二、钢铁行业“以氢代碳”创新应用实践
2焦炉煤气零重整氢冶金示范工程创新实践
我国的钢铁企业近年在积极探索氢冶金，主要参与者包括河钢集团、宝武集团和中国钢研等企业，但是目前受制于成本较高、基础设施不完善、相关标准空白等问题，项目尚处于小规模应用阶段。
2022年12月，河钢集团建设的全球首例120万吨焦炉煤气零重整氢冶金示范工程（HyMEX™）一期工程全线贯通，2023年5月实现稳定生产。河钢氢冶金示范工程采用ENERGIRON-ZR技术竖炉冶炼直接还原铁工艺，以焦炉煤气作为氢原料气体，使用通过零重整和净化技术得到的富氢气体在竖炉内直接还原球团矿中的铁氧化物，无须使用外部重整炉设备或还原气体生成系统。DRI产品的金属化率达到94%以上，同时硫、磷等有害杂质含量极低，是生产优质钢和纯净钢的理想原料。与同等规模的高炉-转炉长流程相比，河钢氢冶金一期工程二氧化碳减排比例70%，每年减少碳排放80万吨，相当于塞罕坝林场一年的固碳量。
该工程同时具有国际领先水平的二氧化碳捕集与精制技术。在捕集环节，氢基竖炉工艺气经压缩后进入吸收塔，通过MDEA溶剂与二氧化碳反应形成碳酸盐实现与工艺气的分离，含二氧化碳的MDEA富液再通过蒸汽汽提实现二氧化碳提出与溶液再生；在精制环节，以捕集环节排出二氧化碳为原料，通过吸附低温精馏的方式得到高纯度的食品级和工业级液态二氧化碳产品，也可通过节流膨胀、挤压制成干冰进行利用。
河钢氢冶金示范工程率先为我国钢铁工业提出绿色低碳短流程工艺新路径，已形成了包含《全氧富氢低碳还原熔化炼铁系统及炼铁方法》《控制氮气富集的气基直接还原炼铁方法及系统》在内的数十项氢冶金专利技术，打造出可推广、可复制的“零碳”制氢与氢能产业发展协同互补的创新发展模式。工程各项指标达到世界领先水平，成为中国钢铁史乃至世界钢铁史上由传统“碳冶金”向新型“氢冶金”转变的一个重要的里程碑。
3构建高质量氢能产业生态圈
据中国氢能联盟测算，钢铁领域氢能消费量将在2030年达到5000万吨标准煤以上，在2050年达到7600万吨标准煤以上，占钢铁领域能源消费总量的34%。钢铁制造流程复杂，用氢场景众多，比如烧结料面喷吹富氢气体、连铸坯氢氧切割、冷轧退火工序采用氢气作为退火保护气体等。其中，物流交通领域用氢量最大，效益也最为明显。钢铁行业物流量规模巨大，理论计算显示，钢铁企业每生产1吨钢，外部产生约4-5倍物流量，内部产生约8-10倍物流量。钢铁行业低碳转型过程中，区域内物流交通领域对氢能需求潜力巨大。
在物流交通领域的氢能布局是绿色物流的重要组成部分，涉及上游制储运+网络建设以及下游氢能车辆推广。加氢站和氢能重卡对于钢铁园区能源系统优化配置影响重大，也是系统初始投资和氢能利用相关收益的重要组成内容。钢铁企业应以打造氢能重卡应用示范产业集群，推动氢能在钢铁冶金领域的商业化应用为手段，推动氢能产业向规模化、集聚化和高端化发展。
河钢集团是我国钢铁行业氢能利用多元化的代表企业。在加氢站建设方面，河钢集团于2020年8月在邯郸建成我国钢铁行业首个固定式加氢示范站，日加注能力达到500千克，此后又在唐山建成一座日加注能力750千克的固定式加氢站和一座日加注能力500千克的撬装式加氢站，目前均已投入运营。除自主建设外，河钢集团于2022年9月与中石油合作布局河北省30座加氢站建设，于2023年7月联合长城汽车在唐山海港开发区启动一座3.5吨的氢电能源站。在氢能重卡应用方面，2021年7月，河钢集团首批次投放30辆49吨氢能重卡，标志着我国首条氢能重卡运输线正式商业运营。根据《河钢集团氢能产业“十四五”发展规划》，到2025年，将引导推广各类氢燃料车辆不少于1万台。河钢集团创新了氢能重卡运营模式，主持建成我国钢铁行业首条氢能重卡物流示范线，并在国内首次提出“焦炉煤气制氢+加氢服务网点+氢能重卡运营单元”的氢能重卡物流实施路径，主持建设焦炉煤气制氢工程，建成我国钢铁行业首批固定式加氢站以及氢能重卡运输专线，实现了我国“零排放”氢能重卡物流的可持续、规模化、商业化示范运营。
三、钢铁行业氢能产业战略思考
当前，全球主要国家都在加快氢能发展节奏，2023年7月下旬，欧洲氢能“领头羊”德国更新《国家氢能战略》，该战略称，到2030年德国在氢能技术的领先地位将进一步提升，产品供应将覆盖从生产（如电解槽）到各类应用（如燃料电池技术）的氢能技术全价值链；2022年8月，美国《通货膨胀削减法案》为氢能产业链环节提供补贴和贷款，主要包括上游制氢、制氢设备、下游工业示范部门、氢燃料电池车等；2023年6月，日本修订《氢能基本战略》，计划未来15年内投资15万亿日元推动氢能广泛应用。在全球氢能产业快速发展以及碳达峰碳中和目标背景下，我国要立足氢能在钢铁行业应用，面向产业高质量发展，研究认为应采取如下策略：
