氫氣已經成為世界各國鋼鐵企業減少碳排放的主要途徑。全球各大鋼鐵企業為實現碳達峰、碳中和目標，正廣泛開展氫還原工藝研究和中試，探索氫冶金替代傳統高爐的碳還原工藝。圍繞氫冶金工藝應用，離不開氫氣的製取、儲運、應用三大環節。

　　其中
，氫氣的經濟化、大(da)規(gui)模(mo)生(sheng)產(chan)是(shi)氫(qing)氣(qi)在(zai)氫(qing)冶(ye)金(jin)中(zhong)實(shi)現(xian)規(gui)模(mo)應(ying)用(yong)的(de)關(guan)鍵(jian)環(huan)節(jie)，存(cun)儲(chu)運(yun)輸(shu)則(ze)是(shi)連(lian)接(jie)氫(qing)氣(qi)生(sheng)產(chan)端(duan)與(yu)需(xu)求(qiu)端(duan)的(de)關(guan)鍵(jian)橋(qiao)梁(liang)。接(jie)下(xia)來(lai)，筆(bi)者(zhe)從(cong)氫(qing)氣(qi)的(de)製(zhi)取(qu)和(he)儲(chu)運(yun)這(zhe)兩(liang)個(ge)環(huan)節(jie)出(chu)發(fa)
，介(jie)紹(shao)當(dang)前(qian)國(guo)際(ji)上(shang)氫(qing)冶(ye)金(jin)技(ji)術(shu)的(de)幾(ji)種(zhong)核(he)心(xin)工(gong)藝(yi)技(ji)術(shu)及(ji)應(ying)用(yong)現(xian)狀(zhuang)。

　　氫氣製取工藝路徑及應用現狀

　　氫冶金核心是氫直接還原鐵工藝，鋼鐵企業目前正在探索和應用的製氫方式主要包括以下幾種。

　　●電解水製氫

　　在由電極、電dian解jie質zhi與yu隔ge膜mo組zu成cheng的de電dian解jie槽cao中zhong
，在zai電dian解jie質zhi水shui溶rong液ye中zhong通tong入ru電dian流liu
，水shui電dian解jie後hou，在zai陰yin極ji產chan生sheng氫qing氣qi，在zai陽yang極ji產chan生sheng氧yang氣qi。電dian解jie水shui製zhi氫qing耗hao電dian量liang大da，成cheng本ben高gao。目mu前qian，堿jian性xing電dian解jie水shui製zhi氫qing（ALK）、陰離子交換膜電解水製氫（AEM）、質子交換膜電解水製氫（PEM）、固體氧化物電解水製氫（SOEC）是國際上主流的電解製氫工藝。其中，堿性電解水製氫技術最為成熟
，已能夠實現大規模製氫應用。PEM製氫占地麵積較小，與可再生能源的適配度更高。SOEC製氫的主要特點是工作溫度高
、效率高
、用蒸汽替代液態水
，且可以反向運作
，充當燃料電池。

　　●化石燃料重整製氫

　　化石燃料主要指天然氣、石(shi)油(you)和(he)煤(mei)

，其(qi)他(ta)還(hai)有(you)頁(ye)岩(yan)氣(qi)和(he)可(ke)燃(ran)冰(bing)等(deng)，其(qi)主(zhu)要(yao)成(cheng)分(fen)是(shi)甲(jia)烷(wan)。甲(jia)烷(wan)水(shui)蒸(zheng)氣(qi)重(zhong)整(zheng)製(zhi)氫(qing)是(shi)目(mu)前(qian)采(cai)用(yong)最(zui)多(duo)的(de)製(zhi)氫(qing)技(ji)術(shu)。在(zai)高(gao)溫(wen)高(gao)壓(ya)下(xia)，甲(jia)烷(wan)和(he)水(shui)蒸(zheng)氣(qi)反(fan)應(ying)
，生(sheng)成(cheng)含(han)有(you)氫(qing)氣(qi)和(he)一(yi)氧(yang)化(hua)碳(tan)的(de)合(he)成(cheng)氣(qi)

，再(zai)提(ti)純(chun)出(chu)氫(qing)氣(qi)。這(zhe)種(zhong)方(fang)法(fa)製(zhi)取(qu)的(de)氫(qing)氣(qi)量(liang)大(da)
，但(dan)會(hui)產(chan)生(sheng)二(er)氧(yang)化(hua)碳(tan)等(deng)溫(wen)室(shi)氣(qi)體(ti)。

　　●生物質製氫

　　shengwuzhizhiqingshizhitongguoqihuaheweishengwucuihuatuoqingfangfazhiqing，shizaishenglidaixieguochengzhongchanshengfenziqingguochengdetongcheng。zhezhongfangfaliyongkezaishengdeshengwuziyuan，danjishuhaibuchengshu

