深度脫碳

 

氫能助力工業綠色轉型

 

在雙碳路上，越來越多的行業與“氫”同行。

 

國家工信部、科技部、自然資源部日前聯合印發《“十四五”原材料工業發展規劃》（以下簡稱《規劃》）提出“組織研發富氫碳循環高爐、氫能窯爐、氫基直接還原等技術”，并要求實施氫冶金、非高爐煉鐵等低碳冶煉試點項目，開展低碳水泥、氫能窯爐及固碳建材試點，明確了氫在工業減排中的作用。

 

 

隨著氫能產業發展熱度持續升溫，其在鋼鐵等工業領域脫碳中扮演的角色也逐漸得到認可。國家發展改革委價格成本調查中心近期發布的《鋼鐵產業供應鏈實現“雙碳”目標路徑分析及對成本的影響》也將“氫”擺到了重要位置。文章強調，鋼鐵綠色生產的工藝改造包括電爐煉鋼和氫能煉鋼，氫能煉鋼是利用氫氣替代一氧化碳做還原劑煉鋼，還原過程中沒有二氧化碳的排放，可實現鋼鐵生產完全脫碳，是未來發展方向。

 

政策青睞

 

工業脫碳引關注

 

原材料工業包括石化化工、鋼鐵、有色金屬、建材等行業，是實體經濟的根基，是支撐國民經濟發展的基礎性產業，也是工業綠色發展的主戰場。“十四五”期間，面對資源能源和生態環境的強約束、碳達峰碳中和的硬任務，原材料工業綠色和安全發展的任務更加緊迫。

 

中國科學院院士、中國產業發展促進會氫能分會專家委員會主任徐春明指出，在雙碳背景下，這些關系國計民生、支撐實體經濟發展的行業亟須完成轉型升級，提質增效的同時脫碳壓力較大。他強調，“盡管目前工業產氫用氫成本相對較高，但其‘零碳’屬性目前還沒有其他大宗原料可以替代，而且它可以完全由可再生能源生產，因此氫在這些領域的脫碳中可以發揮關鍵作用。”

 

對此，蒂森克虜伯（中國）投資有限公司技術研發和可持續發展負責人田昊也認為，工業自身的排放以及工業所需能源的排放占比很高。其中，鋼鐵、水泥、化工等制造業都是傳統高排放的行業；而從治理的角度，工業排放則最為集中，減排效率和影響更為突出。他同時表示，從工業脫碳的角度，無論是鋼鐵行業，還是水泥或化工行業，未來都需要使用大量的綠氫替代化石能源和原料，“利用氫能推動工業領域減排，將成為大勢所趨”。

 

在鋼鐵冶金行業，氫能發揮的作用尤為明顯。“鋼鐵行業一直有兩個‘帽子’，高污染和高能耗。”內蒙古賽思普科技有限公司副總經理周海川告訴記者，傳統的碳冶金會產生大量二氧化碳排放，而采用氫作為鋼鐵冶煉過程中的還原劑，不僅可以減少碳排放，提高還原效率，還為冶金全流程生產過程產生的富氫含碳煤氣找到了更有價值的利用途徑。

 

《規劃》中要求，“到2025年，鋼鐵、有色金屬、建材等重點行業能源消耗總量、碳排放總量控制取得階段性成果”，而氫能成為技術和項目布局的重點方向。在徐春明看來，國家政策的扶持和鼓勵，有利于形成我國在該領域的原始創新成果，加快資本、技術和人才等要素向氫能產學研用聚集，促進在具備技術經濟可行性的領域先行先試，快速落地，產生示范效應。

 

積極轉型

 

冶金化工謀變革

 

作為全球“排放大戶”，工業領域中的冶金和化工行業正積極以氫能促變革，減少二氧化碳排放。其中，德國蒂森克虜伯鋼鐵集團是全球首家在煉鋼工藝中使用氫氣代替煤炭以減少碳排放的鋼鐵集團。早在2019年11月11日，該公司就已啟動氫能冶金的測試，將氫氣注入杜伊斯堡9號高爐，這是全球范圍內鋼鐵公司第一次在煉鋼工藝中使用氫氣代替煤炭。

