氫能煉鐵取得裏程碑式進展

全球首個無化石燃料海綿鐵中試線投產了！

2026-04-16 03:16:47

　　編者的話

　　為實現《鋼鐵綠色協議》中到2050年溫室氣體排放量較1990年減少80%~95%的承諾，歐洲鋼鐵工業聯盟（Eurofer，簡稱歐鋼聯）確定了2條主要的技術路線，即“智能碳使用”和“碳直接避免”技術路線。

　　為幫助廣大鋼企了解歐洲鋼鐵工業低碳發展路徑，《觀海聽潮》特推出歐鋼聯碳減排技術路線係列報道，跟蹤歐洲鋼鐵工業相關技術項目進展。本期聚焦剛剛於8月31日投產的全球首個無化石燃料海綿鐵中試線——HYBRIT項目。

　　劉獻東

　　8月31日，全球第一個無化石燃料海綿鐵中試線——HYBRIT（突破性氫能煉鐵技術）項目在瑞典呂勒奧（Luleå）舉行了啟動儀式。瑞典首相Stefan Löfven（斯特凡·勒文）出席了儀式。儀式全程在網上進行了直播。

　　HYBRIT項目由SSAB（瑞典鋼鐵）、LKAB（瑞典礦業集團，歐洲最大鐵礦石生產商）和Vattenfall（瑞典大瀑布電力公司，歐洲最大電力生產商之一）3家行業巨頭合資創建的HYBRIT發展有限公司負責推進。合作的科研機構包括瑞典皇家理工學院、呂勒奧理工大學、瑞典國家研究院、瑞典鋼鐵研究所Swerim等。SSAB、LKAB和Vattenfall計劃打造世界上第一個“無化石燃料鋼鐵製造”價值鏈，目標是：到2026年，通過HYBRIT技術，在世界上率先實現無化石燃料冶煉技術；到2045年，完全按無化石燃料工藝路線製造鋼鐵。

　　HYBRIT項目中試線3個主要單元

　　無化石燃料海綿鐵中試線主要包括3個單元：

　　一是位於呂勒奧的直接還原鐵、製氫單元。

　　該單元負責生產氫氣，采用氫氣DRI（直接還原鐵）製備技術和電弧爐工藝，用電和氫代替煤炭，每年需要15太瓦時的電力，相當於瑞典年發電量的1/10。該單元運行的主要能源將來自Vattenfall的非基於化石燃料的電力。

　　二是位於瑞典馬爾姆貝格特（Malmberget）和呂勒奧的無化石燃料球團單元。

　　該gai單dan元yuan將jiang通tong過guo用yong可ke再zai生sheng的de生sheng物wu燃ran料liao替ti代dai化hua石shi燃ran料liao，以yi實shi現xian基ji於yu無wu化hua石shi燃ran料liao工gong藝yi的de鐵tie礦kuang石shi球qiu團tuan礦kuang製zhi造zao技ji術shu，相xiang關guan試shi驗yan在zai呂lv勒le奧ao的de一yi個ge實shi驗yan燃ran燒shao爐lu和he馬ma爾er姆mu貝bei格ge特te的de一yi個ge工gong廠chang中zhong進jin行xing。目mu前qian，LKAB正在馬爾姆貝格特的一個球團廠中，圍繞“用生物燃料代替化石燃料”進行全麵試驗。在試驗期內，馬爾姆貝格特球團廠化石燃料燃燒產生的二氧化碳排放量將減少40%，相當於每年實現約6萬噸的碳減排，試驗期將持續至2021年。

　　三是位於呂勒奧的儲氫單元（計劃於2021年建設）。

　　HYBRIT項目計劃建造一個儲氫研究設施，試驗工廠在SSAB位於呂勒奧的工業區。目前該項目方正在調查在SSAB工業區附近的LKAB Svartöberget老鐵礦石儲存區建造一個位於地下25米~35米的小型臨時儲存區的可能性。該儲氫設施將是未來支撐和維持能源係統穩定的重要組成部分。

　　預計HYBRIT項目中試階段的總費用在20億瑞典克朗左右。瑞典能源署已承諾出資5.99億瑞典克朗，剩餘部分將由SSAB、LKAB和Vattenfall三方等額出資。

