近年來(lái)，氫能作為連接間歇性可再生能源與現有能源體系的重要耦合點(diǎn)，受到國家相關(guān)部門(mén)及地方政府的高度重視。作為清潔、高效、安全、可持續的二次能源，氫能廣泛應用于汽車(chē)、制造、交通等行業(yè)，發(fā)展氫能對新時(shí)代能源轉型，推動(dòng)實(shí)現碳達峰、碳中和“30·60目標”具有重大意義。

　　作為世界最大的制氫國，我國氫氣產(chǎn)量占全球總產(chǎn)量的比例超過(guò)30%，初步形成了包括氫氣制備、儲運、應用等環(huán)節的全產(chǎn)業(yè)鏈示范應用。隨著(zhù)能源結構逐步向以可再生能源為主的多元格局發(fā)展，氫氣的需求量將呈現上升態(tài)勢。據中國氫能聯(lián)盟預測，到2030年，我國氫氣需求量將達到3500萬(wàn)噸，到2050年將接近6000萬(wàn)噸，產(chǎn)業(yè)鏈年產(chǎn)值約12萬(wàn)億元，將成為引領(lǐng)經(jīng)濟發(fā)展的新增長(cháng)極。

　　氫能產(chǎn)業(yè)鏈主要包括制氫、儲運、加注和下游應用等環(huán)節，其產(chǎn)業(yè)鏈如圖1所示。

　　制氫環(huán)節

　　制氫主要包括工業(yè)尾氣副產(chǎn)氫、化石原料制氫、電解制氫等。其中，前兩種方式由于成本低、技術(shù)成熟、可大規模制備等優(yōu)勢，在未來(lái)較長(cháng)時(shí)期內仍將作為供氫主體，但由于制氫方式以化石原料為載體，占比將逐年下降?？稍偕茉措娊庵茪渥鳛槿芷诹闩欧偶夹g(shù)，將有效緩解我國棄風(fēng)、棄電等問(wèn)題，使氫能成為連接間歇性可再生能源與現有能源體系的耦合點(diǎn)，實(shí)現多種能源跨地域、跨時(shí)間的優(yōu)化配置，推動(dòng)我國能源轉型升級。預計到2050年，我國可再生能源電解制氫比例將逐步提升至70%。2020年~2050年主要制氫方法的產(chǎn)氫比例如圖2所示。

　　儲運環(huán)節

　　一是儲氫環(huán)節。常用的儲氫方式有氣態(tài)、液態(tài)、固體儲氫3類(lèi)。其中，氣態(tài)儲氫由于具備充放氫速度快、容器結構簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)而被廣泛運用，低溫液態(tài)儲氫主要應用于航天工程領(lǐng)域，有機液體和固體儲氫仍處于示范應用階段。各儲氫方式的優(yōu)劣勢及發(fā)展趨勢見(jiàn)表1。

　　二是氫能運輸。氫能運輸主要有氣態(tài)、液態(tài)和固體3種運輸方式。目前，我國主要采用20兆帕長(cháng)管拖車(chē)氣態(tài)運輸，與發(fā)達國家45兆帕長(cháng)管拖車(chē)的單車(chē)運氫能力仍有明顯差距。未來(lái)，隨著(zhù)管道建設日趨完善，我國將逐步形成高壓氣態(tài)、管道和液態(tài)多種運氫技術(shù)協(xié)同發(fā)展的格局。各種氫能運輸方式特點(diǎn)見(jiàn)表2。

　　截至2020年底，我國累計建成可運營(yíng)加氫站118座，其中投入運營(yíng)的加氫站101座，加氫站存量?jì)H次于日本的146座（數據統計截至2020年9月），居世界第2位。預計到2030年，我國將建成加氫站1500座。主要國家和組織的加氫站建設規劃見(jiàn)表3。

　　主要下游應用領(lǐng)域

　　一是氫燃料電池汽車(chē)。氫燃料電池汽車(chē)作為氫能重要的下游應用領(lǐng)域，已進(jìn)入示范導入期。2020年，受疫情和政策調整的影響，我國燃料電池汽車(chē)產(chǎn)、銷(xiāo)量分別下滑至1199輛、1177輛，同比分別減少57.7%、57.0%。未來(lái)，隨著(zhù)加氫站等基礎設施建設日益完善，制氫、儲氫等環(huán)節技術(shù)的不斷突破，燃料電池汽車(chē)低排放、加氫時(shí)間短、續航里程長(cháng)的優(yōu)勢將逐漸顯現，產(chǎn)銷(xiāo)量將呈現上升趨勢。氫燃料電池汽車(chē)將以客車(chē)和城市物流車(chē)為切入領(lǐng)域，逐步建立完備的燃料電池材料、部件、系統制備與生產(chǎn)產(chǎn)業(yè)鏈。據《節能與新能源汽車(chē)技術(shù)路線(xiàn)圖2.0》預測，到2035年，我國燃料電池汽車(chē)保有量將達到100萬(wàn)輛左右。

