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氫對鋼鐵行業(yè)深度脫碳起決定性作用

2023-07-10 來源:中國能源報作者:仲蕊 瀏覽數(shù):316

近日,自然資源保護協(xié)會(NRDC)發(fā)布的《面向碳中和的氫冶金發(fā)展戰(zhàn)略研究》(以下簡稱《研究》)中提出,當(dāng)前主流的長流程鋼鐵冶

近日,自然資源保護協(xié)會(NRDC)發(fā)布的《面向碳中和的氫冶金發(fā)展戰(zhàn)略研究》(以下簡稱《研究》)中提出,當(dāng)前主流的長流程鋼鐵冶煉工藝是以煤炭作為主要能源和還原劑,生產(chǎn)過程中必然產(chǎn)生大量的二氧化碳。當(dāng)前傳統(tǒng)工藝技術(shù)創(chuàng)新改進難以實現(xiàn)深度脫碳,氫冶金是替代碳還原最為可行的途徑,將對鋼鐵行業(yè)深度脫碳乃至“凈零碳”起到?jīng)Q定性作用。

作為支撐我國國民經(jīng)濟發(fā)展的基礎(chǔ)性行業(yè)之一,鋼鐵行業(yè)是“雙碳”目標下工業(yè)綠色發(fā)展的重要領(lǐng)域,其碳排放總量占全國的15%左右,是占比最高的制造業(yè)。推動“碳冶金”向“氫冶金”轉(zhuǎn)變,有望進一步加快綠色低碳轉(zhuǎn)型,助力氫能與鋼鐵產(chǎn)業(yè)“雙贏”發(fā)展。

已有頂層設(shè)計

《研究》指出,我國鋼鐵工業(yè)生產(chǎn)流程以長流程為主,占比達90%以上,短流程占比10%,直接還原鐵流程基于天然氣儲量比較小,直接還原鐵流程非常少。從碳排放強度來看,長流程噸鋼碳排放強度在2左右,是廢鋼短流程的4倍,是直接還原鐵流程的2倍。

“通過對行業(yè)和工藝現(xiàn)狀機理的綜合分析,我們意識到,基于現(xiàn)有工藝流程,如果依托鋼鐵工業(yè)現(xiàn)有生產(chǎn)工藝難以實現(xiàn)行業(yè)碳中和,必須尋求減煤降碳降焦、能大幅替代化石能源的新型冶煉工藝。因此,基于氫冶金和綠色能源顛覆性冶煉技術(shù)將成為鋼鐵行業(yè)低碳發(fā)展的重要方向。”冶金工業(yè)經(jīng)濟發(fā)展研究中心低碳研究所所長陳瑜指出。

對于發(fā)展氫冶金,國家層面和行業(yè)層面已經(jīng)有頂層設(shè)計,在工信部等三部委聯(lián)合發(fā)布的《關(guān)于促進鋼鐵工業(yè)高質(zhì)量發(fā)展的指導(dǎo)意見》以及“1+N”政策體系中《工業(yè)領(lǐng)域碳達峰實施方案》和《減污降碳協(xié)同增效實施方案》都明確加強氫冶金、富氫冶煉等示范應(yīng)用。在《氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展中長期規(guī)劃(2021-2035年)》中也將氫冶金作為重要的下游應(yīng)用領(lǐng)域。

鋼鐵行業(yè)和企業(yè)積極行動,在氫冶金技術(shù)應(yīng)用和研發(fā)方面已取得一些進展。2022年,中國鋼鐵工業(yè)協(xié)會發(fā)布《鋼鐵行業(yè)碳中和愿景和低碳技術(shù)路線圖》,提出鋼鐵行業(yè)低碳共性技術(shù)清單,涵蓋富氫與全氫氣直接還原技術(shù)、富氫碳循環(huán)高爐技術(shù)、氫機熔融還原技術(shù)這三大氫冶金相關(guān)的重要領(lǐng)域。此外,中國寶武、鞍鋼集團、河鋼集團等大型鋼鐵企業(yè)都將氫冶金作為其中重要的降碳技術(shù)路徑,先后發(fā)布各自的低碳路線圖。

依賴氫能發(fā)展進程

綠色經(jīng)濟化制氫和安全規(guī)模化用氫是發(fā)展氫冶金的關(guān)鍵因素。《研究》指出,“以氫代碳”的富氫或全氫冶金,大規(guī)模經(jīng)濟化的氫源是基礎(chǔ)。目前我國氫氣產(chǎn)量約為3300萬噸,主要以化石能源制氫和工業(yè)副產(chǎn)氫為主,煤制氫和天然氣制氫占比近80%,焦爐煤氣、煉廠干氣等工業(yè)副產(chǎn)氫占比約20%。

