面對全球氣候變暖的嚴峻挑戰和“雙碳”目標的緊迫要求，先進(jìn)鋼企競相入局氫冶金新賽道。從全世界煉鐵工藝來(lái)看，傳統高爐、熔融還原等工藝的基礎還是煤炭，依靠富氫、煤氣循環(huán)等可以減少碳排放，但改變不了其碳冶金的本質(zhì)。筆者認為，發(fā)展氫基豎爐短流程工藝將是鋼鐵行業(yè)實(shí)現綠色低碳的必然，有望實(shí)現“零碳冶金”。

　　當前，世界各國氫冶金項目增長(cháng)加快，通過(guò)氫冶金生產(chǎn)“綠鋼”或成為未來(lái)新的鋼鐵生產(chǎn)模式。

　　就全球來(lái)看，歐洲是氫冶金的先行區，且基本方向就是應用氫冶金短流程替換高爐長(cháng)流程。其中，瑞典是氫冶金的先鋒隊，最早于2020年8月在呂勒奧投運了世界第一個(gè)全氫的HYBRIT（氫基直接還原鐵）試驗裝置。目前，瑞典新興綠色鋼鐵公司H2 Green Steel正在建設1套250萬(wàn)噸/年純氫的大型綠色鋼鐵工廠(chǎng)，蓋利瓦雷市也將建設1座百萬(wàn)噸級的氫基豎爐項目。據不完全統計，目前正在開(kāi)展的氫冶金項目有：歐洲地區，塔塔鋼鐵荷蘭分公司的氫基豎爐項目、德國薩爾茨吉特集團μDRAL項目；北美地區，安米多法斯科（Dofasco） 鋼廠(chǎng)在加拿大漢密爾頓建設的轉型脫碳項目、SSAB （瑞典鋼鐵公司）正在美國佩里和蒙彼利埃建設零碳排放氫氣直接還原項目 、克利夫蘭·克利夫斯鋼廠(chǎng)在美國米德?tīng)柖氐臍錃庵苯舆€原鐵項目等；亞洲地區，韓國浦項制鐵的HyREX+ESF工藝（基于流化床反應的氫還原鐵技術(shù)+熔分工藝）、日本新日鐵EDRP項目均在研究使用氫氣還原低品位鐵礦石，寶鋼股份與沙特阿美、沙特公共投資基金計劃在沙特共建“直接還原鐵+電爐”工藝的全流程厚板工廠(chǎng)，印度基礎設施和能源集團（Essar Group）計劃在沙特建設綠色鋼鐵廠(chǎng)（GSA），印度金達爾鋼鐵集團正在阿曼建設“hydrogen-ready”綠色鋼鐵廠(chǎng)；非洲地區，納米比亞的HyIron項目正在建設。中東及北非地區，由于有著(zhù)大規模的廉價(jià)天然氣，堪稱(chēng)發(fā)展氫冶金項目的絕佳場(chǎng)地，待戰爭影響消退后，預計將有更多國內外鋼企進(jìn)駐布局。

　　就國內來(lái)看，氫冶金工藝百花齊放，主要有富氫高爐、富氫熔融還原、氫基豎爐、氫基流化床4種工藝。其中，富氫高爐工藝的典型代表是中國寶武八鋼公司的富氫碳循環(huán)氧氣高爐（HyCROF）、河北縱橫的3R碳氫高爐、晉城鋼鐵的燒結和高爐噴吹煤層氣工藝、晉南鋼鐵和昌黎縣興國精密機件有限公司的高爐噴吹氫氣工藝等；富氫熔融還原工藝的代表是建龍集團在內蒙古烏海投建的CISP（非高爐氫基熔融還原）項目，在熔融還原基礎上噴吹焦爐煤氣；氫基豎爐直接還原工藝的典型代表是河鋼集團張宣科技全球首例120萬(wàn)噸“氫基豎爐—近零碳排電弧爐”新型短流程項目，寶鋼股份湛江鋼鐵建設的國內首套單體百萬(wàn)噸級氫基豎爐；氫基流化床工藝的典型代表是鞍鋼鲅魚(yú)圈公司正在建設的全球首套綠氫零碳流化床高效煉鐵新技術(shù)示范項目。

　　整體來(lái)看，國內外均在探索多元化的氫冶金工藝路線(xiàn)。相較之下，國內目前多傾向于保衛高爐派工藝（高爐流程噴吹焦爐煤氣/煤層氣/氫氣、CCUS等），而海外傾向于徹底擺脫高爐派工藝（100%廢鋼+電爐、氫基DRI+電爐/熔分爐等）。在關(guān)鍵的氫能源上，國外傾向于直接使用電解水制氫或初始使用天然氣，再逐步用氫氣替代；國內則傾向于使用焦爐煤氣。從國內外相關(guān)政策來(lái)看，各種工藝均是有效的減碳措施，但隨著(zhù)國內鋼鐵行業(yè)即將納入全國碳排放交易和2026年歐盟碳邊境調節機制（CBAM）的正式實(shí)施，國內傳統長(cháng)流程工藝的鋼鐵生產(chǎn)成本將增加，進(jìn)而失去競爭優(yōu)勢，以氫基豎爐+電爐（DRI+廢鋼）工藝、全廢鋼電爐工藝為代表的短流程工藝即將迎來(lái)發(fā)展的春天。

