原料或燃料替代是CO2源頭減排的重要措施之一。氫冶金技術(shù)利用氫作為還原劑代替碳還原，是減少長流程煉鋼CO2排放，保證鋼鐵工業(yè)綠色可持續(xù)發(fā)展的重要途徑之一。
2022年2月，工業(yè)和信息化部、國家發(fā)展和改革委員會、生態(tài)環(huán)境部聯(lián)合印發(fā)《關(guān)于促進(jìn)鋼鐵工業(yè)高質(zhì)量發(fā)展的指導(dǎo)意見》明確提出，推進(jìn)氫冶金、低碳冶金、潔凈鋼冶煉、薄帶鑄軋、無頭軋制等先進(jìn)工藝技術(shù)研發(fā)。
氫冶金技術(shù)工藝有哪些？
氫能是消除傳統(tǒng)煉鋼煉鐵工藝碳排放的有效途徑。氫能源既可以替代化石燃料應(yīng)用于高爐煉鐵、燒結(jié)、熱風(fēng)爐、石灰窯、軋鋼加熱爐等生產(chǎn)工序，又可以作為還原劑完成煉鋼過程的還原反應(yīng)。
典型的氫冶金工藝主要有氫等離子直接煉鋼、氫熔融還原與氫直接還原等，其中占主流的是高爐富氫冶煉與氣基直接還原豎爐煉鐵兩種。
高爐富氫冶煉就是向高爐內(nèi)噴吹富氫氣體（焦?fàn)t煤氣、天然氣）或氫氣，是一種低碳煉鐵技術(shù)。高爐噴吹H2或富氫氣體有助于增加生鐵產(chǎn)量，并在一定程度上實(shí)現(xiàn)節(jié)焦，降低碳排放。
目前該工藝已趨成熟，具備改善高爐運(yùn)行狀況、提升能源利用效率、減少煤和焦炭的使用量、降低CO2排放量等諸多優(yōu)點(diǎn)。但因噴吹氫氣量受限，使得高爐富氫還原的碳減排幅度為10%-20%，效果有限。
氣基直接還原豎爐是利用H2、CO混合氣體，將鐵礦石轉(zhuǎn)化為直接還原鐵，再將其投入電爐冶煉；該工藝能夠從源頭控制碳排放，減碳幅度可達(dá)50%以上，減排潛力較大。
國內(nèi)氫冶金工業(yè)研發(fā)應(yīng)用現(xiàn)狀如何？
為實(shí)現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)，我國鋼鐵企業(yè)積極參與研究和開發(fā)氫冶金技術(shù)，相繼有企業(yè)已經(jīng)建成或即將建設(shè)相關(guān)的氫冶金生產(chǎn)線。但是氫冶金工藝目前在國內(nèi)仍未實(shí)現(xiàn)大規(guī)模發(fā)展應(yīng)用。
制約氫冶金工藝發(fā)展的因素有什么？
氫的成本問題
鋼鐵工業(yè)生產(chǎn)規(guī)模巨大，規(guī)模化實(shí)施氫冶金需要大量的、低成本、環(huán)境友好型且環(huán)保效能和能源轉(zhuǎn)換效率高的氫源。目前氫氣是比較昂貴的二次能源，價格高，因此氫冶金工藝的未來發(fā)展很大程度上取決于氫氣大規(guī)模、經(jīng)濟(jì)、綠色制取與經(jīng)濟(jì)儲運(yùn)。
技術(shù)壁壘
氫冶金技術(shù)仍有許多關(guān)鍵技術(shù)需要解決突破，比如氫氣直接還原鐵氧化物的過程為強(qiáng)烈的吸熱反應(yīng)，需要解決還原過程爐內(nèi)熱量平衡問題。