隨sui著zhe我wo國guo鋼gang材cai消xiao費fei進jin入ru平ping穩wen期qi，對dui應ying的de鋼gang鐵tie產chan出chu也ye會hui進jin入ru平ping穩wen甚shen至zhi是shi減jian量liang時shi期qi。對dui於yu鋼gang鐵tie行xing業ye來lai說shuo
，麵mian臨lin最zui大da的de挑tiao戰zhan是shi碳tan中zhong和he。目mu前qian，以yi碳tan冶ye金jin和he鐵tie礦kuang石shi為wei基ji礎chu的de高gao爐lu—轉(zhuan)爐(lu)長(chang)流(liu)程(cheng)在(zai)我(wo)國(guo)鋼(gang)鐵(tie)產(chan)業(ye)結(jie)構(gou)中(zhong)占(zhan)主(zhu)導(dao)地(di)位(wei)。其(qi)中(zhong)
，高(gao)爐(lu)煉(lian)鐵(tie)是(shi)二(er)氧(yang)化(hua)碳(tan)排(pai)放(fang)量(liang)最(zui)大(da)的(de)工(gong)序(xu)
，約(yue)占(zhan)整(zheng)個(ge)鋼(gang)鐵(tie)生(sheng)產(chan)流(liu)程(cheng)二(er)氧(yang)化(hua)碳(tan)排(pai)放(fang)總(zong)量(liang)的(de)70%～90%。因yin此ci，要yao想xiang實shi現xian碳tan中zhong和he，對dui傳chuan統tong的de碳tan冶ye金jin技ji術shu進jin行xing革ge新xin是shi必bi由you之zhi路lu。氫qing能neng被bei視shi為wei最zui具ju發fa展zhan潛qian力li的de清qing潔jie能neng源yuan
，將jiang氫qing氣qi用yong於yu鋼gang鐵tie生sheng產chan的de變bian革ge性xing技ji術shu——氫冶金
，是鋼鐵產業優化能源結構、實現碳中和的最有效途徑之一。

　　日前，自然資源保護協會（NRDC）發布了《麵向碳中和的氫冶金發展戰略研究》（以下簡稱《報告》），提出了從現階段到2060年我國氫冶金發展的路線圖。

　　對於如何支持和發展氫冶金，國家早已經進行了頂層設計。2022年3月23日，國家發展改革委發布的《氫能產業發展中長期規劃（2021—2035年）》提出，逐步探索工業領域氫的替代應用
，不斷提升氫能利用經濟性，拓展清潔低碳氫能在化工行業的替代應用空間。2022年2月7日
，工信部、國家發展改革委
、生態環境部聯合發布《關於促進鋼鐵工業高質量發展的指導意見》，提出將製訂氫冶金行動方案，加快推進低碳冶煉技術研發應用。到2025年，鋼鐵行業研發投入強度力爭達到1.5%，氫冶金
、低碳冶金等先進工藝技術取得突破。工信部、國家發展改革委、生態環境部發布的《工業領域碳達峰實施方案》也提出
，要推動綠色低碳技術研發取得重大突破：部署工業低碳前沿技術研究，實施低碳零碳工藝流程再造工程，研究實施氫冶金行動計劃；布局“減碳去碳”基礎零部件、基礎工藝
、關鍵基礎材料、低碳顛覆性技術研究，突破推廣一批高效儲能、能源電子
、氫能、碳捕集利用封存、溫和條件二氧化碳資源化利用等關鍵核心技術。2022年生態環境部牽頭出台的《減汙降碳協同增效實施方案》也強調，要加強協同技術研發應用，加強氫能冶金等技術試點應用