　　HYBRIT項目未來規劃

　　按照規劃，未來HYBRIT項目將分以下步驟推進。

　　HYBRIT工業級示範工廠與HYBRIT項目中試線同步建設。

　　HYBRIT工業級示範工廠的啟動比原計劃提前了3年，計劃於2023年開工建設，於2025年投產。該示範工廠年產能為100萬噸。

　　與此同時，SSAB將對Oxelösund高爐進行改造，計劃於2026年實現商業化的鐵礦石基、無化石的冶煉工藝路線。SSAB最早將於2025年前將二氧化碳排放量減少25%。

　　HYBRIT工業級示範工廠建成後，SSAB將對傳統工藝路線進行徹底改造。SSAB計劃於2030年~2040年將其全部的傳統高爐換成電弧爐。同時，SSAB開始逐步淘汰軋鋼廠和熱處理廠的化石燃料工藝，到2045年完全實現無化石燃料的鋼鐵製造。

　　HYBRIT項目發展曆程

　　•2016年，SSAB，LKAB和Vattenfall聯手創建了HYBRIT項目。目標是使用非基於化石燃料的電力和氫氣替代傳統化石燃料，實現無化石燃料的鋼鐵冶煉。

　　•2016年~2017年為可行性研究階段。研究的結論是，考慮到當今的電價、煤炭價格和二氧化碳排放成本，采用無化石燃料技術煉出的鋼材的價格將比傳統鋼材高20%~30%。不過，隨著無化石基能源電價的下降，以及歐盟碳排放交易係統（ETS）推動的二氧化碳排放成本上升，無化石基鋼材將具備成本競爭力。

　　•2018年夏季，HYBRIT項目進入中試階段，開始在呂勒奧的SSAB工廠建設全球第一個無化石燃料鋼鐵生產中試線。

　　•2019年夏季，HYBRIT項目開始在瑞典馬爾姆貝格特的LKAB工廠建造基於無化石燃料的球團機組。另外，該項目還計劃在HYBRIT中試線附近建造一個氫氣存儲中試線，預計將在2022年~2024年間投入運行。

　　•2020年8月5日，HYBRIT項目在球團工藝中使用無化石燃料的試驗取得成功。

　　•2020年8月31日，全球第一個無化石燃料海綿鐵中試線投運。

　　鏈接

　　歐鋼聯“碳直接避免”技術路線實施路徑和主要項目

　　目前基於鐵礦石的冶煉技術已經處於熱力學極限，電力冶煉工藝還不能完全依靠可再生能源。這就是“碳直接避免”技術路線誕生的根本原因。“碳直接避免”首先要避免碳氧化物的生成。

　　歐鋼聯於8月3日發布了“碳直接避免”技術路線的實施路徑和主要項目。

　　實施路徑有2個：一是氫基冶金技術，即在鋼鐵生產過程中用氫來代替碳作還原劑，而且要采用可再生能源製造的“綠色氫”；二是采用電力進行冶金，其用電更注重可再生能源。

　　主要項目包括：HYBRIT、H2Steel、tkH2Steel、GrInHY（綠色工業製氫）、SALCOS（薩爾茨吉特低碳煉鋼）HydrogenHamburg和SIDERWIN。進一步的項目聚焦廢鋼循環利用和直接還原鐵工藝，包括循環經濟解決方案、工藝整合以及通過氫和電的使用直接避免碳排放。

　　其中，HYBRIT項目主要采用氫氣替代煤炭作為還原劑進行鋼鐵冶煉，副產物是水，而非二氧化碳。

　　H2Steel項目旨在研發氫基冶金技術，包括SUSTEEL和H2FUTURE兩個子項目。

　　GrInHY項目旨在研發可逆高溫電解綠色工業製氫技術，采用可逆式固體氧化物電解工藝生產氫氣和氧氣，並將多餘的氫氣儲存起來。

　　SALCOS項目集風力發電製造綠色氫、氫基冶煉等技術於一體，旨在把以高爐為基礎的碳密集型煉鋼工藝逐步轉變為直接還原煉鐵—電弧爐工藝路線，同時實現富餘氫氣的利用。

　　SIDERWIN項目由安賽樂米塔爾負責，旨在研發一種直接電解鐵礦石技術（據公開發布的信息判斷，屬於堿溶液低溫電解類技術）。

　　此外，目前歐洲正在運行的“碳直接避免”相關技術項目還包括奧鋼聯的HYFOR氫基粉礦還原技術、Tenova（意大利特諾恩集團）的HYL/ENERGIRON-ZR直接還原鐵技術。

　　《中國冶金報》（2020年09月04日 02版二版）

來源：中國冶金報-中國鋼鐵新聞網

編輯：宋玉錚

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