報告指出，當(dāng)前全球鋼鐵生產(chǎn)的傳統(tǒng)路徑中，約72%采用焦化—高爐—轉(zhuǎn)爐（CO-BF-BOF）工藝，約29%采用廢鋼—直接還原鐵—電弧爐（Scrap-DRI-EAF）工藝。高爐工藝的二氧化碳排放量最高可達(dá)電弧爐工藝的4倍。 氫氣在鋼鐵冶金中的直接應(yīng)用主要用于加熱和還原鐵氧化物。一是高爐噴吹氫氣。氫可部分替代焦炭或煤粉噴吹及替代天然氣等其他還原劑，但作用有限。由于氫還原是吸熱反應(yīng)，會吸收熱量并導(dǎo)致高爐風(fēng)口區(qū)域產(chǎn)生冷卻效應(yīng)，需要通過向高爐內(nèi)的還原和熔煉過程補(bǔ)充額外熱量作補(bǔ)償。這能減少碳排放，但無法徹底消除。二是氫等離子體熔融還原。這是一種利用氫等離子體還原鐵礦石的工藝，目前仍處于試驗階段，但具有一定潛力。三是氫基直接還原鐵。氫氣可以替代天然氣或煤作為還原劑，去除鐵礦石中的氧，過程也更為環(huán)保。 米德雷克斯介紹，目前，歐洲多家企業(yè)已規(guī)劃在2030年前建設(shè)氫基直接還原鐵產(chǎn)能，并探索配套碳捕集與封存技術(shù)，以處理過渡階段的排放。對于在直接還原豎爐中氫氣與一氧化碳的混合使用，歐洲等地區(qū)鋼鐵行業(yè)已就逐步提高氫氣比例直至實現(xiàn)100%純氫還原進(jìn)行了大量規(guī)劃。其在具備地質(zhì)封存二氧化碳實際條件的地區(qū)，也可在現(xiàn)有直接還原工廠和高爐工藝中增加碳捕集與封存技術(shù)，以減少碳足跡。例如，墨西哥和阿布扎比已部分應(yīng)用捕集的二氧化碳。歐洲主要鋼鐵制造商計劃在2030年或之后不久增加其鋼廠的直接還原鐵產(chǎn)能。值得注意的是，熱壓鐵塊也可視為一種能源運(yùn)輸形式。在美國、部分中東國家、澳大利亞等生產(chǎn)的熱壓鐵塊，運(yùn)輸?shù)侥茉闯杀靖甙夯蚩稍偕茉礉摿τ邢薜膰遥啾纫砸簯B(tài)、氣態(tài)或氨形式運(yùn)輸氫氣，是一種更簡單且成本更低的解決方案。 氫基直接還原技術(shù)正從示范走向產(chǎn)業(yè)化。根據(jù)報告，就目前而言，成熟的MIDREX®與ENERGIRON®工藝已具備100%氫基還原的技術(shù)能力。與此同時，多項新興技術(shù)也正圍繞氫能展開，例如普銳特冶金技術(shù)的Hyfor®流化床工藝、其與浦項制鐵聯(lián)合開發(fā)的HyREX工藝（結(jié)合熔煉環(huán)節(jié)），以及美卓重新推出的Circored®流化床工藝。在歐洲，如瑞典鋼鐵公司（SSAB）、蒂森克虜伯、奧鋼聯(lián)等鋼企，正積極推進(jìn)從高爐向直接還原鐵生產(chǎn)的轉(zhuǎn)型，他們計劃將所產(chǎn)直接還原鐵用于電弧爐補(bǔ)充廢鋼，或經(jīng)電熔后作為轉(zhuǎn)爐原料使用。類似布局也出現(xiàn)在亞太地區(qū)，例如澳大利亞計劃替換肯布拉港高爐。歐洲旗艦項目“H2FUTURE”已在奧地利林茨鋼廠投運(yùn)一套6兆瓦質(zhì)子交換膜電解系統(tǒng)，用于綠氫生產(chǎn)。