何為氫冶金？它與傳統煉鐵工藝有何不同？從“碳冶金”到“氫冶金”，意味著怎樣的轉變？它對鋼鐵產業實現高質量發展有著怎樣啟示？帶著這些問題，記者深入氫冶金項目一線進行實地采訪。

二氧化碳減排70%以上

8月3日下午，位于張家口市某氫冶金項目現場，一座118米高的氫基豎爐巍然聳立，豎爐周圍簇擁著水處理、加熱爐、二氧化碳脫除等裝置，高低錯落的通廊、密集架設的管道將各個裝置連接，整套設備平穩運行。這是全球首例采用“焦爐煤氣零重整豎爐直接還原”工藝技術的氫冶金示范工程。經過一段時間運行，今年5月，項目正式實現安全、連續、順利生產。

置身現場，氫冶金與傳統煉鐵工藝在觀感上差別很大。傳統高爐被氫基豎爐取代，一個個銀白色的反應罐，密布的管道和閥門、儀表，也是傳統高爐煉鐵所沒有的，這里更像一座化工廠。

“這些反應罐和管道內流通的是焦爐煤氣，焦爐煤氣經過深度凈化、脫除雜質，加壓進入氫基豎爐內，之后該氣體的主要成分氫將與鐵礦石進一步發生反應?！睔湟苯鹱鳂I區作業長呂同志一邊說，一邊手指管線描述大致流程。

采用氫氣作為還原劑和過程燃料，是氫冶金與傳統高爐煉鐵本質的不同?！案郀t煉鐵是鐵礦石和焦炭反應，將鐵礦石中的氧化鐵還原成單質鐵，變成鐵水。而氫冶金是氫與鐵礦石反應，置換出鐵礦石中的氧，整個過程是氣體與固體的反應。”呂同志將兩種工藝進行對比。

與傳統工藝比，氫冶金在實現傳統化石能源替代的同時，也改變了整個冶金的生產流程。

當前，鋼鐵企業普遍的冶煉工藝是“高爐+轉爐”的模式，在高爐冶煉出鐵水，再經轉爐熔煉成鋼，這種模式被稱為長流程煉鋼。氫冶金技術省去高爐等流程，所產出的DRI（直接還原鐵）產品直接轉入電爐，工藝流程環節減少，復雜度也大大降低。

能源的轉換，加上冶煉流程的縮短，氫冶金帶來最直接的改變是碳排放量的變化。對此，全程參與氫冶金項目的技術中心副主任李同志感受頗深。

“傳統的冶煉工藝，以含碳量高的煤和焦炭作為燃料，每生產一噸鋼，約排放2噸二氧化碳，其中有1.6噸至1.7噸在高爐環節產生。而氫冶金使用的焦爐煤氣，本身含有55%至65%的氫氣，可直接利用，還有15%的甲烷可分解為氫氣和一氧化碳，最終，還原氣體中的氫碳比達到8∶1以上。”作為一名鋼鐵行業的老兵，李同志經歷過高爐煉鐵的鼎盛時代，他直言氫冶金是鋼鐵冶煉的重大技術革新。

一組數據可以說明氫冶金的減排效果。據測算，與同等生產規模的“高爐+轉爐”長流程工藝相比，氫冶金示范工程一期每年可減少二氧化碳排放80萬噸，減排比例達到70%以上，同時二氧化硫、氮氧化合物、煙粉塵排放分別減少30%、70%和80%以上。

為了將減排效果，該氫冶金項目在規劃時，還配套了二氧化碳捕集和精制系統。

在項目現場焦爐煤氣壓縮機東側區域，呂同志告訴筆者，二氧化碳精制過程在這里完成?！拔覀儠湟苯疬^程中產生的部分二氧化碳捕集，進而脫水、加壓，精制成工業級液體二氧化碳和食品級液體二氧化碳，預計生產一噸DRI產品可捕集二氧化碳約125千克，項目可年產二氧化碳副產品約6萬噸。”

