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在全球气候变化和能源转型的背景下，各国都高度重视无碳低碳能源的开发利用。氢能被视为21世纪具有发展潜力的清洁能源，由于其来源多样、清洁低碳、灵活高效、应用场景丰富，已被多个国家纳入国家能源战略部署。
所谓氢冶金，就是在还原冶炼过程中使用氢气作为还原剂。目前主要有高炉富氢冶炼和氢气直接还原工艺。我国高炉富氢冶炼的研究与实践主要是向高炉内注入富氢气体，如焦炉煤气、天然气等；氢气直接还原工艺主要利用焦炉煤气开发氢基竖炉直接还原。
由于我国废钢和天然气资源紧缺，长流程工艺在钢铁行业占据绝对主导地位。但是，要推动我国钢铁工业转型升级，就必须对钢铁工艺进行再造。
我国钢铁企业氢冶金的进展与成就
中国宝武
2019年1月，中国宝武、中核集团、清华大学签署《核能—制氢—冶金耦合技术战略合作框架协议》，共同打造核氢冶金产业联盟。据测算，一座60万千瓦的高温气冷堆机组可满足180万吨钢铁对氢气、电力和部分氧气的需求，每年可减少二氧化碳排放约300万吨，降低能源消耗100万吨标准煤。
2020年7月，中国宝武在八钢进行了富氢碳循环氧气高炉工艺试验。脱碳煤气接入富氢碳循环高炉，与脱碳气前的富氢碳气相比，每吨循环高炉铁的燃料比下降了近45公斤，比传统高炉减少了30%的二氧化碳排放量。传统的高炉是由热风炉生产的，由于高炉煤气中含有大量的氮气，不具备脱碳回收利用价值，这也是传统高炉实现碳减排的最大难点，2021年7月，八钢富氢碳循环高炉实现二期50%富氧目标（一期35%）。后期，八钢富氢碳循环高炉将通过技术升级优化实现氧气冶炼目标。
2021年1月，中国宝武宣布力争2023年碳达峰、2035年减碳30%、2050年碳中和。
鞍钢集团
鞍钢集团正积极布局氢冶金相关技术研究。2021年7月，鞍钢、鞍山钢铁、中科院过程所、中科院大化所、上海大学签署五方联合研发协议关于“绿色氢能冶金技术”，推动绿色氢冶金技术的开发和应用，主要包括风电+光伏（Green Power）-电解水制氢（Green Hydrogen）-加钒的氢冶金工艺用于储能和调峰的电池。
2021年5月，鞍钢宣布计划到2025年实现碳达峰，到2030年实现低碳冶金前沿技术产业化突破，碳排放总量较2035年峰值下降30%，力争成为我国钢铁行业首批实现碳中和的大型钢铁企业。
河钢集团
2019年3月，河钢集团与中国工程院战略咨询中心、中国钢研、东北大学签署合作协议，成立氢能技术与产业创新中心，研究氢能等氢能利用领域生产、储运和加氢。
2019年11月，河钢集团与意大利特诺恩集团合作，利用世界最先进的制氢和氢还原技术，在河钢宣钢建设全球首个120万吨氢冶金示范项目。从2021年5月份开始，全年碳减排率有望达到60%。该项目利用风能、光能等可再生能源，并使用含氢量在70%左右的补充气源作为还原剂，生产1吨直接还原铁仅产生250公斤二氧化碳，产生的二氧化碳被选择性回收。
2020年11月，河钢集团与意大利特诺恩集团签订合同，建设高科技氢能开发利用项目，其中包括年产60万吨的ENERGIRON直接还原装置。
2021年3月，河钢与必和必拓签署了氢直接铁还原技术、钢渣处理及回收技术等重点领域合作备忘录。
2021年3月，河钢宣布计划在2022年实现碳达峰，碳排放较2025年达峰减少10%以上，碳排放较2030年达峰减少30%以上，2050年实现碳中和。
包钢集团
2021年5月，包钢宣布计划在2023年实现碳达峰，2050年实现碳中和。
2021年8月，包钢集团与亿利集团、西部天然气公司签署战略合作协议。以包钢集团氢气冶金工艺路线为基础，利用亿利集团制氢优势和西部天然气公司管网输气优势，形成光伏制氢、管道制氢、绿色氢气冶炼的共同体，探索发展氢能重卡等终端应用产业。
建龙集团
2021年4月13日，建龙集团总投资10.9亿元，占地240余亩的内蒙古CISP科技有限公司年产30万吨富氢熔炼还原法生产高纯铸铁试验成功，生产了156吨铁。