　　當前，制約氫冶金發(fā)展的限制環(huán)節主要有3個(gè)方面，包括氫氣供應、鋼鐵產(chǎn)能限制和下游“綠鋼”市場(chǎng)尚未形成。

　　第一，氫能源的價(jià)格因素是決定應用規模的主要因素。我國是世界上最大的制氫國，但六成主要來(lái)自煤制氫，其余近四成來(lái)自天然氣和工業(yè)副產(chǎn)，極少來(lái)自電解水制氫。從價(jià)格方面，最低的工業(yè)副產(chǎn)氫成本約為15元/千克，最高的電解水制綠氫成本約為40元/千克。目前，我國電解水制氫還在發(fā)展中，制氫規模尚不足以支持氫冶金工業(yè)發(fā)展，即使使用最便宜的工業(yè)副產(chǎn)氫，也不及長(cháng)流程的成本競爭力。

　　第二，鋼鐵產(chǎn)能置換及購買(mǎi)限制是影響氫冶金工藝推廣的主要因素。目前，我國執行的《鋼鐵行業(yè)產(chǎn)能置換實(shí)施辦法》（工信部原〔2021〕46號）嚴禁鋼鐵行業(yè)新增產(chǎn)能，新建鋼廠(chǎng)必須執行產(chǎn)能置換工作。雖然氫冶金屬于鼓勵類(lèi)，可實(shí)施1∶1的等量置換，但鋼鐵產(chǎn)能主要集中在以長(cháng)流程工藝為主的鋼企，而具有氫氣資源的獨立焦化企業(yè)、具有化工副產(chǎn)氫的企業(yè)需要購買(mǎi)合規產(chǎn)能才能進(jìn)行氫冶金生產(chǎn)，經(jīng)濟壓力較大。

　　以300萬(wàn)噸規模鋼廠(chǎng)實(shí)施產(chǎn)能置換為例。若按1.5∶1置換，新建長(cháng)流程鋼廠(chǎng)產(chǎn)能僅為200萬(wàn)噸，而新建氫冶金鋼廠(chǎng)可實(shí)現1∶1等量置換，產(chǎn)能規模仍為300萬(wàn)噸。如果鋼鐵產(chǎn)能按照均價(jià)500元/噸計算，長(cháng)流程置換后損失100萬(wàn)噸產(chǎn)能，合計約5億元。另外，氫冶金在環(huán)保、節能、節水、節地、降碳等方面也具有較大優(yōu)勢。

　　第三，國內下游“綠鋼”市場(chǎng)尚未形成是限制氫冶金發(fā)展的最主要因素。報道顯示，使用純氫的瑞典綠色鋼鐵公司自2020年成立以來(lái)，與舍弗勒、保時(shí)捷、采埃孚、梅賽德斯-奔馳、Lindab（建筑行業(yè)領(lǐng)導者）等眾多行業(yè)頭部企業(yè)簽訂合作，年產(chǎn)250萬(wàn)噸純氫“綠鋼”被以溢價(jià)20%~30%的價(jià)格預定一空，這也是歐洲企業(yè)積極建設氫冶金項目的緣由。而我國，雖然2022年寶馬與河鋼、北京奔馳與寶鋼先后簽訂了“綠鋼”采買(mǎi)協(xié)議，但絕大多數下游企業(yè)尚未提出“綠鋼”需求，且存在大量的反感或質(zhì)疑聲音，部分企業(yè)對歐美“綠鋼”政策實(shí)施持觀(guān)望態(tài)度。因此，國內的“綠鋼”推進(jìn)存在一定延遲。

　　當前，依靠技術(shù)創(chuàng )新驅動(dòng)低碳轉型，布局低碳冶金技術(shù)，開(kāi)發(fā)低碳排放鋼，已成為鋼鐵行業(yè)綠色發(fā)展和鋼鐵行業(yè)轉型升級的關(guān)鍵，而氫冶金無(wú)疑將是重中之重。那么，面對上述發(fā)展難點(diǎn)，我國氫冶金發(fā)展應如何“破冰”？筆者認為，應從政策側、原料側、生產(chǎn)側、需求側、金融側等方面協(xié)同發(fā)力。