，加強減汙降碳協同增效基礎科學和機理研究
，在大氣汙染防治

、碳達峰碳中和等國家重點研發項目中設置研究任務，建設一批相關重點實驗室，部署實施一批重點創新項目。

　　從行業的角度看
，2022年8月份，中國鋼鐵工業協會召開了鋼鐵行業低碳工作推進委員會2022年年會，會上發布的《鋼鐵行業碳中和願景和低碳技術路線圖》中，提出了富氫或全氫的直接還原、富氫碳循環高爐和氫基熔融還原這3個目前主要氫冶金技術方向。2021年科技部編製了“雙碳”目標下的技術路線
，包括減少碳排放和增加碳吸收兩條主線。減少碳排放有3條路線，即能源結構調整
、重點領域減排和金融減排支持。其中，在能源結構調整方麵，主要是減少化石能源使用
、提高利用效率和增加清潔能源使用；在重點領域減排方麵
，氫能冶煉、氧氣高爐和非高爐冶煉是製造領域中鋼鐵冶煉行業減少含碳能源使用的技術路徑。

　　有了國家、行業層麵的頂層設計，氫冶金的發展路線越來越明確，以低碳為目標的氫冶金風頭正勁。

　　目前，全世界主要鋼鐵生產國都在致力於探索“以氫代碳”的氫冶金技術，並在“以氣代焦”的技術基礎上，逐漸提高還原氣中氫氣的比例，推動富氫還原逐步向全氫還原工藝發展。目前主流的氫冶金技術路線為高爐富氫冶煉

、氫基直接還原、氫基熔融還原3種。

　　高(gao)爐(lu)富(fu)氫(qing)冶(ye)煉(lian)是(shi)向(xiang)高(gao)爐(lu)內(nei)噴(pen)吹(chui)焦(jiao)爐(lu)煤(mei)氣(qi)或(huo)天(tian)然(ran)氣(qi)等(deng)富(fu)氫(qing)氣(qi)體(ti)進(jin)行(xing)輔(fu)助(zhu)冶(ye)煉(lian)。目(mu)前(qian)該(gai)還(hai)原(yuan)技(ji)術(shu)趨(qu)於(yu)成(cheng)熟(shu)並(bing)得(de)以(yi)工(gong)業(ye)化(hua)應(ying)用(yong)。高(gao)爐(lu)富(fu)氫(qing)冶(ye)煉(lian)由(you)於(yu)改(gai)造(zao)成(cheng)本(ben)較(jiao)低(di)
、富氫氣體易獲取、可操作性強
，被認為是現階段從碳冶金到氫冶金的重要過渡路線。一般認為，高爐富氫還原的潛在碳減排幅度為10%～30%，碳減排潛力有限，並不能實現“近零碳排放”。目前，高爐富氫冶煉的工藝示範通常采用易獲得的富氫焦爐煤氣或者提純後的氫氣（所謂“灰氫”）。焦爐煤氣是煉焦工序的副產氣體
，氫氣含量在60%以上。長流程煉鋼自身就可以在煉焦過程生產足夠的氫氣支撐其富氫冶金
，所以不會額外增加碳排放。隨著綠氫（可再生能源或其他非化石能源製氫）製備規模化和成本的持續降低，高爐富氫冶煉也可以逐步使用更多的綠氫。

　　《報告》認為
，氫基直接還原技術有望在2040年後大規模推廣
，先決條件是綠氫產業鏈的發展，包括綠色
、經濟、大規模氫源的獲取，氫氣長距離的安全儲存運輸，氫源供需的合理配置等。

　　在高爐富氫冶煉方麵，目前主要有日本於2008年啟動的環境和諧型煉鐵工藝技術開發項目（COURSE50）、韓國於2017年12月份啟動的“以高爐副產煤氣製備氫氣實現碳減排技術”（COOLSTAR）課題、德國蒂森克虜伯鋼鐵公司於2019年啟動的“以氫代煤”項目、中國寶武以新疆八鋼原有高爐為基礎的富氫碳循環氧氣高爐（HyCROF）以及興國精密與上海大學合作開發的氫冶金低碳技術研發係統。