　　二是氫冶金。在環(huán)保政策趨嚴的背景下，氫冶金技術(shù)可助力實(shí)現不同程度的減排，成為鋼鐵綠色發(fā)展的重點(diǎn)之一。氫冶金主要包括富氫還原高爐和氣基直接還原豎爐兩類(lèi)。其中，前者仍以焦炭作為主要還原劑，但相比傳統高爐煉鐵，碳減排幅度可達10%以上；后者采用氫氣與一氧化碳混合氣體作為還原劑，將鐵礦石轉化為直接還原鐵（DRI），再通過(guò)電爐冶煉，噸鋼二氧化碳排放量可減少40%以上。

　　在國家、地方相關(guān)政策鼓勵引導氫能與燃料電池產(chǎn)業(yè)大力發(fā)展的趨勢下，鋼鐵企業(yè)涉足氫能源，有利于完成自身技術(shù)轉型與業(yè)務(wù)拓展，探索新的產(chǎn)業(yè)發(fā)展路徑，追趕國際先進(jìn)冶金水平。我國鋼鐵企業(yè)融入氫能產(chǎn)業(yè)鏈SWOT（企業(yè)戰略分析法，S即優(yōu)勢、W即劣勢、O即機會(huì )、T即威脅）分析見(jiàn)表4。

　　總體上看，氫能產(chǎn)業(yè)仍處于培育階段，鋼鐵企業(yè)應搶抓氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展的契機，提前謀劃，持續跟蹤氫能源發(fā)展動(dòng)向，積極融入氫能產(chǎn)業(yè)鏈，利用國家先期發(fā)展優(yōu)惠政策和自身優(yōu)勢，加快培育氫能產(chǎn)業(yè)，推動(dòng)企業(yè)低碳轉型，拓展新業(yè)務(wù)新領(lǐng)域，搶占產(chǎn)業(yè)發(fā)展先機。

　　那么，應如何融入氫能產(chǎn)業(yè)鏈呢？

　　一是適時(shí)介入制氫環(huán)節。鋼鐵企業(yè)具有制氫成本低、制氣經(jīng)驗豐富等優(yōu)勢，其氫氣來(lái)源主要為焦爐煤氣。目前，焦爐煤氣主要用于制氫、制LNG（液化天然氣）、發(fā)電3種途徑，若以10000標準立方米/小時(shí)富余焦爐煤氣測算，上述3種途徑的年效益分別約為2500萬(wàn)元、1000萬(wàn)元、800萬(wàn)元。由此可見(jiàn)，采用焦爐煤氣制氫可獲得最佳效益。但受市場(chǎng)及提純技術(shù)的影響，目前焦爐煤氣中的氫氣主要用于回爐助燃、城市煤氣、發(fā)電及化工生產(chǎn)中。未來(lái)，鋼鐵企業(yè)要綜合考慮氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展趨勢、市場(chǎng)規模和應用領(lǐng)域，適時(shí)介入制氫環(huán)節，加大碳捕集、利用與封存（CCUS）技術(shù)及蒸汽甲烷重整技術(shù)（SMR）的研發(fā)投入，全面提升氫產(chǎn)率，降低反應能耗，減少溫室氣體排放，實(shí)現“藍氫”的制備。

　　二是在儲氫環(huán)節，鋼鐵企業(yè)前期可探索開(kāi)展氫氣運輸服務(wù)。待氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展到一定規模后，鋼企應加快介入氫氣儲運環(huán)節，規劃建設配套液氫工廠(chǎng)，利用液氫運輸槽車(chē)實(shí)現氫氣液態(tài)運輸。同時(shí)，為降低用氫成本，鋼企可利用管道運輸氫氣至自建加氫站。

　　三是加快發(fā)展氫冶金。氫冶金途徑主要包括：氣基豎爐生產(chǎn)直接還原鐵，該技術(shù)較為成熟；高爐內噴吹氫氣或焦爐煤氣，處于研究、示范階段。下一階段，國內鋼鐵企業(yè)將通過(guò)與奧鋼聯(lián)、特諾恩、蒂森克虜伯等國外公司合作開(kāi)展氫直接還原煉鐵的示范應用。其中，2020年河鋼集團與特諾恩簽訂合同，建設120萬(wàn)噸氫冶金示范性工程項目，包括1座年產(chǎn)60萬(wàn)噸的ENERGIRON直接還原廠(chǎng)。除制氫氣—氣基豎爐—電爐短流程新工藝外，鋼企還可積極探索構建焦爐煤氣制氫—還原鐵粉—粉末冶金新材料—制品制件的新型產(chǎn)業(yè)鏈。