，chanliangdi、成本高。

　　●新型製氫方法

　　新型製氫方法包括光化學製氫、熱化學製氫、太陽能光催化分解水製氫等技術。這些方法利用了太陽能等清潔能源，但目前還處於實驗和開發階段
，尚未達到工業規模製氫要求。

　　目前，我國製氫的主要方式是化石燃料製氫，這種方法成本低、產量大。為了實現低碳、清潔、高效的製氫目標


，鋼鐵企業都在探索采用可再生能源電解水製氫技術
，這種技術利用風能、太(tai)陽(yang)能(neng)等(deng)清(qing)潔(jie)能(neng)源(yuan)通(tong)過(guo)電(dian)解(jie)將(jiang)水(shui)分(fen)解(jie)為(wei)氫(qing)氣(qi)和(he)氧(yang)氣(qi)
，製(zhi)氫(qing)過(guo)程(cheng)沒(mei)有(you)二(er)氧(yang)化(hua)碳(tan)排(pai)放(fang)
，也(ye)不(bu)消(xiao)耗(hao)化(hua)石(shi)能(neng)源(yuan)，因(yin)此(ci)是(shi)一(yi)種(zhong)綠(lv)色(se)氫(qing)氣(qi)生(sheng)產(chan)方(fang)式(shi)，產(chan)生(sheng)的(de)氫(qing)氣(qi)也(ye)被(bei)稱(cheng)為(wei)“綠氫”。

　　可再生能源電解水製氫技術也麵臨著一些挑戰和難題，如電解效率、電解設備、電力供應、氫氣儲運等方麵需要進一步提高和完善。根據國際能源署研究，中東、非洲
、中國、澳大利亞和南美洲等地最有希望成為綠氫集中生產基地。這些地方擁有豐富的可再生能源
、便利的運輸條件。

　　電解水製氫成本一般包括設備成本、原料成本（水）

、能源成本（電力）及其他運營成本。其中，能源成本即電力成本所占比例最大，一般為40%～60%，電力成本主要受能源轉化效率（即電解製氫效率）因素影響。

　　據2020年國際可再生能源機構（IRENA）測算，當電價下降到20美元/兆瓦時（0.13元/千瓦時）時shi，製zhi氫qing成cheng本ben大da幅fu下xia降jiang，且qie下xia降jiang幅fu度du明ming顯xian大da於yu由you於yu電dian解jie槽cao設she備bei成cheng本ben降jiang低di帶dai來lai的de成cheng本ben下xia降jiang幅fu度du，即ji設she備bei成cheng本ben的de降jiang低di不bu能neng彌mi補bu高gao電dian價jia帶dai來lai的de影ying響xiang。在zai我wo國guo
，隻zhi有you當dang製zhi氫qing成cheng本ben降jiang至zhi20元/千克以下時，相比於化石燃料製氫
，電解水製氫才具有一定的競爭優勢，此時可再生能源電價需降低至0.3元/千瓦時以下。

　　歐盟的目標是在2030年綠氫供應量達到2000萬噸，其中1000萬噸在歐盟境內生產，1000萬噸依靠進口。為此

，2030年，歐洲需要有100吉瓦的電解槽產能，才能滿足1000萬噸氫氣生產需求。

　　截至2022年7月底，卡塔爾的堿性電解水製氫成本為2.59美元/千克，沙特阿拉伯為3.20美元/千克
，阿曼為3.55美元/千克
，阿拉伯聯合酋長國為5.14美元/千克。質子交換膜電解水製氫（PEM）成本通常比堿性電解水製氫成本高出約1美元/千克。由蒸汽甲烷重整（SMR）和碳捕獲與儲存（CCS）聯合生產的藍氫在中東地區的價格約為7美元/千克。根據中東和北非地區的可用產能，到2050年，生產成本低於1美元/千克的綠氫是可以實現的。

　　氫氣儲運方式及成本對比

　　氫儲運成本目前占終端氫氣價格的30%左右，經濟、高效
、安全的儲運技術氫氣大規模應用的製約因素之一。

　　根據氫氣的運輸形態，可以分為氣態、液態和固態等形式運輸。從運輸工具來分，可以通過管道、輪船或卡車3種(zhong)載(zai)體(ti)運(yun)輸(shu)。長(chang)距(ju)離(li)運(yun)輸(shu)主(zhu)要(yao)通(tong)過(guo)新(xin)建(jian)或(huo)改(gai)造(zao)後(hou)的(de)海(hai)底(di)輸(shu)氫(qing)管(guan)道(dao)進(jin)行(xing)大(da)規(gui)模(mo)氫(qing)氣(qi)運(yun)輸(shu)，比(bi)航(hang)運(yun)更(geng)具(ju)經(jing)濟(ji)性(xing)。在(zai)沒(mei)有(you)管(guan)道(dao)的(de)情(qing)況(kuang)下(xia)，目(mu)前(qian)主(zhu)要(yao)以(yi)液(ye)氫(qing)和(he)氨(an)等(deng)形(xing)式(shi)儲(chu)存(cun)
，采(cai)用(yong)船(chuan)舶(bo)進(jin)行(xing)遠(yuan)距(ju)離(li)運(yun)輸(shu)。2023年9月份
，韓國浦項與美國製氨公司CF工業控股合作生產藍氨