　　在氫基直接還原方麵，目前主要有日本神戶製鋼基於MIDREX（直接還原煉鐵法）工藝的氫直接還原鐵項目、瑞典鋼鐵公司的突破性氫能煉鐵（HYBRIT）豎爐項目
、德國薩爾茨吉特公司（Salzgitter）的名為SALCOS的低碳煉鋼改造項目，以及中國的河鋼氫冶金示範項目、中晉冶金豎爐項目（CSDRI）、中國寶武湛江氫基豎爐項目。

　　此外，在氫基熔融還原方麵，目前主要有奧地利聯合鋼鐵集團的名為H2FUTURE的綠氫項目

、中國建龍集團在內蒙古烏海的賽思普科技氫基熔融還原流程（CISP）項目。

　　中國鋼鐵行業對氫冶金技術進行了大量研究和探索
，覆蓋了高爐富氫
、氫基直接還原
、氫基熔融還原等主流技術，且在理論和實踐上都已取得了顯著進展。值得一提的是
，以氫作為大工業生產能源應用的第一例——河鋼全球首例120萬噸氫冶金示範工程
，實現安全順利連續生產綠色DRI（直接還原鐵）chanpin，kezuoweigaoduancailiaozhizaogaopinzhijiejingyuanliao，biaozhizhegongchengyiqiqudeyuanmanchenggong。gaigongchengzaiquanqiushoucicaiyongleyijiaolumeiqiweihaiyuanqitidegaoyashululingzhongzhengqingyejinjishu，gongyiqitizhongqingtanbigaoda8∶1以上，綠色高純直接還原鐵金屬化率達到94%以上
，達到國際一類標準，相比同等高爐長流程生產每年可減少二氧化碳排放80萬噸，減排比例達到70%。

　　此外，寶武八鋼全氧富氫碳循環高爐在400立方米試驗爐上進行試驗性研究，目前已經取得重大突破。今年6月份，寶鋼股份發布了相應報告，預計該技術將在其2500立方米高爐上應用
，實現階段性減碳18%的目標。中國鋼鐵行業在氫冶金技術領域的實踐為推動整個行業技術進步，乃至全球鋼鐵行業低碳轉型都做出了突出的貢獻。

　　從國外來看
，目前氫冶金技術進展較快。早在2004年，歐盟就設立ULCOS（超低二氧化碳煉鋼）項目，目標是使歐盟噸鋼二氧化碳排放量降低至少50%，包括高爐爐頂煤氣循環（TGRBF）、先進直接還原工藝（ULCORED）、新興熔融還原工藝（Hisarna）和電解鐵礦石工藝4個技術路線。2008年
，日本啟動COURSE50項目，關鍵技術是以氫代碳還原煉鐵法
、二氧化碳分離和回收。2016年瑞典發起鋼鐵工業零碳排放倡議，開始推進氫基直接還原鐵HYBRIT項目建設，用氫氣替代高爐用煤粉和焦炭。

　　在2023年6月13日—16日舉行的第六屆歐洲鋼鐵技術與應用日（ESTAD）與國際冶金技術展（METEC）上
，相關鋼鐵企業和研究機構介紹了低碳冶金工藝技術研發的最新進展。

　　●蒂森克虜伯的氫基直接還原工藝：在直接還原鐵廠中使用氫氣將鐵礦石還原為海綿鐵
，然後通過熔煉爐生產出鐵水。

　　●薩爾茨吉特SALCOS項目：使用采用新能源的直接還原設備，將氫和甲烷作為還原劑，排放的是水和二氧化碳，並使用DRI對接EAF（電弧爐）和二次精煉的工藝路線。

　　●塔塔鋼鐵艾默伊登廠的清潔、綠色和循環生產流程：塔塔鋼鐵通過環境路線圖和H2eraCless項目，在環保、綠色氫基煉鋼，副產物內部處理及循環利用
，增加廢鋼用量等方麵進行了研究。

