上篇文章介紹了由瑞典鋼鐵公司發起的HYBRIT（突破性氫能煉鐵技術）項目、由德國薩爾茨吉特鋼鐵公司發起的SALCOS（薩爾茨吉特低碳煉鋼）項目和由奧鋼聯發起的H2FUTURE項目（詳見《中國冶金報》7月19日02版），本文將對以這3個項目為代表的歐洲氫能利用項目的技術路徑與特點進行分析，并介紹日本和中國相關項目的發展情況。

　　歐洲鋼企氫能利用項目技術路徑與特點

　　技術路徑——電解水制氫 從源頭降低碳排放

　　制氫、儲氫是利用氫能的關鍵所在。瑞典鋼鐵公司、薩爾茨吉特鋼鐵公司和奧鋼聯這3家鋼企采用的都是電解水制氫工藝。該工藝的核心技術是質子交換膜技術，關鍵材料是鉑金。薩爾茨吉特鋼鐵公司項目的獨特之處在于利用鋼鐵生產工藝中產生的余熱電解水制氫，更好地降低了整個系統的能源消耗。

　　從制氫能源來源來看，這3家鋼企都聯合了電力生產企業，發揮電力生產企業在發電方面的優勢，采用水電、風電、太陽能等清潔能源發電，從源頭上降低了碳排放。從電力利用效率來看，這3家鋼企電解水制氫工藝的電力利用效率目標都在80%以上。

　　儲氫需要建設相應的儲氫設施。一種途徑是在鋼企內部建立儲氫罐，另一種途徑是借助專業氣體生產商進行儲存和運輸。而經過直接還原鐵工序之后富余的氫氣，既可以供鋼鐵后續工序或其他行業使用，又可以利用質子交換膜技術實現氫氣發電，用以平衡電網中可再生能源不足對電網造成的波動。

　　這3家鋼企氫能利用項目都是采用氫氣替代碳的低碳或無碳氫冶金技術，大幅減少了二氧化碳的產生與排放，同時配套采用電弧爐煉鋼，消納社會廢鋼。

　　從技術成熟度來看，奧鋼聯利用天然氣直接還原鐵的生產經驗，采用氫氣取代天然氣直接還原鐵，工藝可實現性較強。而瑞典鋼鐵公司和薩爾茨吉特鋼鐵公司在中試研究方面所需的投入更多。

　　這3家鋼企氫能利用各有側重。瑞典鋼鐵公司重點在煉鐵和球團生產工序使用氫氣替代化石能源。薩爾茨吉特鋼鐵公司則將氫氣應用于直接還原鐵和鋼鐵生產的下游工序——冷軋等。奧鋼聯不僅僅將氫氣用于鋼鐵生產，還試圖將富余氫氣應用于汽車等行業，拓展產業鏈。

　　特點——超前謀劃 注重可行性研究

　　從特點來看，這3家鋼企都注重利用社會資源；注重提前謀劃，意在實現2050年的減排目標；重視技術經濟可行性研究。

　　首先，這3家鋼企啟動的氫能利用項目參與方眾多，包括電力企業、電網公司、電解水制氫核心設備供應商、研究機構等。他們充分發揮了這些企業在氫能生產、應用、推廣、原材料供應等方面的優勢，如電力企業主要負責可再生能源發電方面的工作等。

　　這3家鋼企的氫能利用項目得到了政府部門的資金支持，降低了企業負擔，如瑞典鋼鐵公司的HYDRIT項目得到了瑞典能源署大量的資金支持。政府部門的參與有利于項目成果的推廣應用。

　　其次，這3家鋼企發起氫能利用項目研究的時間是2016年~2017年，項目預研與中試將在2021年前后完成，此后將進行近10年的示范運行測試，在2035年左右實現商業化運行，確保到2050年實現減排目標。為此，這3家鋼企都確定了階段性目標，確保項目穩步推進。這3個項目的示范運行測試時間都在10年左右，體現了鋼企推進氫能利用項目的難度。