，也是采用氨將綠色氫氣運往韓國。

　　從經濟性方麵來講，運輸氫氣的成本與氫的需求量有關，運量和運距決定氫氣儲運的方式。

　　采用哪種運輸方式，與運輸距離
、運輸規模
、氫的應用場景等有關，需要做全流程的設計和經濟性測算。單從運距角度考慮，管道輸氫在各運輸範圍內的成本最低，在500千米以內，長管拖車輸氫成本低於低溫液氫運輸成本；超過500千(qian)米(mi)

，低(di)溫(wen)液(ye)氫(qing)運(yun)輸(shu)更(geng)具(ju)成(cheng)本(ben)優(you)勢(shi)。目(mu)前(qian)

，氫(qing)能(neng)產(chan)業(ye)仍(reng)處(chu)於(yu)初(chu)期(qi)發(fa)展(zhan)階(jie)段(duan)，結(jie)合(he)實(shi)際(ji)氫(qing)運(yun)量(liang)及(ji)實(shi)現(xian)各(ge)儲(chu)運(yun)方(fang)式(shi)所(suo)需(xu)的(de)條(tiao)件(jian)，長(chang)管(guan)拖(tuo)車(che)輸(shu)氫(qing)是(shi)氫(qing)能(neng)發(fa)展(zhan)初(chu)期(qi)階(jie)段(duan)氫(qing)儲(chu)運(yun)高(gao)性(xing)價(jia)比(bi)之(zhi)選(xuan)。

　　●氣態氫的拖車運輸

　　由於氫氣密度較小、液化溫度較低
、wendingxingchadengtexing
，chuyunqingdenandujiaoda。muqianguoneigaoyaqitaichuqingjishuxiangduichengshu，zaichengbenfangmianjubeiyoushi，shixianjieduanzhuyaodeqingqichuyunfangshi。shoujishuhechengbenduandezhiyue，diwenyetai
、固態等其他儲氫技術僅有少量應用，總占比不到0.1%。

　　高壓氣態儲氫為短距離運輸的主流選擇。目前鋼鐵行業對儲氫技術的核心要求為安全、大容量、低成本。高壓氣態儲氫操作簡單、成本較低

、技(ji)術(shu)成(cheng)熟(shu)
，但(dan)由(you)於(yu)壓(ya)力(li)較(jiao)大(da)，存(cun)在(zai)一(yi)定(ding)的(de)安(an)全(quan)隱(yin)患(huan)
，並(bing)且(qie)儲(chu)氫(qing)密(mi)度(du)較(jiao)小(xiao)使(shi)得(de)儲(chu)氫(qing)效(xiao)率(lv)較(jiao)低(di)。低(di)溫(wen)液(ye)態(tai)儲(chu)氫(qing)在(zai)儲(chu)氫(qing)密(mi)度(du)上(shang)具(ju)有(you)優(you)勢(shi)
，體(ti)積(ji)密(mi)度(du)為(wei)80兆帕下高壓氣態儲氫的2倍多，但製冷耗能大、儲存成本過高。

　　氫(qing)氣(qi)的(de)短(duan)距(ju)離(li)異(yi)地(di)運(yun)輸(shu)主(zhu)要(yao)通(tong)過(guo)集(ji)裝(zhuang)管(guan)束(shu)運(yun)輸(shu)車(che)進(jin)行(xing)。集(ji)裝(zhuang)管(guan)束(shu)運(yun)輸(shu)車(che)由(you)大(da)容(rong)積(ji)無(wu)縫(feng)鋼(gang)瓶(ping)組(zu)成(cheng)容(rong)器(qi)主(zhu)體(ti)，鋼(gang)瓶(ping)由(you)瓶(ping)體(ti)兩(liang)端(duan)的(de)支(zhi)撐(cheng)板(ban)固(gu)定(ding)在(zai)框(kuang)架(jia)中(zhong)構(gou)成(cheng)集(ji)裝(zhuang)管(guan)束(shu)。製(zhi)氫(qing)廠(chang)製(zhi)得(de)的(de)氫(qing)氣(qi)在(zai)通(tong)過(guo)壓(ya)縮(suo)機(ji)高(gao)壓(ya)壓(ya)縮(suo)後(hou)儲(chu)存(cun)在(zai)儲(chu)氫(qing)瓶(ping)中(zhong)，然(ran)後(hou)由(you)載(zai)有(you)6個～10個大容積儲氫瓶的長管拖車運輸。因為氫氣密度小，而儲氫壓力容器自重大
，所以最終拖車所運氫氣的質量隻占總運輸質量的1%～2%，運輸量為260千克/車～460千克/車。長管拖車目前隻適用於運輸距離較近、輸送量較低的運輸場景。