“氫冶金能否對鋼鐵行業(yè)碳中和起到關(guān)鍵支撐作用,一定程度上取決于綠氫是否能夠?qū)崿F(xiàn)穩(wěn)定且經(jīng)濟的供應(yīng),通過使用可再生能源制造綠氫,例如通過多種可再生能源互補進行電解水制氫,全過程沒有碳排放,是未來發(fā)展方向。”陳瑜分析認為,“但是目前綠氫成本高、技術(shù)壁壘高難題尚未解決,因此在近中期的示范階段,建議鋼鐵企業(yè)可以充分利用各類工業(yè)副產(chǎn)氫實現(xiàn)就近消納,在中遠期,行業(yè)將依賴于氫能的發(fā)展和布局,利用光伏、風(fēng)能、水電等綠電電解水制氫,支撐我國鋼鐵工業(yè)的氫冶金低碳化轉(zhuǎn)型。”

世界鋼鐵協(xié)會副總干事鐘紹良說:“以前,氫氣在鋼鐵行業(yè)并不是一個重要角色,屬于中間能源介質(zhì),大部分企業(yè)此前將氫氣直接燃燒,最近才把它提煉出來作為還原劑使用。事實上,在當(dāng)前的轉(zhuǎn)型過渡階段,氫在鋼鐵行業(yè)更多仍是以熱源+還原劑形式出現(xiàn),但氫氣能夠扮演純粹的還原劑角色應(yīng)是未來業(yè)內(nèi)所盼。”

中冶京誠工程咨詢部總經(jīng)理、氫能事業(yè)部負責(zé)人李傳民也認為,氫參與還原要超過50%才算氫冶金,如果小于50%則仍是以碳還原為基礎(chǔ)。實際應(yīng)用過程中,氫含量高將提高還原效率,今后要達到全氫水平,在技術(shù)上和材料上應(yīng)該都沒有特別大的障礙。

《研究》進一步指出,氫能規(guī)模化、安全、經(jīng)濟儲運是另一個關(guān)鍵因素。目前運氫方式最為成熟的是采用高壓長管拖車,低溫液氫運輸?shù)年P(guān)鍵設(shè)備技術(shù)已實現(xiàn)國產(chǎn)化。陳瑜指出,需要注意的是,目前可再生能源分布的區(qū)域沒有足夠的鋼鐵需求量支持,如果以制綠氫作為氫源供應(yīng)氫冶金,需要西氫東輸這樣的配套工程來支持東部沿海區(qū)域鋼鐵產(chǎn)業(yè)綠色化發(fā)展。

尋求更多資金支持

《研究》指出,基于氫的新冶金工藝替代傳統(tǒng)化石能源的生產(chǎn)工藝,所需的工藝流程開發(fā)投資十分巨大。李傳民強調(diào),氫冶金工程投資大,在鋼鐵行業(yè)盈利能力比較薄弱的情況下,大規(guī)模投資能否取得足夠的經(jīng)濟效益是行業(yè)面臨的考驗。

同時,經(jīng)濟性是制約鋼鐵行業(yè)氫冶金推廣發(fā)展的又一關(guān)鍵因素,隨著技術(shù)進步,制氫成本逐漸降低,企業(yè)為碳排放支付一定費用時,氫冶金才能顯示出成本優(yōu)勢。《研究》建議,鋼鐵行業(yè)納入全國統(tǒng)一碳市場,統(tǒng)一基準值,以行業(yè)當(dāng)前的噸鋼碳排放強度為基準,以各時間節(jié)點減排幅度為目標,結(jié)合行業(yè)低碳發(fā)展目標及氫冶金等戰(zhàn)略路徑,科學(xué)合理地減少免費配額占比。

目前氫冶金技術(shù)處于發(fā)展初期,很多技術(shù)都處于研發(fā)攻關(guān)階段,難以預(yù)計降碳收益。《研究》建議,行業(yè)主管部門就鋼鐵產(chǎn)業(yè)脫碳發(fā)展設(shè)計專項財稅政策,針對成熟技術(shù)、前沿技術(shù)分別設(shè)定考核指標,給予氫冶金及其他前沿顛覆性技術(shù)的研發(fā)和試點在信貸總量、支持方式和利率上更多支持。

鐘紹良強調(diào),事實上,在歐洲、日韓等國家和地區(qū),氫冶金行業(yè)初期發(fā)展得到政府和金融機構(gòu)大力支持,目前國內(nèi)幾乎沒有專項資金支持,因此在盡快將鋼鐵行業(yè)納入全國統(tǒng)一碳交易市場的同時,應(yīng)爭取綠色金融支持。同時,可以建立氫冶金發(fā)展聯(lián)盟,聯(lián)合制氫、儲氫、用氫單位及金融機構(gòu),共同研究攻堅氫冶金技術(shù)。

 

閱讀上文 >> 破題深度脫碳 氫冶金將成重要發(fā)展方向
閱讀下文 >> 又一個10萬億元大產(chǎn)業(yè)誕生?我國正積極打造綠氫產(chǎn)業(yè)鏈,與你的生活有關(guān)

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