鋼鐵行業減碳依賴技術革新，氫冶金是重要技術路徑
鋼鐵行業是碳排放大戶，因此也是碳減排“主戰場”，不少大型鋼鐵企業已經提出“碳達峰碳中和”時間表和路線圖，從路徑上看，鋼鐵行業減碳近中期依托結構調整，遠期則依賴技術革新，而氫冶金是業內公認的重要技術路徑。
鋼鐵行業是碳減排“主戰場”
2021年我國鋼鐵產量13.37億噸，能耗約7.35億噸標準煤，折算二氧化碳排放量約為27億噸，約占全國總碳排放量的17%以上，因此鋼鐵行業是碳減排的“主戰場”。
我國鋼鐵工業二氧化碳排放量高，主要是由于鋼產量大、長流程比例高、能耗偏高、能源結構不優造成的。“實現碳達峰、碳中和是一場廣泛而深刻的經濟社會系統性變革，對鋼鐵行業來講是產業布局的深刻調整。”冶金工業信息標準研究院院長張龍強說。
據不完全統計，截至目前中國已有四家大型鋼鐵企業明確了“碳達峰碳中和”時間表和路線圖。中國寶武2023年實現碳達峰，2050年實現碳中和；鞍鋼集團2025年實現碳達峰，2035年碳排放總量和強度較峰值降低30%；河鋼集團2019年碳排放總量已達峰，2050年實現碳中和；建龍集團2025年總量達到峰值，2060年實現碳中和。
減碳不僅僅是鋼鐵企業本身的任務，已成為上下游產業鏈的共識。以汽車行業為例，奔馳提出全球乘用車工廠于2022年實現生產碳中和，2039年實現整個價值鏈碳中和，所有新車實現零碳排；寶馬提出到2030年平均單車全生命周期碳排放較2019年降低40%，2030年將中國生產鏈的碳排放總量削減80%。
8月4日，河鋼集團與寶馬集團簽署《打造綠色低碳鋼鐵供應鏈合作備忘錄》，2026年起，寶馬沈陽生產基地開始在整車量產過程中使用河鋼基于綠電和電爐等工藝生產的綠色汽車用鋼，按照目前采購計劃，從2026年起每年預計將減少約23萬噸二氧化碳排放。
近中期依托結構調整 遠期依賴技術革新
“當前，關于鋼鐵行業未來發展路徑的研究有很多，但鋼鐵行業要真正實現碳達峰碳中和，必須通過能源結構創新、工藝結構創新和技術創新來實現。”河鋼集團黨委書記、董事長于勇認為。
世界鋼鐵協會北京代表處首席代表鐘紹良認為，鋼鐵工業有六大減碳途徑，短期減碳空間有限，遠期深度減碳依賴于能源和技術革新。
記者梳理上述四家大型鋼鐵企業減碳路徑發現，雖然各自側重點有所差異，但發展方向基本相同，可以分為近期、中期、遠期三個階段，近期側重能效提升；中期側重結構調整；遠期則側重技術突破，主要包括氫冶金、CCUS等。
“能效提升主要是從原料質量、能源效率、工藝收得率以及工藝和設備的可靠性方面入手提升現有設備和技術的能源效率。” 鐘紹良說。
據了解，結構調整主要涉及流程、資源和能源結構幾方面。以流程調整為例，我國高爐-轉爐長流程粗鋼產量約占全國鋼鐵產量的90%，極度依賴煤和焦炭，生產1噸鋼約產生2噸二氧化碳，而廢鋼-電爐短流程主要依賴電能和新能源，噸鋼碳排放遠低于長流程。
“2050年全球廢鋼供應量預計將從目前的7億噸增加到11.5億噸左右，2050年傳統高爐-轉爐流程比重預計從2019年的70%降低到30%。” 鐘紹良說。
氫冶金是未來重要技術路徑
“氫能將在全球脫碳進程中發揮重要作用，綠氫成為全球部署新重點。” 全國氫能標準化技術委員會主任委員馬林聰介紹，我國已發布氫能產業發展中長期規劃，氫能產業加速發展。
東北大學冶金學院教授儲滿生認為，在我國能源轉型中，氫能扮演“高效低碳的二次能源、靈活智慧的能源載體、綠色清潔的工業原料”等多重角色。綠色氫能被認為是無碳經濟的關鍵之鑰，氫冶金被認為是鋼鐵產業低碳綠色轉型的重要技術路徑。
所謂“氫冶金”，就是采用“氫”部分或完全取代“碳”作為鐵礦石的還原劑和過程燃料，實現鐵礦石脫氧過程的技術。以氫代碳，反應的“碳排放”隨之被“水排放”替代。
業內普遍認為，“氫冶金”主要有兩大技術路線，一是高爐富氫冶煉工藝，二是全氫直接還原工藝。富氫冶煉是現階段從“碳冶金”到“氫冶金”的重要過渡和重要突破口，全氫直接還原則符合短流程需求，是鋼鐵脫碳從快速發展到成熟的重要路徑。
“現階段我國鋼鐵行業仍以高爐工藝為主，不宜規模化置換。此外，氫冶金發展還存在不確定性，我國鋼鐵企業目前不宜盲目跟從國外低碳發展路線，應立足實際，不斷夯實研究基礎，探索全產業鏈協同降碳的最優路線，有條件的企業可適度開展氫冶金小規模工業化。”張龍強認為，2040年前后，即最新置換建成和擬建的高爐一代爐役結束之際，我國氫冶金將具備規模化發展條件，氫基直接還原+電爐冶煉將逐步發展為主流工藝路線，占比或將達到60%以上。
“產業界對氫冶金技術需求迫切，而學術研究相對滯后，全氫冶煉研發基礎薄弱。歐盟、日本、韓國等先進產鋼國氫冶金技術和項目起步早，規劃系統。中國氫冶金處于探索起步階段，存在差距，需加快自主知識產權的氫冶金新工藝研發，實現核心技術、關鍵裝備、標準體系、研發平臺和人才隊伍的全面超越。” 儲滿生說。
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