當天17時，呂同志趕回氫冶金項目辦公樓，循例參加項目部的會議。會議議題是對整個工藝流程進行再梳理、再優化，發現減碳潛力，探索當前工藝下的降碳極限。呂同志表示，自5月以來，這樣的會議至少是一天一開，目的是努力打造行業首條“零碳”示范產線。

在氫冶金項目辦公樓大廳內，展示著一封5月31日中國鋼鐵工業協會發來的賀信。賀信中說，氫冶金項目一期工程的成功，是由傳統“碳冶金”向新型“氫冶金”轉變的重要里程碑，引領鋼鐵行業邁入“以氫代煤”冶煉“綠鋼”的時代。

低碳“綠鋼”走向世界名企

8月4日，特材研究制造產線上，一塊燒得通體發紅的鍛件被機器從高溫爐內取出，送至鍛壓機下，在工人們的輔助下，鍛壓機開始對鍛件進行錘打，發出震耳欲聾的聲響。這是一種用于制作模具的綠色鋼材，它配加的主要原料是氫冶金項目生產的DRI產品。

模具被稱為工業之母，是制造業不可或缺的生產工具。模具對構型和尺寸精度要求極高，因此模具鋼要求鋼的品質要足夠高、足夠純凈，否則極易引起磨損、裂紋，甚至破型。在特材產品區域，整齊堆疊著剛剛下線的不同規格的模具鋼。說，這些模具材料已達到北美壓鑄協會模具鋼的優質級別，由它制作的模具，應用于特斯拉、大眾新能源汽車等世界馳名企業。“由于質量過硬，該種鋼材今年以來訂單量持續攀升，售價近4萬元/噸?！?/p>

模具鋼是特材

“在碳達峰碳中和背景下，鋼鐵下游行業越來越關注鋼材產品的碳排放量，未來，產品能不能被廣大客戶接納，要看制造流程是否綠色，生產過程是否有減碳措施。”李同志說，如奔馳、寶馬等汽車企業，已經要求鋼鐵供應商提供鋼材產品的生命周期評價報告，明確提出“綠鋼”要求。

“綠鋼”需求無疑是一個好消息，它將氫冶金在綠色低碳方面的優勢，最終轉化成產品上的競爭力。

“下一步，我們將研究生產多種原料結構條件下的DRI產品，提供排放更低、純凈度更高的氫冶金產品，讓綠色制造的含金量更高。”李同志說。

引領未來行業發展風向標

在專業人士看來，氫冶金之所以受到關注，源于鋼鐵行業減排的大背景。數據資料顯示，中國鋼鐵工業碳排放量占全球鋼鐵碳排放量的60%以上，占全國碳排放總量的15%左右，是我國制造業中碳排放量最多的行業。毫無疑問，降低碳排放量，實現碳達峰碳中和目標，鋼鐵行業是主戰場。

外部環境也在促使鋼鐵行業加快降碳步伐。5月17日，歐盟碳邊境調節機制（CBAM）正式生效，這意味著，鋼鐵、水泥等多個行業將被征收“碳稅”。對我國鋼鐵企業來說，如果不能盡快完成降碳目標，未來在國際市場上將面臨很大競爭壓力。

鋼鐵行業降碳該從何處下手？

多年來，傳統的冶煉工藝節能降碳空間幾乎觸碰到了天花板，要實現大規模降碳，需摒棄原有思路，尋找新路徑?！安捎镁G色能源的冶煉工藝將成為鋼鐵業低碳發展的方向，就當前的技術路線來看，氫冶金是未來的方向，至少是方向之一?！睂I人士說。

事實上，氫冶金并不是一門新技術，該技術在歐洲等國家已經發展得相對成熟。氫冶金技術在我國遲遲沒有推開，一個深層次的原因是，過去二十年間，鋼鐵企業更注重提高生產效率和增加產能，而氫冶金是一個小而精的產線，并不適應彼時我國的發展需求。