　　●浦項氫基煉鐵工藝：浦項開發了名為HyREX的工藝，基於流化床反應器生產直接還原鐵。通過氫氣還原反應，可以將鐵礦石還原為高金屬化率的直接還原鐵。HyREX工藝中氫氣的使用量為25%，其他氣體如一氧化碳的使用量為75%。浦pu項xiang通tong過guo氫qing氣qi的de循xun環huan利li用yong來lai提ti高gao工gong藝yi效xiao率lv和he能neng源yuan利li用yong率lv，廢fei氣qi中zhong的de氫qing氣qi被bei回hui收shou並bing被bei再zai利li用yong
，降jiang低di了le對dui新xin氫qing氣qi的de需xu求qiu，並bing減jian少shao了le能neng源yuan消xiao耗hao。

　　●瑞典H2 Green Steel項目：H2 Green Steel項目於2021年成立，計劃於2025年在瑞典博登投產。該項目將利用瑞典北部的可再生電力

、大規模的綠色氫電解裝置、直接還原豎爐和現代化鋼鐵廠，生產高端綠色鋼材。該項目計劃在2026年將產能提升至250萬噸/年
，項目二期將產能擴大至500萬噸/年。

　　●達涅利推動鋼鐵生產轉型
，實現零排放：通過使用天然氣/氫基工藝及CCUS（碳捕獲
、利用與封存）技術實現碳減排
；下一代高爐和轉爐廠采用可持續技術，如高效冷卻和過濾係統、頂燃熱風係統、智能自動化和網絡化控製係統
；ENERGIRON工藝技術在直接還原鐵的質量和碳排放方麵已取得重要突破，單一工廠產能規模可達250萬噸/年，適用於任何還原氣體的工藝方案。

　　●西馬克集團：包括利用氫氣進行直接還原

、向現有高爐注入氫氣或熱合成氣體以減少碳排放、回收利用金屬材料等；運用數字化工具和方法，擴展客戶服務，並顯著減少整個工廠的能源消耗

；實施H2 Green Steel項目

，100%使用氫氣生產直接還原鐵；開發新型高爐，這種新型高爐具有高達70%的二氧化碳減排潛力。

　　《報告》經過研究認為
，綠色經濟化製氫和安全規模化用氫是發展氫冶金的關鍵因素之一。

　　首先
，要想實現“以氫代碳”的富氫或全氫冶金，大規模經濟化的氫源是基礎。《氫能產業發展中長期規劃（2021年—2035年）》提出氫能的發展目標：到2025年，可再生能源製氫量達到10萬噸/年～20萬噸/年
；到2030年，形成較為完備的氫能產業技術創新體係、清潔能源製氫及供應體係；到2035年，形成氫能產業體係。

　　目前我國氫氣產量約為3300萬噸/年，主要以化石能源製氫和工業副產氫為主

，煤製氫和天然氣製氫占比近80%，焦爐煤氣、煉廠幹氣等工業副產氫占比約為20%。通tong過guo使shi用yong可ke再zai生sheng能neng源yuan製zhi造zao綠lv氫qing，例li如ru通tong過guo多duo種zhong可ke再zai生sheng能neng源yuan互hu補bu進jin行xing電dian解jie水shui製zhi氫qing，全quan過guo程cheng沒mei有you碳tan排pai放fang，是shi未wei來lai的de發fa展zhan方fang向xiang。但dan是shi目mu前qian這zhe種zhong製zhi氧yang方fang法fa的de成cheng本ben高gao、技術壁壘高，僅處於示範性工程的導入階段。近中期可以充分利用各類工業產氫，就近消納，降低工業副產氫供給成本。遠期的光伏、風能
、水電等綠電電解水製氫，將可支撐中國鋼鐵工業的氫冶金低碳化轉型。

