蒂森克虏伯“氢能炼钢”正式启动，钢铁行业踏入氢能时代
随着氢气开始注入杜伊斯堡9号高炉，钢铁产业进入了一个新时代。
当地时间11日，德国钢铁生产商蒂森克虏伯正式启动了氢能冶金的测试。据蒂森克虏伯称，这是全球范围内钢铁公司第一次在炼钢工艺中使用氢气代替煤炭，以减少二氧化碳的排放。
图1 氢能炼钢项目正式启动
这无疑是钢铁产业绿色转型的重要时刻。蒂森克虏伯欧洲钢铁公司董事长普雷马尔·德赛（Premal Desai）表示：“今天是钢铁行业开创性的一天，我们正在进行开拓性的工作。氢气的使用是环境友好型钢铁生产的关键，今天的测试正是生产转型的重要一步，我们的最终目标是生产绿色钢铁。同时，我们看到了企业和政府共同努力实现目标的可能性，在此，我们感谢北莱茵-威斯特法伦州为项目提供的帮助。”
图2 蒂森克虏伯董事长发表讲话
在经典的高炉工艺中，生产一吨生铁需要大约300公斤焦炭和200公斤煤粉。煤作为还原剂通过28个风口注入到高炉竖井中。在11日蒂森克虏伯的测试中，氢气通过其中一个风口注入了9号高炉，这标志着一系列测试的开始。蒂森克虏伯钢铁公司计划逐步将氢气的使用范围扩展到9号高炉全部的28个风口。此外，蒂森克虏伯还计划，从2022年开始，该地区的三个高炉都将使用氢气进行钢铁冶炼。此时生产过程可以减少20%的二氧化碳排放。
蒂森克虏伯表示，到2030年，由生产过程造成的二氧化碳排放和购买能源所产生的排放将减少30％；到2050年，蒂森克虏伯计划在钢铁生产过程实现零碳排放。氢气在这个过程中毫无疑问将承担重要的角色。
除了蒂森克虏伯之外，国外多家钢铁企业开展了氢能炼钢的实验项目，如德国萨尔茨吉特钢铁公司的SALCOS项目，奥钢联H2FUTURE项目，瑞典SAAB的HYBRIT项目等，都旨在利用氢气代替煤炭作为还原剂，以减少甚至杜绝炼钢环节的零排放。
作为二氧化碳排放大户，氢气进入“氢能炼钢”已经成为钢铁企业理想的技术应对手段。
值得一提的是，蒂森克虏伯氢能炼钢使用的氢气由法液空提供。法液空、林德等为钢铁企业推动氢能炼钢业务提供了氢气服务，如在萨尔茨吉特钢铁公司的氢能炼钢项目中，林德负责了氢气运输的任务。
图3 高炉的氢气运输系统
国内同样重视开展“氢能炼钢”业务
我国钢铁工业二氧化碳排放量约占全国二氧化碳排放量的15%，占全球钢铁行业碳排放量的60%以上！降低二氧化碳排放一直是我国钢铁企业的重大任务。
根据《钢铁工业调整升级规划(2016-2020年)》，要求在“十三五”期间能源消耗总量和污染物排放总量分别下降10%和15%以上。随着环保要求日渐严格，钢铁企业的减排压力只会越来越大。
业内一位专家表示：“除了通过基于氢气的直接还原技术和碳捕获与封存技术实现减排以外，关于减少钢铁生产过程中的二氧化碳排放，当前没有更多的方式。而碳捕获与封存技术属于末端解决方案，并没有从根源上解决问题。”可以认为，“氢气炼钢”是钢铁工业当前已知的最佳减排技术。
在产业发展政策上，《产业关键共性技术发展指南（2017年）》将氢气竖炉直接还原清洁冶炼技术列为了重点，主要技术内容包括：
直接还原工艺与先进节能的煤炭制气技术；
焦炉煤气制气技术；
蓄热式管式加热炉技术；
蓄热式燃气熔融冶炼技术等。
尽管“氢能炼钢”已经开始受到了越来越多的关注，但国内在这方面仍处于起步阶段，国内企业正为钢铁产业绿色发展付出持续的努力。
国内的钢铁企业中，目前已有有宝武集团、河钢集团、酒钢集团、清华大学等单位提出了相关的构想，但具体的项目方案仍有待落地。
除了“氢能炼钢”本身的技术难度之外，氢气的来源也成为一个阻碍。因为炼钢需要大量的高纯度、低成本氢气，但目前氢气成本却一直居高不下。
针对氢气来源问题，中核集团则提出了“核能制氢、氢能炼钢”的思路，以水为原料, 以废热为能源，将核反应堆与先进制氢工艺耦合，进行大规模、低成本的氢气制取。
“核能制氢与氢能冶金结合将成为划时代的技术革命。”中核集团董事长余剑锋说，经初步计算，一台60万千瓦高温气冷堆机组可满足180万吨钢对氢气、电力及部分氧气的能量需求，每年可减排约300万吨二氧化碳，减少能源消费约100万吨标准煤，将有效缓解我国碳排放压力，助力解决能源消费引起的环境问题。
氢能与钢铁的合作是双赢
钢铁与氢能有天然联系。钢铁企业即是产氢企业，也是用氢单位。正如鞍钢副总经理王义栋说，钢厂制备氢气的成本非常低；对钢厂来说，不仅可以发展氢能，还可以同时发展低碳冶金技术，降低碳排放。
氢能与钢铁产业的合作是双赢的结果：氢能帮助钢铁企业节能减排、延伸业务、完成转型，钢铁企业为氢能提供了更多的落地应用，促进发展。氢能和钢铁是一个互相促进的产业组合。
钢铁行业是去产能、调结构、促转型的重点行业，而氢能行业是处于起步阶段的行业，氢能和钢铁的合作形成了互补，有着良好的示范效应，能够吸引更多行业涉足氢能。氢能产业处于发展的早期，不仅需要努力发展技术，也需要向社会提供更多的想象力，才能引来更多的资金和人才，才能更好地促进产业发展。
编辑：陈丹 校对：杨东川 审核：杨东川
来源：氢云链整理