“當前，我國鋼鐵行業進入新發展階段，總產能達到峰值并逐步開始回落，鋼鐵業開始由量向質的轉變過程，所以氫冶金這種更綠色、更注重質量的技術路線有了生存空間。”李同志說。

談及鋼鐵企業對氫冶金的接受度，李同志表示，當前階段，鋼鐵行業對氫冶金技術還處在觀望期，但對這項技術的接納度要比原來高很多，未來幾年，一些規模比較大的鋼鐵企業會逐步嘗試氫冶金技術。

在我國，對氫冶金的探索已經開始起步。在河北省，根據河鋼集團規劃，預計到2025年，河鋼氫冶金冶煉流程占比將提升到7%左右，2030年進一步提升到10%左右，2050年努力達到30%。

從政策角度，對于發展氫冶金，國家層面已經有了頂層設計。2022年，工信部等幾部委聯合發布《關于促進鋼鐵工業高質量發展的指導意見》，提出將制定氫冶金行動方案，加快推進低碳冶煉技術研發應用。而在國家發改委發布的《氫能產業發展中長期規劃》中則進一步明確，開展以氫作為還原劑的氫冶金技術研發應用，探索氫能冶金示范應用。

能源結構調整支撐鋼鐵低碳轉型

河鋼集團從“碳冶金”到“氫冶金”，不僅是工藝流程上的改變，更被看作鋼鐵行業能源結構調整的標志性事件。

長遠來看，氫能被視為21世紀具發展潛力的能源之一，在碳達峰碳中和大背景下，未來鋼鐵行業無論是能源結構調整還是工藝創新，氫能都是重要方向。

隨著鋼鐵工業進入新舊能源混用階段，氫能逐漸應用于冶金過程中的部分環節。對鋼鐵行業而言，當前階段可以充分利用各類工業副產氫，就近消納，降低氫能供給成本。在中長期，則需要依賴氫能產業的發展和布局，以此支撐鋼鐵工業低碳轉型。

根據河北省新型能源強省建設相關方案，河北將加快構建形成“風、光、水、火、核、儲、氫”多能互補的能源格局，氫能被列為其中重要一極。河北省在全國率先印發實施省級氫能產業發展“十四五”規劃，提出要推動高純氫制備技術、氫燃料電池發動機和整車技術研發，并布局推進第一、二批氫能產業重點項目128個。

在國家層面，近日，國家六部委聯合印發《氫能產業標準體系建設指南（2023版）》。指南系統構建了氫能制、儲、輸、用全產業鏈標準體系，涵蓋基礎與安全、氫制備、氫儲存和輸運、氫加注、氫能應用五個子體系，旨在充分發揮標準對氫能產業發展的規范和引領作用。

政策引領下，河北氫能產業發展呈現出良好勢頭。在唐山，目前國內單體產能最大的電池燃料用氫氣生產項目已投產；在保定，全國首條百輛級別氫能重卡運輸線實現市場化運營。全省正在形成一條完整的氫產業鏈。

在氫產業體系中，可再生能源制氫的前景被廣泛看好。無論是河北在建設新型能源強省中提出“提高清潔高效能源比重”，還是我國氫能產業發展中長期規劃中要求“重點發展可再生能源制氫，嚴格控制化石能源制氫”，都意味著綠氫將迎來蓬勃發展的機遇。

河北省在可再生能源領域已具備一定規模，張家口可再生能源示范區、承德國家可持續發展議程創新示范區、風電制氫綜合利用示范項目、海興光伏“領跑者”基地等一批可再生能源示范項目及配套工程正加快建設，將為綠電制氫產業提供基礎能源。

張家口作為可再生能源示范區，風能、太陽能資源十分豐富。有關專家表示，在未來以清潔能源為主體的大背景下，鋼鐵行業能源系統應以氫能替代為主線，綠電和綠氫的組合可以通用在鋼鐵生產的各個環節。因此，構建以“綠電+綠氫”為核心的能源系統，使鋼鐵擺脫對化石能源的依賴，從源頭上解決碳排放問題，是實現低碳甚至“零碳”排放的一條途徑。