　　其次，氫能規模化、安全

、經(jing)濟(ji)儲(chu)運(yun)是(shi)另(ling)一(yi)個(ge)關(guan)鍵(jian)因(yin)素(su)。目(mu)前(qian)運(yun)氫(qing)方(fang)式(shi)最(zui)為(wei)成(cheng)熟(shu)的(de)是(shi)高(gao)壓(ya)長(chang)管(guan)拖(tuo)車(che)的(de)方(fang)式(shi)，適(shi)合(he)在(zai)城(cheng)市(shi)內(nei)運(yun)輸(shu)，滿(man)足(zu)短(duan)途(tu)運(yun)氫(qing)需(xu)求(qiu)。低(di)溫(wen)液(ye)氫(qing)運(yun)輸(shu)的(de)關(guan)鍵(jian)設(she)備(bei)技(ji)術(shu)已(yi)實(shi)現(xian)國(guo)產(chan)化(hua)

，並(bing)逐(zhu)漸(jian)走(zou)向(xiang)產(chan)業(ye)化(hua)，將(jiang)成(cheng)為(wei)民(min)用(yong)氫(qing)能(neng)領(ling)域(yu)的(de)重(zhong)要(yao)運(yun)氫(qing)方(fang)式(shi)。天(tian)然(ran)氣(qi)摻(chan)混(hun)氫(qing)氣(qi)運(yun)輸(shu)方(fang)式(shi)

，與(yu)新(xin)建(jian)純(chun)氫(qing)輸(shu)氫(qing)管(guan)道(dao)相(xiang)比(bi)更(geng)具(ju)經(jing)濟(ji)性(xing)，值(zhi)得(de)關(guan)注(zhu)。未(wei)來(lai)，隨(sui)著(zhe)東(dong)部(bu)等(deng)發(fa)達(da)地(di)區(qu)氫(qing)氣(qi)需(xu)求(qiu)增(zeng)長(chang)
，利(li)用(yong)西(xi)北(bei)地(di)區(qu)的(de)可(ke)再(zai)生(sheng)電(dian)力(li)資(zi)源(yuan)製(zhi)取(qu)氫(qing)氣(qi)
，摻(chan)入(ru)天(tian)然(ran)氣(qi)管(guan)道(dao)，有(you)望(wang)實(shi)現(xian)氫(qing)氣(qi)的(de)大(da)規(gui)模(mo)遠(yuan)距(ju)離(li)輸(shu)送(song)，有(you)助(zhu)於(yu)解(jie)決(jue)中(zhong)國(guo)能(neng)源(yuan)地(di)域(yu)分(fen)布(bu)不(bu)平(ping)衡(heng)的(de)問(wen)題(ti)。

　　jingjixingshizhiyuegangtiexingyeqingyejintuiguangfazhandeyouyiguanjianyinsu，eryingxiangqingyejinjingjixingdekebianyinsuzhuyaoshiqingqichengbenjitanpaifangchengben。dangsuizhejishujinbu
，zhiqingchengbenzhujianjiangdi
，tongshiqiyeweitanpaifangzhifuyidingfeiyongshi
，qingyejincainengxianshichuchengbenyoushi。ruoandianjie1000立方米的綠氫需要耗電4500千瓦時、電力成本占總成本70%的情況，測算碳冶金和氫冶金成本相當時的綠氫和綠電價格（如表所示）

，要達到冶煉成本平衡點（1337.2元/噸），綠氫價格需要低於15.02元/千克、綠電價格需要低於0.208元/千瓦時
，而碳排放成本需要達400元/噸(dun)。因(yin)此(ci)，碳(tan)成(cheng)本(ben)越(yue)高(gao)
，氫(qing)冶(ye)金(jin)越(yue)容(rong)易(yi)具(ju)備(bei)成(cheng)本(ben)優(you)勢(shi)。提(ti)高(gao)碳(tan)排(pai)放(fang)成(cheng)本(ben)是(shi)推(tui)動(dong)氫(qing)冶(ye)金(jin)發(fa)展(zhan)的(de)關(guan)鍵(jian)，碳(tan)價(jia)過(guo)低(di)

