“世界各国的钢铁企业对氢冶金的研究不断取得阶段性成果，无论是竖炉氢冶金，还是高炉富氢冶炼，亦或是基于流化床反应器的氢还原铁工艺，但哪一项将成为日后主流的氢冶金技术路线尚属未知。可以预见的是，更具原料成本优势的氢冶金工艺拥有较大的规模化应用潜力，有望成为日后主流。”9月5日，在于河北崇礼召开的2023氢冶金国际研讨会期间，世界钢铁协会副总干事、北京代表处首席代表钟绍良围绕氢冶金技术发展趋势这一话题接受了《中国冶金报》记者的采访，并就中国钢铁该如何进一步在氢冶金领域深耕细作谈了他的看法。
氢冶金工艺日后也将面临原料供需失衡
“目前，氢冶金主要有3个发展方向，一是传统高炉的富氢冶炼工艺，二是河钢集团张宣科技和中国宝武湛江钢铁基地正在做的氢基竖炉冶炼工艺，三是基于流化床反应器的氢还原铁工艺。对比来看，高炉炼铁工艺技术成熟且产能大，高炉富氢冶炼工艺在中国钢铁行业内比较容易实现规模化应用，但是氢替代化石能源的潜力有限，减碳幅度相对而言不大；氢基竖炉工艺以天然气为还原气，是成熟的工艺，其规模化应用实现起来也比较容易，但对于铁矿石品位的要求更高些；基于流化床反应器的氢还原铁工艺虽然目前还处在初期探索阶段，技术不够成熟，但是对铁矿石品位要求相对较低，更具原料成本优势。”钟绍良表示，长远来看，更具原料成本优势的氢冶金工艺更有希望成为日后主流发展方向，原因在于氢冶金工艺未来发展也将面临原料供需失衡的问题。
“在‘双碳’目标下，2050年中国的粗钢生产将有相当大一部分来自废钢。如果其他基于铁矿石的粗钢生产全部以氢代煤，需要消耗至少4000万吨/年的氢气，比2022年中国的氢气总产量还高很多，因此百分之百以氢代煤并不现实。另外，氢基竖炉的发展对于高品位球团矿（66%以上）的需求量也较大，目前全球可用于传统气基竖炉的高品位球团矿年产能在2亿吨左右，并且进一步扩大产能的空间非常有限。中国国内这类‘理想球团矿’的产能几乎是零。如果所有企业都大规模发展现有的氢基竖炉工艺，那么其带来的庞大的潜在球团矿需求，必将带来新一轮原料供需结构失衡的挑战。如果一项工艺受限于多种原料供应，那么其未来规模化应用的路也会越走越窄。”钟绍良说。
“因此，我认为，可能再过5年~10年，对于铁矿石品位要求没有那么高的氢冶金工艺将成为主流。例如，浦项制铁的HyREX工艺可以将粉矿直接还原成海绵铁，这种基于流化床反应器的氢还原铁工艺，可以为铁矿石资源禀赋不高的地区提供长期有效的解决思路。当然，前提是稳定的绿氢供应。”钟绍良补充道。
值得注意的是，基于流化床反应器的氢还原铁工艺尚不成熟，前期仍需大量的研发试验投入。“借助数字化的模拟手段可以帮助企业降低研发及试验成本。”钟绍良表示，“例如，此次研讨会上，澳大利亚蒙纳士大学教授余艾冰在做报告时提及，先用计算机设备建立模型模拟高炉生产流程，再将其延伸到氢冶金领域，围绕以流化床反应器为基础的氢还原铁等工艺进行模拟试生产，成功后再投入实际生产，这样做效率会高很多。”
氢冶金原创技术要有，资金血脉也要畅通
放眼全球钢铁业，中国钢铁企业能否在国际氢冶金领域占据一席之地？在钟绍良看来，在已取得成绩的基础上，中国钢铁企业一方面需加强原创技术研发，另一方面也需要畅通资金血脉。
“毫无疑问，以河钢为代表的中国钢铁企业在氢冶金技术应用领域是走在世界前列的。”钟绍良表示，与海外企业采用天然气不同，河钢是第一个工业化大规模使用焦炉煤气制氢还原球团矿的企业。相关数据统计显示，与同等规模的高炉—转炉长流程相比，河钢氢冶金示范工程一期工程二氧化碳减排比例达到70%，每年可以减少碳排放80万吨，产品金属化率已达95%以上。“然而，想要在世界氢冶金领域长期做出彩，只拥有较强的技术应用能力是不够的。能否在引进传统技术并创新的基础上，自主开拓出一条适合本企业发展的新路？能否自主原创全新的氢冶金技术？这些问题还需要中国的钢铁企业多加思考。只有将关键核心技术牢牢掌握在自己手里，未来的路才会越走越宽广。”他说。
“企业原创氢冶金技术、建设低碳项目需要大量资金支持。在这方面，欧洲和日韩的钢铁企业比我国钢铁企业更有优势。”钟绍良认为，钢铁企业提高自主创新能力以推动行业绿色转型，需要政府部门帮助畅通资金血脉。“欧盟委员会于近期宣布，通过欧盟创新基金为一系列行业的大型清洁技术项目提供超过36亿欧元的资助，瑞典SSAB钢铁公司和H2GreenSteel公司（净零碳排放钢铁企业）主导的使用可再生能源制氢并生产直接还原铁的项目便是获得上述资金支持的钢铁项目之一。资金来源充足，企业对于原创技术研发的意识也会随之增强。当然，对于自主知识产权的保护、技术创新的奖励机制建设等也需要随之加强，才能为企业研发原创氢冶金技术创造更好的法治环境。”他讲道，“‘从0到1’要比‘从1到10’难很多，中国钢铁企业虽擅长从‘1到10’，但目前在低碳冶金领域，我们最需要做的是从‘0到1’。企业要努力，相关部门更要支持。”
规模化储运是亟须突破的瓶颈
通过水电、光电、风电等可再生能源制取的氢气被称为“绿氢”。绿氢一般需要在风、电、光伏资源丰富的地区制备，而这些地区位置比较偏远。此外，氢的密度只有水的万分之一。因此，如何规模化、安全地把清洁的氢高效运输到需要的地方并加以存储，是目前全球钢铁企业研究氢冶金亟须突破的瓶颈。“目前储氢方法主要分为低温液态储氢、高压气态储氢及储氢材料储氢3种，在经济价格、安全性等方面依旧需要寻求突破。世界钢协正在积极推进相关工作，与包括能源行业在内的上下游行业携手共同解决这类问题。”钟绍良表示。
“实际上，目前针对如何实现氢气的安全高效储存运输，大家都在积极尝试开展相关试验项目。例如，在瑞典SSAB钢铁公司与瑞典大瀑布电力公司等合作开展的HYBRIT项目中，瑞典SSAB钢铁公司在其项目配套的直接还原厂旁大约3公里处建设了试点氢气储存设施，两者由管道连接起来以运输氢气。该试点设施目前处于中试阶段，很快将投入工业化运营。”他介绍道。
在钟绍良看来，我国氢气储运环节目前相对薄弱，仍有许多痛点，以头部钢铁企业为代表的氢冶金领域参与者正在积极寻求突破。与此同时，他认为，盈利情况较好的民营企业既有资金又有技术，也应积极参与到这一过程中来。“只有与能源行业等加强协同，推动实现规模化的储运氢，助力壮大氢能产业链，中国钢铁企业才能在世界氢冶金领域持续保持前进的活力。”钟绍良说。