 

根據蒂森克虜伯的氣候戰略，該公司至2030年碳排放將減少30％。田昊介紹，蒂森克虜伯在工業領域有著豐富的業務，在鋼鐵、水泥、化工等方面都面臨減排的壓力和機遇。他表示，“我們作為一個工業企業，面對歐洲綠色發展和碳稅的預期，減排勢在必行，與其等碳稅來革我們的命，不如我們主動迎接這一機遇。”

 

而在國內的工業領域，氫在化工、煉鋼、建筑等應用場景已有較多嘗試。徐春明告訴記者，當前，化工行業產能過剩趨勢放緩，正在向綠色化、高端化方向發展，包括合成氨和煉化在內，化工細分行業的氫消耗量正在快速攀升。與此同時，我國冶金行業正在積極轉型，開展富氫碳循環高爐工藝、氫基豎爐直接還原和尾氣CO2捕集及資源化利用等方面的技術推廣和示范。

 

據業內統計，目前，國內已有寶武、河鋼等8家龍頭企業開始布局氫冶金。其中，北京建龍重工集團的控股子公司——內蒙古賽思普科技有限公司已于2021年4月，實現年產30萬噸氫基熔融還原高純鑄造生鐵項目成功出鐵，標志著氫基熔融還原冶煉技術成功落地轉化。周海川表示，早在2016年，建龍集團就提出綠色低碳冶金技術的研發布局，并聯合北科大、東北大學、遼科大、唐鋼國際和中鋼熱能院等科研院所成立“氫冶金實驗室”，經過兩年多的研究，開發出氫基熔融還原的新工藝。

 

周海川還介紹，今年，按照建龍集團的規劃，賽思普將建成第二代采用純氫冶煉的中試裝置，從“富氫”階段邁向“全氫”階段。未來，該公司還將在2025年實現等離子化全氫冶煉，并聯合國內制氫權威機構研究生物質和生活垃圾制氫，利用生活垃圾富余的碳水化合物制氫，在獲取鋼鐵冶金所需還原劑的同時，助力解決城市生態問題。

 

宏圖起筆

 

創新突破是關鍵

 

從中長期來看，我國可再生能源資源豐富，在綠氫的供給上具有巨大潛力，將有助于實現化工、冶金等工業難以減排領域的深度脫碳。中國產業發展促進會氫能分會預計，隨著技術成熟和清潔氫的應用，我國鋼鐵行業2025年前后可實現工藝成熟，對氫需求達36萬噸/年，有望實現行業碳達峰。

 

為實現這一目標，可再生能源制氫的規模化和技術創新十分重要。田昊表示，可再生能源電解制成的綠氫將大規模應用到高排放工業領域，到2030年，將有500萬噸氫來自于80GW的電解裝置。他強調，制氫的技術未來會呈現出多元且迭代迅速的狀況，而推動其發展很重要的一點在于規模化，必須要有產業來拉動。

 

對此，周海川認為，從制氫的角度，未來要控制好灰氫、藍氫、綠氫的結構比例。“要讓綠氫占比更多，碳中和才有‘落腳點’。”他還指出，在應用環節，需要從政策上使氫基冶煉擁有“綠色標識”，并通過碳稅等方式調節成本，倒逼企業轉型，引導市場消費，多用綠色技術生產的產品。

 

徐春明告訴記者，在全球通貨膨脹、產能過剩的大背景下，鋼鐵、化工和冶金行業正在實施節能減排、技術改造和優化升級等工作，這些行業積極結合雙碳需求開展用氫示范，研發、設計和配套裝備制造等行業熱情較高，管理部門也正在大力鼓勵，降低土地等生成要素的成本，加大稅收和補貼等方面的支持。

 

業內普遍認為，通過氫能發展推動工業減排的宏圖已經起筆，而氫能制、儲、輸、用各環節的技術突破是關鍵。國家發展改革委價格成本調查中心強調，為實現雙碳目標，鋼鐵行業要積極探索降本增效應對之策。鋼鐵生產需為工藝改造付出更多成本。短期來看技術研發、工藝改造需要不斷的成本投入，長期而言將降低碳排放，減少碳排放成本。