【导语】2020 年 9 月 22 日，习近平总书记在第 75 届联合国大会一般性辩论上讲话时指出：中国将提高国家自主贡献力度，采取更加有力的政策和措施，二氧化碳排放力争于 2030 年前达到峰值，努力争取 2060 年前实现碳中和。

二氧化碳排放力争于2030 年前达到峰值，努力争取 2060 年前实现碳中和，首推其冲就是目前的高耗能和高排放产业，其中电力和工业碳排放占比靠前，而钢铁作为工业中占比最大的行业将率先进行行业和技术改革。钢铁行业减少碳排放，方法是多样的，最显而易见且容易达到的就是压缩产量，其次优化钢厂节能管理，降低吨钢能耗等，而利用技术和工艺从其上游炼铁和炼钢开始优化生产流程减少碳排放是目前考虑的最优手段。

压缩钢铁产量，只能是短期内的手段，而调整和优化生产工艺是从行业发展角度，从根本上减少碳排放。据相关机构研究，炼铁和炼钢方面可调整实现的工艺就是氢能炼钢替代原有的煤、焦炼钢，但氢能炼钢仍存很多需要突破的地方，如设备、工艺和成本等。氢能具有高能量密度、电化学活性和还原剂属性， 能够在铁还原环节对煤、焦进行规模化替代，实现深度脱碳目标。

争论到统一的工艺路线

高中物理就认识到3H2+Fe2O3=2Fe+3H2O，3个氢分子和1个三氧化二铁分子能生成2个铁原子和3个水分子，而真正具备规模可操作性确是在近几年，各研究机构和钢厂也根据自身实际情况给出了相应的操作方案。

2020年11月11日，蒂森克虏伯进行高炉氢利用试验：“氢气代替煤通过其中1个风口注入9号高炉，后续计划逐步将氢气的使用范围扩展到9号高炉的全部28个风口，并将从2022年起开始在北莱茵-威斯特法伦州的全部3个高炉生产中使用氢气，预计可减少20%的二氧化碳排放。”

2019年，萨尔茨吉特钢铁与特诺恩成立SALCOS项目。工艺流程：氢气为还原剂直接还原炼铁-电弧炉工艺路线。

2017年，奥钢联、西门子、Verbund等联合推进H2FUTURE项目，氢气替代焦炭冶炼技术，定量对比研究电解槽系统与其他方案在钢铁行业应用的技术可行性和经济性，目标是到2050年减少80%的二氧化碳排放。

2016年，瑞典钢铁、瑞典大瀑布电力和瑞典矿业联合成立了HYBRIT项目，目前处于试验阶段，2035年实现商业化运行。工艺流程：高炉炼铁过程中用氢气替代煤和焦炭，氢气在较低的温度下对球团矿进行直接还原，并从炉顶排出水蒸气和多余的氢气。

通过对已经开始执行和试验的氢能炼钢项目研究发现，目前多数项目基础是以氢代替煤和焦来实现铁还原，而后通过电炉实现炼钢，总体路线基本一致。国内很少有直接还原铁的高炉，原因之一就是缺少高品位矿石。据卓创数据分析，目前国内矿石多为中低品位，高品位矿石短缺，同样氢能炼钢同样面临此问题，另外就是氢气来源和经济性。

成本制约氢能炼钢

氢能炼钢，首先要考虑的是能不能？3H2+Fe2O3=2Fe+3H2O告诉我们可以，那么接下来就要考虑的是成本问题。目前氢气来源是多途径的，但真正规模实现氢来炼钢，并达到减少碳排放的目的，需要的氢是蓝氢和绿氢，而不是传统提炼的灰氢和棕氢，那么就需要优化氢的来源的经济性。

结合目前的实际情况来看，氢气的来源可多种方式配合。副产氢，主要矛盾点在纯度不高和后期逐渐减少，可精炼使用，且后期逐步减少该渠道来源。化石燃料氢，传统制氢中会大量排放CO2 ，但不符合减碳的目的，在此情况下碳捕捉和封存CCS技术得到了推进，将生产中的副产品CO2有效捕捉、封存和运输，其中需要完善捕捉技术，还需研发并生产封存CO2的钢材。水电解，水电解产生的氢完全符合后期规模使用的标准，但其中的关注点在电解的经济性和电的来源，后期主要降低电解的单位成本的同时解决电的问题，而目前发电方式主要有火力发电和再生资源发电。

火力发电，通过燃烧煤、油等不可再生资源，但发电过程中会产生大量CO2，同样需要用到碳捕捉和封存CCS技术。再生资源发电，目前可规模实现的主要是水电、风电和太阳能等，其中水电受地理因素限制，不易形成大规模，而有效推进的主要是太阳能和风电，其中市场关注较大的是太阳能，主要通过光伏发电，后蓄电并网等实现电的来源，但利用其电解氢整体成本和规模依旧不足，后期继续降低发电成本，并形成稳定的电力来源。

由此，多种方式产生的氢可以交叉使用，重点关注的是电解氢的发展，降低成本依旧是主要任务，而推进氢能炼钢的重点因素就在于成本。

中国氢能炼钢难关重重

中国2020年全年粗钢10.53亿吨,占全球56.49%，碳排放量占全国碳排放总量的15%左右，是碳排放量最高的制造业行业。如此背景下，氢能炼钢是减碳的重要手段，甚至一定程度上较其他国家更需要在此方面做出重要突破。

中国氢能炼钢主要面临以下几点困难：1.2020年全年粗钢10.53亿吨，其中9成是转炉炼钢，也就是长流程高炉炼钢，转化为氢能炼钢，需解决设备和工艺问题，另外如此大的基数下，高品位铁矿石也是重中之重，同时改进低品位矿石冶炼技术。2.产能置换背景下大规模转换为氢能炼钢是否不妥，据卓创分析，目前氢能炼钢处于研究和试验阶段，后续真正规模应用还需时间，因此中期生产仍是基于长流程高炉炼钢。3.氢能的来源问题，电解的电是否要靠光伏，及后续发展，电解氢的成本如何降低。因此，氢能炼钢在国内处于初期，后续需攻克的难关很多，需要国家、行业和企业共同合作。

针对氢能炼钢，国内已经开始进行有效探索，例如：2019年，中国宝武与中核集团、清华大学签订《核能-制氢-冶金耦合技术战略合作框架协议》。2020年11月份，河钢与特诺恩签订合同，建设氢能源开发和利用工程。

同时，中国是钢铁生产大国，且上下游产业链完备，氢能来源需满足多样性，降低成本的同时保证能源安全。氢能炼钢是建立在2030 年前碳达峰和2060 年前碳中和基础上的技术和行业改革，具备进一步发展的空间，政府、行业和企业需精诚合作。