　　再其次，瑞典鋼鐵公司、薩爾茨吉特鋼鐵公司的研究重點都包括技術經濟可行性。他們從發電成本、制氫成本、焦炭成本和碳排放的交易成本等方面綜合評價了氫能在鋼鐵企業利用的可行性。

　　日本鋼鐵行業氫能利用

　　2014年11月份，日本鋼鐵協會根據《巴黎協定》確定了到2030年實現鋼鐵工業零碳排放的目標。擬通過生態化工藝、生態化產品、生態化解決方案來實現這一目標。

　　目前，日本鋼鐵協會正在推進COURSE50（創新煉鐵工藝技術）國家項目，以及鐵焦煉鐵，氫還原煉鐵，碳捕集、存儲與利用等技術。為此，日本鋼鐵協會研究了全球噸鋼二氧化碳排放強度和鋼鐵行業二氧化碳排放總量情況，見表。

　　當前，日本鋼鐵協會推動的低碳工藝技術以COURSE50為基礎，以氫氣替代部分焦炭的氫還原煉鐵技術為主，配合使用碳捕集、存儲與利用技術。其中，最關鍵的工藝技術是氫還原煉鐵技術。日本鋼鐵協會根據以下公式計算氫還原煉鐵技術的成本：

　　Fe2O3+3/2H2+48kJ→Fe+3/2H2O

　　日本鋼鐵協會估算生產1噸生鐵需要601標準立方米氫氣，補償吸熱反應需要67標準立方米氫氣，加熱融化到1600攝氏度需要85標準立方米氫氣，共計需要753標準立方米氫氣，按照75%的熱效率計算，產生1噸生鐵需要的氫氣量為1000標準立方米。到2100年，全球氫氣需求量為1.2萬億標準立方米/年。

　　日本鋼鐵協會還按照當前的煉焦成本估算出鋼鐵行業可以接受的氫氣成本為7.7美分/標準立方米。

　　在推動COURSE50項目的同時，日本鋼鐵協會還將推動一些基礎性研究，到2100年實現這些技術的全部應用，實現全社會低碳排放。這其中的核心技術包括零排放發電技術，核電、可再生能源發電技術，無碳制氫技術，利用核電和可再生能源低成本、大批量制氫技術等。

　　我國鋼企在氫能利用方面的動作

　　2019年4月28日，生態環境部等5部委聯合發布《關于推進實施鋼鐵行業超低排放的意見》，意在進一步降低鋼鐵行業各生產環節的污染物排放。鋼鐵企業尤其是特大型鋼鐵企業為了適應國內國際形勢，也開始積極參與氫能利用項目。

　　2019年1月份，寶武集團與中核集團、清華大學簽訂《核能—制氫—冶金耦合技術戰略合作框架協議》，三方將強強聯合，資源共享，共同打造核冶金產業聯盟。

　　2019年3月份，河鋼與中國工程院戰略咨詢中心、中國鋼研、東北大學聯合組建氫能技術與產業創新中心，共同推進氫能技術創新與產業發展。河鋼將重點在氫氣存儲與運輸、燃料電池汽車、富氫冶金技術等領域開展研究。

　　兩家中國鋼鐵企業涉足氫能利用，思路各異。寶武集團主要采用核能電解制氫工藝，但也不排除其他方面的應用擴展。河鋼當前主要依托鋼鐵企業自身副產品制氫，制氫工藝成熟、成本相對較低。在應用方面，河鋼前期將主要在氫燃料電池產業鏈進行布局，后期才會發展到富氫冶金技術領域。

　　因為擬采用的制氫工藝不同，兩家中國鋼企所選擇的重點合作伙伴也有所差異。目前這兩家中國鋼企的前期項目研究尚未得到政府基金或專項科研基金的支持。與國外企業相比，在氫能制取的電解槽、燃料電池電極等方面，國內還有差距，有必要吸引電解槽設備供應商、燃料電池供應商或相關研究機構加入。

　　相信在國內企業、高等院校及科研院所、材料供應商、電力企業等的廣泛參與和政府的大力支持下，經過長時間的不斷努力，中國鋼企的氫能利用之路，終能順應時代的要求。

        《中國冶金報》（2019年08月02日 02版二版）