　　四是開(kāi)發(fā)氫能產(chǎn)業(yè)相關(guān)鋼鐵新材料。一是開(kāi)發(fā)儲氫運氫鋼鐵材料。據《中國氫能產(chǎn)業(yè)基礎設施發(fā)展藍皮書(shū)》預測，我國將于2030年實(shí)現管道及其他方式儲存、管道運輸，并于2050年實(shí)現長(cháng)距離管道運輸。由此可見(jiàn)，未來(lái)對于儲運氫無(wú)縫鋼管（30CrMo、316L等）的需求量將呈上升趨勢，鋼鐵企業(yè)應加快新型儲運氫材料的研發(fā)，突破氫氣管道的技術(shù)瓶頸，搶占市場(chǎng)先機。二是開(kāi)發(fā)氫燃料電池用金屬雙極板。雙極板被稱(chēng)為燃料電池電堆的“骨架”，按照制造材料劃分，可分為石墨板、金屬板和復合板。鋼企應圍繞燃料電池核心部件金屬雙極板的核心基材，加快研發(fā)不銹鋼雙極板基板成型、切割、焊接、涂層、密封一系列解決方案。三是開(kāi)發(fā)應用氫能新能源汽車(chē)綜合用材。鋼企應聚焦氫能新能源汽車(chē)車(chē)身輕量化、新材料開(kāi)發(fā)、成型技術(shù)、超強鋼開(kāi)發(fā)與應用等，加快進(jìn)行技術(shù)和產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)應用。

　　五是融入城市氫能源發(fā)展。當前氫能產(chǎn)業(yè)迎來(lái)發(fā)展熱潮，各地政府均在布局推動(dòng)氫能源的發(fā)展，多地市提出氫能源發(fā)展規劃，鋼鐵企業(yè)應依托自身副產(chǎn)氫資源優(yōu)勢，充分融入城市氫能源發(fā)展。一是發(fā)展鋼化聯(lián)產(chǎn)項目。鋼企應以國家逐步推廣乙醇汽油為契機，利用鋼鐵生產(chǎn)尾氣制備乙醇。如中科院大連化物所研發(fā)的DMTE技術(shù)（“二甲醚經(jīng)羰基化、加氫制備無(wú)水乙醇”技術(shù)）。按該工藝測算，27萬(wàn)噸一氧化碳和1.1萬(wàn)噸氫氣可生產(chǎn)乙醇約10萬(wàn)噸，相當于節省標煤約30萬(wàn)噸，避免了約42萬(wàn)噸二氧化碳的產(chǎn)出，具有重大的綠色發(fā)展意義。二是探索氫能應用場(chǎng)景。目前，河鋼首座加氫示范站于2020年8月在河北邯鄲投入運營(yíng)。今后，氫能源汽車(chē)購置成本將下降，若氫氣售價(jià)在35元/千克以下，燃料電池壽命將達到8000小時(shí)以上，氫能源物流車(chē)全壽命成本與燃油車(chē)相當。由此可見(jiàn)，為進(jìn)一步提升清潔運輸比例，鋼鐵企業(yè)可以通過(guò)加氫站和重卡運輸“柴改氫”等應用場(chǎng)景商業(yè)示范，積極探索氫能源汽車(chē)作為城市間、企業(yè)內部物流運輸用車(chē)，降低運輸過(guò)程中的污染物排放及碳排放。三是開(kāi)展“氫進(jìn)萬(wàn)家”研究。2021年4月，科技部與山東省共同簽署了“氫進(jìn)萬(wàn)家”科技示范工程框架協(xié)議，雙方將進(jìn)一步探索研究氫能的應用領(lǐng)域，特別是在電氫耦合、家庭熱電聯(lián)產(chǎn)和氫能社會(huì )等方面的應用，更多地讓氫能進(jìn)入日常生活。

　　為實(shí)現碳中和目標，中國未來(lái)的能源結構將實(shí)現顛覆性的調整，以氫能為代表的清潔能源未來(lái)將有巨大的成長(cháng)空間。鋼鐵行業(yè)是碳達峰、碳中和“30·60目標”實(shí)現的重點(diǎn)領(lǐng)域和責任主體，鋼鐵業(yè)的能源轉型面臨減碳的迫切需求。未來(lái)，節能減排技術(shù)領(lǐng)先、生產(chǎn)效率提高、能耗下降的鋼鐵企業(yè)，將能夠實(shí)現碳配額的剩余，進(jìn)而在碳交易市場(chǎng)上獲得豐厚收益。由此可見(jiàn)，鋼鐵企業(yè)一方面應通過(guò)利用氫能等新能源實(shí)現節能減排，探索氫的高效生產(chǎn)，平衡氫的資源化與能源化價(jià)值，帶動(dòng)鋼鐵流程的能源消費變革，成為清潔能源的供給者；另一方面應積極拓展氫能資源優(yōu)勢，加快氫能應用場(chǎng)景的開(kāi)發(fā)，推動(dòng)用氫多樣化，加快融入氫能產(chǎn)業(yè)鏈，共同推動(dòng)氫能產(chǎn)業(yè)生態(tài)圈的構建，成為能源供給革命的示范者。

 

　　（前兩名、后一名作者單位分別為冶金工業(yè)規劃研究院、泰山鋼鐵）