　　高壓氫氣必須經過兩次壓縮。第一次壓縮是給槽車氫罐充裝氫氣，通常壓力不超過30兆帕。第二次壓縮是在加氫站
，為了給車載氫罐充氫，需要進一步壓縮至超過氫罐壓力。

　　●液態氫的車船運輸

　　低di溫wen液ye態tai儲chu氫qing是shi將jiang液ye化hua氫qing氣qi儲chu存cun到dao絕jue熱re真zhen空kong容rong器qi中zhong，相xiang比bi於yu高gao壓ya氣qi態tai儲chu氫qing
，低di溫wen液ye態tai儲chu氫qing質zhi量liang密mi度du更geng大da
，儲chu存cun氫qing氣qi的de純chun度du更geng高gao。低di溫wen液ye態tai儲chu氫qing需xu要yao使shi用yong具ju有you良liang好hao絕jue熱re性xing能neng的de液ye氫qing儲chu罐guan，並bing配pei有you嚴yan格ge的de絕jue熱re方fang案an與yu冷leng卻que設she備bei。液ye化hua氫qing氣qi的de能neng耗hao較jiao大da，使shi得de低di溫wen液ye態tai儲chu氫qing成cheng本ben較jiao高gao。低di溫wen液ye化hua儲chu氫qing的de單dan位wei成cheng本ben為wei高gao壓ya氣qi態tai儲chu氫qing單dan位wei成cheng本ben的de2倍左右。

　　液氫運輸是一種既能滿足較大輸氫量，又比較快速
、經濟的運氫方法。液態氫的體積是氣態氫的1/800。液化氫可大幅提高氫的儲運效率，運輸、儲存容器需使用特殊合金和碳纖維增強樹脂等。

　　●氫氣管網輸送

　　與氫的車船運輸相比，管網輸送氫氣是最經濟

、最節能的大規模長距離輸送氫氣的方式。氣態氫的管網輸送方法主要包括純氫氣的管網輸送和氫與天然氣混合氣的管網輸送兩種。

　　使用已有管網輸送氫氣是低成本

、長距離輸送大量氫氣的優選方法之一。直接把天然氣管網變為氫與天然氣混合氣（含氫約15%），僅需對原有管網進行適當的改造即可。輸送純氫，則需要對原天然氣管網進行實質性的改造
，包括材料和重要部件的更換
、安全性措施升級等。

　　隨著未來氫氣需求的不斷增加，管道運氫是實現大規模、長距離輸氫的主要方式。管道儲氫相較於長管拖車具有運輸體量大、距離遠、能耗損失少、經濟高效等多重優勢。但其鋪設難度大、投資成本較高。

　　為了滿足大規模綠氫應用需求，德國薩爾茨吉特
、蒂(di)森(sen)克(ke)虜(lu)伯(bo)及(ji)安(an)賽(sai)樂(le)米(mi)塔(ta)爾(er)德(de)國(guo)公(gong)司(si)開(kai)始(shi)規(gui)劃(hua)建(jian)設(she)從(cong)港(gang)口(kou)到(dao)鋼(gang)鐵(tie)工(gong)業(ye)區(qu)的(de)管(guan)網(wang)，將(jiang)海(hai)上(shang)風(feng)力(li)發(fa)電(dian)場(chang)電(dian)解(jie)製(zhi)取(qu)的(de)氫(qing)氣(qi)或(huo)進(jin)口(kou)的(de)氫(qing)氣(qi)采(cai)用(yong)管(guan)網(wang)穩(wen)定(ding)快(kuai)速(su)輸(shu)送(song)到(dao)鋼(gang)鐵(tie)生(sheng)產(chan)廠(chang)。

　　此外，新建的氫冶金項目，例如HYBRIT和H2 Green Steel項目都在項目場地附近建設綠色製氫設施。為了保障氫氣供應的穩定性

，HYBRIT項目還利用合作方的礦洞建設儲氫點。

　　資源稀缺的鋼鐵企業
，則選擇在可再生能源豐富的地區投資建設綠色電解製氫廠，例如浦項在澳大利亞
、中東等地區開發綠氫資源，後期采用氨運輸氫氣，以滿足國內生產需要。