该项目通过氢冶金与冶炼还原相结合，加强焦炉煤气综合利用，促进传统碳冶金向氢冶金转化，可有效减少二氧化硫和氮氧化物约38%，减少粉尘89%。该项目的研发分为3个阶段。目前处于第一阶段，可实现年喷氢1万吨，每年减少二氧化碳排放11.2万吨。
酒钢集团
2020年10月，酒钢建成首个煤基氢冶金中试装置及配套干磨干选试验装置。它以高炉煤气灰为原料。回转窑投产后，料层碳气化反应良好，有效减少回转窑内的
煤基氢冶金工艺流程短，监测点少，水循环和水处理设施规模小，烟气排放量少，可降低能耗50%以上。
京华日钢控股集团有限公司
2020年5月，公司与中国钢研签订《年产50万吨氢冶金及高端钢材制造项目合作协议》，针对氢冶金新工艺-设备-品种-用户应用目标，以我国自主知识建设第一条（套）年产50万吨氢冶金和高端钢铁生产线，其中使用的氢气是从以天然气为原料生产醋酸乙烯酯的共生产品中提取的。
山西中晋太行矿业有限公司
中晋太行矿业有限公司于2017年8月在山西省左权县龙泉乡循环经济工业示范园开工建设煤气基竖炉直接还原铁工艺项目，项目投资约7.5亿元。采用优质铁精粉和焦炉煤气（配套建设100万吨焦化项目），年产优质高纯直接还原铁30万吨。2021年6月试制成功，海绵铁合格。
对我国钢铁工业氢冶金的建议
一是国家政策倾向于解决资金问题。
氢冶金研究和技术创新需要大量资金。同时，向氢能转型需要投资太阳能和风能发电，钢铁企业可能面临更大的资金压力，需要国家政策倾斜。
二是降低氢气成本。
在炼钢过程中（包括生产直接还原铁），企业使用蓝氢（使用化石燃料制氢，并使用碳捕获和碳储存）和绿氢成本高且缺乏竞争力，直接还原铁厂一般使用天然气，通常位于天然气便宜的地区，如中东和美国。目前，如果想在使用氢气冶炼或生产直接还原铁方面具有竞争力，那么氢气的价格应该低于2美元/公斤，最好低于1美元/公斤。
此外，还需要考虑氢气的来源、运输和储存。其中，氢的来源主要包括利用钢铁厂焦炉煤气制氢和电解水制氢，水电解制氢的电力来源应为绿色能源，如核电、水电、风电等。
三是解决氢炼铁技术难题。
一是需要耐氧氢燃烧和超高温的风口。如果直接使用现有的风口，风口的熔损就会成为问题，需要开发新的风口。例如，氧气采用其它喷枪，引入到炉下部内，控制燃烧焦点的位置。
二是没有焦炭导致的炉料下降、透气性和透液性的问题，在低温约900摄氏度以下利用氢快速还原很重要，所以*好在炉料熔融开始前熔化区(炉下部的氧—氢燃烧带)阶段一次熔化，这就需要研究*佳的炉料形状并改善还原性状等。
三是考虑氢的危险性。
除上述因素外，企业还必须考虑氢气管道的安全性，构建安全的氢气储运和注入系统。
四是利用焦炉煤气发展非高炉炼铁技术（氢冶金直接还原）。
近年来，在天然气产量丰富的国家和地区（如中东、美国、南美、东南亚、非洲），DR-EAF（直接还原-电炉）短流程发展迅速。
其中，气基竖炉直接还原铁电炉炼钢年产量已经达到2000万吨以上。美国有廉价且丰富的页岩气资源，DR-EAF短流程已步入常态化发展。例如，欧洲奥钢联公司在美国得克萨斯州建造了一座年产200万吨HBI（热压块铁）直接还原铁厂，其产品将被运回奥地利，供林茨钢铁厂使用。印度由于炼焦煤气短缺，采用煤基+气基两种工艺生产直接还原铁，之后进行电炉炼钢，这使印度成为全球直接还原铁生产大国。
这些国家的生产实践证明，DR-EAF短流程具有建设成本低、能耗低、二氧化碳排放低的特点。得到了钢铁行业的普遍认可。但是，发展DR-EAF的前提是要有充足的天然气资源支持。
我国虽然天然气资源比较匮乏，但焦炉煤气量却很大。焦炉煤气含有60%的氢气，是一种化学能较高的气体资源。焦炉煤气用作燃料时效率低下，应用作还原剂。焦炉煤气直接还原铁是氢冶金在钢铁工艺再造中的应用，氢冶金在冶金过程中不接触焦炭。生产的直接还原铁为高纯铁，产品质量高，有利于电炉生产高纯钢。
此外，随着大规模工业化经济制氢（基于太阳能、风能、水能、海洋、地热能的零排放经济制氢）和储氢技术的发展，全氢竖炉直接还原技术将成为发展趋势进一步发展。
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