　　政策側，一是鼓勵對發(fā)展氫冶金的企業(yè)給予產(chǎn)能政策傾斜。日前，相關(guān)部委正組織開(kāi)展低碳冶金技術(shù)攻關(guān)嘗試，對遴選出的千萬(wàn)噸級鋼鐵企業(yè)實(shí)施5年延緩產(chǎn)能置換。各地方政府也應積極推動(dòng)“僵尸企業(yè)”破產(chǎn)重整，以及裝備老舊的落后產(chǎn)能等與氫氣資源相結合，最大化發(fā)揮資源優(yōu)勢和市場(chǎng)價(jià)值。二是建議政府增加用氫補貼。2022年，美國政府通過(guò)的《通脹削減法案》提出，將為低碳氫氣提供每千克0.6美元~3美元的補貼；歐盟針對氫能全產(chǎn)業(yè)鏈制定明確的發(fā)展規劃并細化配套政策，如補貼規則、可再生氫定義、碳關(guān)稅等，加速氫能產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程。日前，西班牙、印度、荷蘭、智利、德國、澳大利亞、日本先后發(fā)布針對綠氫的補貼政策，謀求在全球競爭中保持戰略?xún)?yōu)勢。雖然國內很多地方政府也推出用氫補貼，但最高不超過(guò)1000萬(wàn)元，對于大規模用氫的鋼鐵行業(yè)來(lái)說(shuō)，這無(wú)異于杯水車(chē)薪。

　　能源側，第一，發(fā)展焦爐煤氣豎爐氫冶金是我國現階段解決鋼鐵減碳問(wèn)題最具競爭力的技術(shù)路線(xiàn)。目前，以焦爐煤氣為氣源的豎爐氫冶金工程已經(jīng)在張宣科技應用滿(mǎn)1年。據了解，我國富氫的焦爐煤氣年產(chǎn)能超1000萬(wàn)噸，氫氣含量在55%~60%，僅需簡(jiǎn)單預凈化處理后即可為氫冶金工藝使用。根據測算，如果這些焦爐煤氣全部用于氫冶金，大約可支持1.5億噸的綠色直接還原鐵產(chǎn)能。焦爐煤氣豎爐氫冶金短流程與同規模長(cháng)流程相比，可減碳約70%。

　　第二，鼓勵有綠氫、綠電資源的地方率先進(jìn)行綠色氫冶金，帶動(dòng)全行業(yè)綠色低碳發(fā)展。我國可再生能源裝機量已成為全球第一，西北和北部（風(fēng)能、太陽(yáng)能可開(kāi)發(fā)潛力巨大）、西南部（水電制氫潛力巨大）和東南沿海（風(fēng)電+海水制氫開(kāi)發(fā)前景廣闊）地區在綠氫供給上各具優(yōu)勢，未來(lái)將有巨大潛力。目前，綠氫制備成本高達40元/千克左右，但技術(shù)發(fā)展迅速，專(zhuān)家預測我國綠氫成本到2025年有望達到20元/千克、2035年有望達到15元/千克、2050年有望達到10元/千克。當綠氫價(jià)格達15元/千克（不考慮碳稅影響）時(shí)，使用綠氫、綠電的純氫冶金短流程將突破目前較長(cháng)流程工藝的競爭力劣勢。

　　生產(chǎn)側，建議鋼企強化高端“綠鋼”的品牌建設。氫冶金電爐短流程生產(chǎn)高端綠色優(yōu)特鋼，是鋼鐵行業(yè)推進(jìn)新質(zhì)生產(chǎn)力建設的必要路徑，應借鑒歐美做法，在“雙碳”新戰場(chǎng)上開(kāi)辟高端“綠鋼”新賽道。值得注意的是，完全使用以廢鋼為原料的電爐煉鋼時(shí)，鋼水中會(huì )累積產(chǎn)生Cu、Sn、As、Pb等有害元素，影響電爐鋼質(zhì)量和高端品種鋼開(kāi)發(fā)，而高品質(zhì)直接還原鐵作為稀釋劑與廢鋼搭配，可以改善和增強鋼的物理性質(zhì)，使電爐可以生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)特鋼。

　　需求側，建議對建筑、汽車(chē)、家電等下游行業(yè)優(yōu)先考核碳排放，同時(shí)，對全民進(jìn)行綠色低碳產(chǎn)品應用普及，以擴大市場(chǎng)需求，促進(jìn)工藝提升。目前，僅寶馬、奔馳等合資公司對“綠鋼”提出需求，絕大多數鋼鐵用戶(hù)尚未部署綠色產(chǎn)品，對國家整體“雙碳”戰略實(shí)施不利。

　　金融側，建議對氫冶金企業(yè)強化金融支持?！案郀t+燒結+焦化”長(cháng)流程的投資強度僅為1000元/噸鐵左右，而完整氫冶金工程噸鐵投資強度近2000元，且未來(lái)通過(guò)提高技術(shù)降低投資的幅度也有限。因此，如果將氫冶金工程與金融市場(chǎng)相結合，解決氫冶金投資大的問(wèn)題，其發(fā)展步伐將加快。

　　綜合來(lái)看，氫冶金項目仍是最具發(fā)展前景的綠色低碳鋼鐵制造工藝路線(xiàn)。雖面臨一些發(fā)展中的問(wèn)題，但有望在發(fā)展中解決。（趙志龍 樊三彩）