一是创新氢能产业合作模式，提升氢能经济性。在政策保障方面，钢铁行业应推动有关部门提供氢能政策支持，争取行业氢能示范项目在融资、贷款、利率等方面得到切实优惠。推动建设钢铁行业氢能产业绿色项目库和企业碳账户，为支持氢能产业的钢铁企业提供绿色专项投融资。在产业链协同方面，钢铁企业与氢产业链各环节的企业应加强对接交流，洽谈合作，获取技术支持，拓宽资金渠道，分散投资风险。同时依靠企业间合作、创新运营模式、加强示范应用等多种手段的持续运行，能够降低氢能利用成本。钢铁企业应因地制宜推动氢能应用，推动规模化发展，与上下游企业共同探索形成有效的氢能产业发展的商业化路径。
二是拓展氢在钢铁行业的应用途径，助推氢能产业链协同发展。积极拓展上游制储运加网络建设、下游氢能车辆推广等多元化路径。在产业上游，制氢、储氢、运氢、加氢网络建设属于氢能产业链中技术含量较高、资金要求大的环节，特别是制氢环节。钢铁企业具有以焦炉煤气为代表的工业副产气制氢的生产能力，应充分发挥氢成本低、制氢经验丰富等优势，积极开展制氢项目建设，同时配套建设氢能储运设备和加氢站等基础设施；鼓励搭建统一的新能源产业智能管控平台，实现氢能平台化、智能化、商业化和规模化发展。在产业下游，应用端的商业化前景更为明确且市场规模更大，燃料电池应作为氢能发展重要突破口。特别是在长途重载领域，用氢能重卡逐渐替代传统的燃油重卡已经逐渐成为行业共识。钢铁企业应抓住机遇，在地方补贴政策快速落地的有利前提下，实现氢能重卡布局并进行示范运营。
三是构建“以氢代碳”的氢冶金技术体系，推动氢冶金规模化应用。在充分考虑技术条件和产业特性的基础上，钢铁工业氢能产业应以氢冶金为重心，逐步构建完善技术体系。当前，无论技术成熟度还是经济可行性，国内还不具备大规模发展氢冶金的条件。氢冶金技术应用仍然面临绿氢成本高、技术应用缺乏经验、氢基直接还原铁产品下游市场需求不足等一系列严峻挑战，亟待研究解决。随着氢能产业的蓬勃发展，在产业政策方面，国家将持续推动优化产业政策，激励氢冶金探索性研究和工程示范；在氢能供给方面，氢气来源的拓展和绿电比例的扩大，可以大幅降低氢的供给成本和工程研发示范费用。钢铁企业应瞄准关键共性技术，联合上下游开展协同攻关；钢铁行业应搭建平台，举办氢冶金相关交流会议，展示氢冶金实践成果及低碳发展形象，引领行业发展。
四是建立完善氢能产业标准体系，推进减碳量核算。依托示范工程，加快建立健全我国氢能标准体系，推动绿色氢能减碳标准及机制研究。在氢能标准体系方面，钢铁行业应积极引导企业高质量开展技术创新工作，围绕氢能基础应用，增加标准有效供给，加快氢冶金自主知识产权的转化及推广，氢产业链重点技术装备的计量-检测-认证标准建立，支撑氢能全产业链发展。在减碳核算方面，开发氢能产业项目减碳方法学，开发降碳产品，推进氢冶金、氢能降碳产品的交易。结合碳足迹全生命周期和《低碳氢、清洁氢与可再生氢标准与评价》标准，建立基于钢铁行业氢能产业的碳足迹标准和测量指标，制定氢能产业链发展路径。全国碳市场形成后，要鼓励率先应用氢能技术的示范企业从碳交易中先获益、多获益。
四、结语
氢能对构建清洁低碳、安全高效的能源体系具有重要意义，我国现已迎来氢能产业发展的重要窗口期，氢产业链将实现全方位发展。钢铁行业与氢能产业的结合，是钢铁工业绿色低碳、高质量发展的重要路径，氢冶金将有助于钢铁行业实现深度脱碳。未来钢铁行业氢能产业的发展可参考以下几点：
1）钢铁工业氢能产业应以氢冶金技术体系为重心。国内目前还不具备大规模发展气基竖炉的条件，但随着氢气来源的拓展和绿电比例的扩大，可以大幅降低运营成本，推动氢冶金规模化应用。
2）除了氢冶金技术的推广应用，钢铁工业也在积极拓展上下游产业链发展。对于上游制氢运氢端，钢铁企业具有以焦炉煤气为代表的工业副产气制氢的生产能力，应积极开展制氢项目建设，同时配套建设加氢站等基础设施以便于氢能储运；对于下游用氢端，钢铁企业应充分利用地方补贴政策的优势，用氢能重卡逐渐替代传统的燃油重卡进行运输。
3）建立并完善氢能标准体系，加快氢冶金自主知识产权的转化及推广，支撑氢能全产业链发展。
4）钢铁企业与氢产业链各环节的企业应加强对接交流，与上下游企业共同探索形成有效的氢能产业发展的商业化路径。
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