中國冶金報 中國鋼鐵新聞網
記者 楊悅 報道
記者 顧學超 攝影
“世界各國的鋼鐵企業對氫冶金的研究不斷取得階段性成果，無論是豎爐氫冶金，還是高爐富氫冶煉，亦或是基于流化床反應器的氫還原鐵工藝，但哪一項將成為日后主流的氫冶金技術路線尚屬未知。可以預見的是，更具原料成本優勢的氫冶金工藝擁有較大的規模化應用潛力，有望成為日后主流。”9月5日，在于河北崇禮召開的2023氫冶金國際研討會期間，世界鋼鐵協會副總干事、北京代表處首席代表鐘紹良圍繞氫冶金技術發展趨勢這一話題接受了《中國冶金報》記者的采訪，并就中國鋼鐵該如何進一步在氫冶金領域深耕細作談了他的看法。
圖為鐘紹良
氫冶金工藝日后也將面臨原料供需失衡
“目前，氫冶金主要有3個發展方向，一是傳統高爐的富氫冶煉工藝，二是河鋼集團張宣科技和中國寶武湛江鋼鐵基地正在做的氫基豎爐冶煉工藝，三是基于流化床反應器的氫還原鐵工藝。對比來看，高爐煉鐵工藝技術成熟且產能大，高爐富氫冶煉工藝在中國鋼鐵行業內比較容易實現規模化應用，但是氫替代化石能源的潛力有限，減碳幅度相對而言不大；氫基豎爐工藝以天然氣為還原氣，是成熟的工藝，其規模化應用實現起來也比較容易，但對于鐵礦石品位的要求更高些；基于流化床反應器的氫還原鐵工藝雖然目前還處在初期探索階段，技術不夠成熟，但是對鐵礦石品位要求相對較低，更具原料成本優勢。”鐘紹良表示，長遠來看，更具原料成本優勢的氫冶金工藝更有希望成為日后主流發展方向，原因在于氫冶金工藝未來發展也將面臨原料供需失衡的問題。
“在‘雙碳’目標下，2050年中國的粗鋼生產將有相當大一部分來自廢鋼。如果其他基于鐵礦石的粗鋼生產全部以氫代煤，需要消耗至少4000萬噸/年的氫氣，比2022年中國的氫氣總產量還高很多，因此百分之百以氫代煤并不現實。另外，氫基豎爐的發展對于高品位球團礦（66%以上）的需求量也較大，目前全球可用于傳統氣基豎爐的高品位球團礦年產能在2億噸左右，并且進一步擴大產能的空間非常有限。中國國內這類‘理想球團礦’的產能幾乎是零。如果所有企業都大規模發展現有的氫基豎爐工藝，那么其帶來的龐大的潛在球團礦需求，必將帶來新一輪原料供需結構失衡的挑戰。如果一項工藝受限于多種原料供應，那么其未來規模化應用的路也會越走越窄。”鐘紹良說。
“因此，我認為，可能再過5年~10年，對于鐵礦石品位要求沒有那么高的氫冶金工藝將成為主流。例如，浦項制鐵的HyREX工藝可以將粉礦直接還原成海綿鐵，這種基于流化床反應器的氫還原鐵工藝，可以為鐵礦石資源稟賦不高的地區提供長期有效的解決思路。當然，前提是穩定的綠氫供應。”鐘紹良補充道。
值得注意的是，基于流化床反應器的氫還原鐵工藝尚不成熟，前期仍需大量的研發試驗投入。“借助數字化的模擬手段可以幫助企業降低研發及試驗成本。”鐘紹良表示，“例如，此次研討會上，澳大利亞蒙納士大學教授余艾冰在做報告時提及，先用計算機設備建立模型模擬高爐生產流程，再將其延伸到氫冶金領域，圍繞以流化床反應器為基礎的氫還原鐵等工藝進行模擬試生產，成功后再投入實際生產，這樣做效率會高很多。”
氫冶金原創技術要有，資金血脈也要暢通