，無(wu)法(fa)為(wei)減(jian)排(pai)提(ti)供(gong)足(zu)夠(gou)動(dong)力(li)。

　　基於上述分析
，《報告》基於國家“雙碳”目標，綜合考慮2060年鋼產量變化趨勢、鋼協發布的鋼鐵行業碳中和願景、國內外氫冶金技術研發進度
、氫能產業發展前景、碳冶金與氫冶金生產成本
，並結合我國廢鋼資源供給等因素提出了我國發展氫冶金的路線。

　　集中開展高爐富氫冶煉技術和純氫基直接還原技術攻關，並配備相應的軟硬件設施；爭取高爐富氫技術研發取得突破性成果，開展高爐富氫冶煉技術示範項目；有條件的鋼鐵企業應率先開展高爐噴氫改造，富氫高爐產能在我國鋼產能中的占比達到15%；深化焦化行業供給側結構性改革
，取消焦化產能轉移限製
，以市場化為原則
，按鋼焦比0.4向鋼鐵企業配置焦化產能；改造焦爐，增加氫製備裝置，為下一步高爐富氫冶煉技術應用打下基礎
；有條件的氫冶金示範項目應盡量使用綠氫。

　　集中進行純氫基直接還原技術攻關

，實現氫基直接還原裝備國產化、大型化
；純氫直接還原技術研發取得突破性成果，開展純氫直接還原技術示範項目
；隨(sui)著(zhe)國(guo)家(jia)氫(qing)能(neng)產(chan)業(ye)體(ti)係(xi)初(chu)步(bu)形(xing)成(cheng)，氫(qing)源(yuan)供(gong)應(ying)量(liang)增(zeng)長(chang)，用(yong)氫(qing)成(cheng)本(ben)顯(xian)著(zhu)下(xia)降(jiang)，大(da)力(li)推(tui)廣(guang)高(gao)爐(lu)富(fu)氫(qing)冶(ye)煉(lian)技(ji)術(shu)
，加(jia)快(kuai)富(fu)氫(qing)高(gao)爐(lu)技(ji)術(shu)改(gai)造(zao)，自(zi)產(chan)氫(qing)應(ying)用(yong)盡(jin)用(yong)
，富(fu)氫(qing)高(gao)爐(lu)產(chan)能(neng)占(zhan)比(bi)超(chao)過(guo)60%；全quan麵mian完wan成cheng自zi有you焦jiao爐lu的de氫qing製zhi備bei裝zhuang置zhi改gai造zao，有you條tiao件jian的de鋼gang鐵tie企qi業ye適shi度du發fa展zhan可ke再zai生sheng能neng源yuan發fa電dian及ji綠lv氫qing製zhi備bei項xiang目mu



，盡jin可ke能neng增zeng加jia自zi有you氫qing供gong應ying量liang，力li爭zheng綠lv氫qing在zai鋼gang鐵tie行xing業ye需xu氫qing總zong量liang占zhan比bi達da到dao30%以上。

　　大力推廣純氫基直接還原技術
，加快高爐—轉爐長流程製鋼向“純氫基豎爐+電爐”短流程製鋼轉型，“純氫基豎爐+電爐”短流程製鋼產能占比達到25%；隨著高爐用焦量減少

，焦炭產量下降，自有氫產量相應減少
，需要大量的外部綠氫補充供應，綠氫供應量占鋼鐵產業需氫總量的85%；鋼鐵企業與綠電、綠氫供應商緊密結合
，共建產業鏈生態圈，耦合發展；全麵完成富氫高爐改造
；有條件的鋼鐵企業發展、應用CCUS技術。

　　進一步提升“豎爐+綠電電爐”短流程鋼產量占比，最終形成“純氫基豎爐+綠電電爐”短流程鋼產量占比35%

、“富氫高爐（廣泛應用CCUS技術）+轉爐”長流程鋼產量占比15%、全廢鋼綠電電爐鋼產量占比50%的生產工藝結構。屆時，鋼鐵行業碳排放量約為1億噸/年，需要進一步推進CCUS技術應用或通過碳彙實現碳中和目標。