠正式落成後，測試將在2020年至2024年之間進行，首先使用天然氣，然後使用氫氣以比較生產結果。在此期間，HYBRIT的框架還包括在測試期間內用生物油替代化石油品，也正在準備建立儲氫設施並進行測試。

2025年~2035年，HYBRIT項目將進入實證階段，進行小規模的工業生產；到2045年，SSAB將達成實現非化石能源鍊鋼的目標。而據國際氫能委員會預計，2050年氫能達到全球能源總需求的18%——HYBRIT項目正好趕在氫能大規模應用時完成。

“對於我們在全球範圍內獨有的試驗工廠現已建成，我感到無比自豪。這是向無化石鋼過渡的里程碑。我們的目標是早在2026年就率先使用不含化石燃料的鋼材。HYBRIT技術將使我們能夠消除鍊鋼中的二氧化碳排放，同時幫助我們自己的客户減少其氣候足跡。我們有機會徹底改變整個鋼鐵行業，並表明可能實現淨零排放” SSAB總裁兼首席執行官Martin Lindqvist説。

2、國內“氫能鍊鋼”業務進展情況

與國外同行一樣，國內鋼鐵產業正為鋼鐵產業綠色發展付出持續的努力。

我國鋼鐵工業二氧化碳排放量約佔全國二氧化碳排放量的15%，佔全球鋼鐵行業碳排放量的60%以上！降低二氧化碳排放一直是我國鋼鐵企業的重大任務。根據《鋼鐵工業調整升級規劃》，要求在“十三五”期間能源消耗總量和污染物排放總量分別下降10%和15%以上。

業內一位專家表示：“除了通過基於氫氣的直接還原技術和碳捕獲與封存技術實現減排以外，關於減少鋼鐵生產過程中的二氧化碳排放，當前沒有更多的方式。而碳捕獲與封存技術屬於末端解決方案，並沒有從根源上解決問題。”可以認為，“氫氣鍊鋼”是鋼鐵工業當前已知的最佳減排技術。

在產業發展政策上，《產業關鍵共性技術發展指南》將氫氣豎爐直接還原清潔冶煉技術列為了重點，主要技術內容包括：直接還原工藝與先進節能的煤炭制氣技術；焦爐煤氣制氣技術；蓄熱式管式加熱爐技術；蓄熱式燃氣熔融冶煉技術等。

在政策的推動下，國內寶武、河鋼、酒鋼等鋼鐵企業正在探討氫能鍊鋼，東北大學也成立了國內第一個面向氫冶金方向的研究院，在鋼鐵產業零排放進程中給出“中國方案”，實現中國鋼鐵產業的轉型升級，並且已經取得了階段性的進展。

圖5 酒鋼氫冶金研究院揭幕

酒鋼煤基氫冶金中試基地熱負荷試車及部分中試試驗正在順利進行。據酒鋼中試基地建設項目執行經理雷鵬飛介紹，酒鋼煤基氫冶金中試基地分別在5月5日、6月10日進行了第一次、第二次試車工作，均以高爐瓦斯灰為原料。項目團隊分別以酒鋼自產冶金焦丁和褐煤為還原劑，進行了碳冶金和氫冶金的對比試驗，兩種工藝的金屬化率分別為40%左右和85%以上，體現出氫冶金技術的巨大優勢。

針對氫氣來源問題，中核集團則提出了“核能制氫、氫能鍊鋼”的思路，以水為原料, 以廢熱為能源，將核反應堆與先進制氫工藝耦合，進行大規模、低成本的氫氣製取。

“核能制氫與氫能冶金結合將成為劃時代的技術革命。”中核集團董事長餘劍鋒説，經初步計算，一台60萬千瓦高温氣冷堆機組可滿足180萬噸鋼對氫氣、電力及部分氧氣的能量需求，每年可減排約300萬噸二氧化碳，減少能源消費約100萬噸標準煤，將有效緩解我國碳排放壓力，助力解決能源消費引起的環境問題。

3、氫能與鋼鐵的合作是雙贏

鋼鐵與氫能有天然聯繫。鋼鐵企業即是產氫企業，也是用氫單位。正如鞍鋼副總經理王義棟説，鋼廠製備氫氣的成本非常低；對鋼廠來説，不僅可以發展氫能，還可以同時發展低碳冶金技術，降低碳排放。

氫能與鋼鐵產業的合作是雙贏的結果：氫能幫助鋼鐵企業節能減排、延伸業務、完成轉型，鋼鐵企業為氫能提供了更多的落地應用，促進發展。氫能和鋼鐵是一個互相促進的產業組合。

圖6 高爐鍊鋼現場

鋼鐵行業是去產能、調結構、促轉型的重點行業，而氫能行業是處於起步階段的行業，氫能和鋼鐵的合作形成了互補，有着良好的示範效應，能夠吸引更多行業涉足氫能。氫能產業處於發展的早期，不僅需要努力發展技術，也需要向社會提供更多的想象力，才能引來更多的資金和人才，才能更好地促進產業發展。

氫雲鏈將持續追蹤“氫能鍊鋼”的相關進展，敬請關注。