放眼全球鋼鐵業，中國鋼鐵企業能否在國際氫冶金領域占據一席之地？在鐘紹良看來，在已取得成績的基礎上，中國鋼鐵企業一方面需加強原創技術研發，另一方面也需要暢通資金血脈。
“毫無疑問，以河鋼為代表的中國鋼鐵企業在氫冶金技術應用領域是走在世界前列的。”鐘紹良表示，與海外企業采用天然氣不同，河鋼是第一個工業化大規模使用焦爐煤氣制氫還原球團礦的企業。相關數據統計顯示，與同等規模的高爐—轉爐長流程相比，河鋼氫冶金示范工程一期工程二氧化碳減排比例達到70%，每年可以減少碳排放80萬噸，產品金屬化率已達95%以上。“然而，想要在世界氫冶金領域長期做出彩，只擁有較強的技術應用能力是不夠的。能否在引進傳統技術并創新的基礎上，自主開拓出一條適合本企業發展的新路？能否自主原創全新的氫冶金技術？這些問題還需要中國的鋼鐵企業多加思考。只有將關鍵核心技術牢牢掌握在自己手里，未來的路才會越走越寬廣。”他說。
“企業原創氫冶金技術、建設低碳項目需要大量資金支持。在這方面，歐洲和日韓的鋼鐵企業比我國鋼鐵企業更有優勢。”鐘紹良認為，鋼鐵企業提高自主創新能力以推動行業綠色轉型，需要政府部門幫助暢通資金血脈。“歐盟委員會于近期宣布，通過歐盟創新基金為一系列行業的大型清潔技術項目提供超過36億歐元的資助，瑞典SSAB鋼鐵公司和H2 Green Steel公司（凈零碳排放鋼鐵企業）主導的使用可再生能源制氫并生產直接還原鐵的項目便是獲得上述資金支持的鋼鐵項目之一。資金來源充足，企業對于原創技術研發的意識也會隨之增強。當然，對于自主知識產權的保護、技術創新的獎勵機制建設等也需要隨之加強，才能為企業研發原創氫冶金技術創造更好的法治環境。”他講道，“‘從0到1’要比‘從1到10’難很多，中國鋼鐵企業雖擅長從‘1到10’，但目前在低碳冶金領域，我們最需要做的是從‘0到1’。企業要努力，相關部門更要支持。”
規模化儲運是亟須突破的瓶頸
通過水電、光電、風電等可再生能源制取的氫氣被稱為“綠氫”。綠氫一般需要在風、電、光伏資源豐富的地區制備，而這些地區位置比較偏遠。此外，氫的密度只有水的萬分之一。因此，如何規模化、安全地把清潔的氫高效運輸到需要的地方并加以存儲，是目前全球鋼鐵企業研究氫冶金亟須突破的瓶頸。“目前儲氫方法主要分為低溫液態儲氫、高壓氣態儲氫及儲氫材料儲氫3種，在經濟價格、安全性等方面依舊需要尋求突破。世界鋼協正在積極推進相關工作，與包括能源行業在內的上下游行業攜手共同解決這類問題。”鐘紹良表示。
“實際上，目前針對如何實現氫氣的安全高效儲存運輸，大家都在積極嘗試開展相關試驗項目。例如，在瑞典SSAB鋼鐵公司與瑞典大瀑布電力公司等合作開展的HYBRIT項目中，瑞典SSAB鋼鐵公司在其項目配套的直接還原廠旁大約3公里處建設了試點氫氣儲存設施，兩者由管道連接起來以運輸氫氣。該試點設施目前處于中試階段，很快將投入工業化運營。”他介紹道。
在鐘紹良看來，我國氫氣儲運環節目前相對薄弱，仍有許多痛點，以頭部鋼鐵企業為代表的氫冶金領域參與者正在積極尋求突破。與此同時，他認為，盈利情況較好的民營企業既有資金又有技術，也應積極參與到這一過程中來。“只有與能源行業等加強協同，推動實現規模化的儲運氫，助力壯大氫能產業鏈，中國鋼鐵企業才能在世界氫冶金領域持續保持前進的活力。”鐘紹良說。