瑞典的“HYBRIT”項目在完成呂勒奧中試后，正推進(jìn)耶利瓦雷示范工廠建設(shè)，將采用綠電制氫與“綠球團(tuán)礦”生產(chǎn)純綠色直接還原鐵。更進(jìn)一步的商業(yè)化項目標(biāo)桿是瑞典Stegra公司（原H2GS公司）位于布登的工廠，計劃于2026年投產(chǎn)，將成為全球首個完全依托可再生能源和100%氫基直接還原工藝的規(guī)模化“綠色鋼鐵廠”，規(guī)劃年產(chǎn)能達(dá)250萬噸低碳排放鋼。 與此同時，多數(shù)新建直接還原產(chǎn)能將先以天然氣為基礎(chǔ)，并設(shè)計為可靈活調(diào)節(jié)還原氣中的氫比例、兼容碳捕集技術(shù)，以待綠氫具備經(jīng)濟(jì)性時平滑過渡。“需要了解的是，若采用天然氣重整制氫再進(jìn)行還原，其碳排放反而高于直接使用天然氣。”米德雷克斯在報告中強(qiáng)調(diào)。 從示范走向主流 仍面臨多重挑戰(zhàn) 盡管規(guī)劃的應(yīng)用前景廣闊，但氫在鋼鐵行業(yè)真正實現(xiàn)規(guī)模化應(yīng)用，仍面臨多重挑戰(zhàn)與不確定性。 米德雷克斯介紹，就目前而言，規(guī)劃的綠氫項目規(guī)模遠(yuǎn)不足以滿足未來需求，特別是歐洲鋼鐵行業(yè)的減排目標(biāo)。與此同時，大規(guī)模、低成本的綠氫生產(chǎn)依賴于綠電設(shè)施的快速擴(kuò)張，和電解槽技術(shù)成本的持續(xù)降低。盡管預(yù)計到2030年制氫成本將顯著下降，但其實際進(jìn)度將直接影響2050年目標(biāo)的實現(xiàn)可能性。因此，氫能否成為經(jīng)濟(jì)可行的替代方案，仍存在不確定性。 與此同時，氫能技術(shù)的工業(yè)應(yīng)用效果需要實際項目驗證，特別是大型高爐富氫冶煉、氫基直接還原鐵等關(guān)鍵工藝。當(dāng)綠氫供應(yīng)有限時，鋼鐵行業(yè)能否獲得足夠份額尚不明確，這也會影響企業(yè)技術(shù)路線規(guī)劃與投資決策。 政策和輿論環(huán)境變化也是需要考量的因素。雖然全球普遍支持2050年的碳中和目標(biāo)，但各國進(jìn)展不一，部分發(fā)達(dá)國家已出現(xiàn)政策執(zhí)行放緩跡象。同時，發(fā)展中國家受限于經(jīng)濟(jì)條件，其目標(biāo)設(shè)定與實施能力存在差異，這些因素都可能影響全球氫能應(yīng)用的節(jié)奏。 再看技術(shù)層面，在具體工藝中，氫基直接還原還需克服兩大操作難題。一是氫還原為吸熱反應(yīng)而產(chǎn)生的爐內(nèi)冷卻效應(yīng)，需通過優(yōu)化溫度與氣流控制進(jìn)行補(bǔ)償。二是反應(yīng)生成的水蒸氣在設(shè)備上部可能凝結(jié)，需通過改進(jìn)設(shè)計與操作制度予以避免。 最后，米德雷克斯表示，氫在鋼鐵行業(yè)低碳轉(zhuǎn)型進(jìn)程中能否物盡其用，不僅取決于配套技術(shù)成熟度，還受到供應(yīng)體系、成本競爭力、產(chǎn)業(yè)政策及全球協(xié)作等多重因素的綜合影響。
