我国钢铁行业氢基冶炼技术研发与产业化处于关键窗口期

氢基冶炼属于推动钢铁行业节能降碳的颠覆性技术，已成为钢铁行业实现碳中和目标的关键，担负着实现钢铁行业“零碳”排放的重任，目前全球主要产钢国都在加紧研发氢基冶炼技术。赛迪研究院节能与环保研究所在认真分析各国钢铁行业氢基冶炼技术进展的基础上认为，该技术目前尚处于研发试验阶段。我国作为世界第一产钢大国，钢铁行业低碳转型压力巨大，企业降碳需求迫切，而且已经具备开展该技术研发的基础条件，应当加大研发力度，加快产业化落地步伐。

一、钢铁行业氢基冶炼技术研究进展的三个判断

冶炼技术可分为碳冶金和氢冶金。碳冶金以碳作为还原剂并生成大量二氧化碳，氢冶金以氢气作为还原剂并生成水，二氧化碳排放量为零。当前钢铁行业主流冶炼技术为碳冶金，用焦炭作为还原剂的炼铁工序碳排放占到行业碳排放的73.1%，钢铁行业要实现碳中和，氢基冶炼技术路线势在必行。

从发展阶段看，世界氢基冶炼技术尚处于研发试验阶段。氢基冶炼技术起步于20世纪初，将氢冶炼作为钢铁行业实现显著降碳的颠覆性技术已得到普遍认可，主要产钢国均在积极布局。从全球氢基冶炼技术研发和试验项目进展看（见附表），在2025年前大多处于研发与开展工业试验阶段；到2030年，将实现以工业副产氢气作为还原剂，在传统高炉-转炉长流程工艺上实现产业化应用；到2050年，实现以水电、核能、风电、光伏等清洁能源制氢作为还原剂，氢基竖炉得到更好发展，零碳工厂有望实现。

从冶炼用的氢气还原剂来源看，主要有三条获取路径。一是从焦炉煤气、高炉煤气中提取工业副产氢，即通常所说的灰氢。我国以及日本均在利用灰氢发展氢基冶炼技术路线进行了大量研究，该路线能降低高炉-转炉长流程钢铁生产工艺30%左右CO2排放。二是利用天然气制氢。天然气资源比较丰富的欧洲国家在积极探索天然气制氢用于氢基冶炼技术路线。三是利用水电、核能、风电、光伏等可再生能源制氢。我国以及瑞典、德国、奥地利、韩国等国家均在积极研究并布局工业试验项目。

从试验项目开展情况看，产业化落地需要多方协同推进。分析现有试验项目可发现，钢铁氢基冶炼不仅涉及钢铁冶炼技术、装备研发，还涉及氢能源制取、存储和运输。根据不同的制氢路线，还会涉及天然气、水电、核电、风力发电和光伏发电等能源领域，需要配套焦炉煤气制氢、天然气制氢、清洁能源制氢、储能等配套项目。推进钢铁行业氢基冶炼产业化需要钢铁、能源、电力等多方形成合力，协同推进。

二、对我国推动氢基冶炼技术研发与产业化示范的三点认识

我国有必要也有基础抢占钢铁氢基冶炼技术制高点。一是落实我国双碳战略的需要。钢铁行业是减碳重点领域，在国务院印发的《2030年前碳达峰行动方案》中提出，在钢铁行业探索开展氢冶金试点示范，为碳中和打下坚实基础。二是提升国际竞争力的需要。2022年3月欧盟碳边境调节机制（欧盟碳关税）在欧盟理事会获得通过，初始覆盖行业为钢铁、水泥、化肥、铝和电力。这一机制将行业碳排放技术优势转变为产业竞争优势，将对钢铁国际贸易产生重大影响。我国钢铁行业必须迅速行动起来。三是我国有基础抢占钢铁行业氢基冶炼技术制高点。在氢基冶金方面，我国钢铁企业积极布局，钢企、科研机构、上下游企业等多种主体联合成立了一批领先的低碳冶金研究机构。宝武、河钢、建龙等龙头企业已经开始实施试验项目，对比其他主要产钢国，我国更具政策和产业优势，有望率先实现产业化应用。

基于我国钢铁产业以长流程为主的现实和降碳需求，短期内应重点攻克高炉富氢冶炼，中远期突破绿氢直接还原工艺。我国钢铁产业高炉-转炉长流程工艺当前占比约90%，钢铁工艺技术和制造装备的转变需要较长时间。可以预测，在未来 10-20年内，我国钢铁产业仍将以长流程工艺为主。因此，在布局钢铁行业氢基冶炼技术路线时，应兼顾长短流程，既要加大研发力度尽快攻克高炉富氢冶炼，助力长流程工艺降碳，也要考虑流程结构调整和我国资源禀赋，围绕非高炉炼铁和电炉炼钢，布局绿氢直接还原技术路线，重点研究 “核能-氢气-冶金”、“水电-氢气-冶金”、“风电-氢气-冶金”、“光伏-氢气-冶金”等绿氢冶炼技术。

氢能产业顶层规划出台，钢铁行业氢基冶炼低成本获取氢能的难题有望破解。在双碳背景下，氢能产业已经成为我国能源战略布局的重要组成部分。3月份，国家发改委、国家能源局联合印发《氢能产业发展中长期规划（2021-2035 年）》，提出到2025年要形成较为完善的氢能产业发展制度，氢能示范应用取得明显成效，初步建立以工业副产氢和可再生能源制氢就近利用为主的氢能供应体系，并将氢基冶金作为氢能产业化应用的一个重要场景加以支持。预计，各地支持氢能发展的政策措施会密集出台，随着氢能试点项目的上马，氢能利用的经济性会持续提升。钢铁企业利用副产氢开展氢基冶金研发与实践，将成为重要应用场景。同时，开展可再生能源制氢，进一步发展绿氢冶金，建设零碳示范工厂进程将加快实现。

三、几点建议

系统谋划，做好顶层设计。一是研究制定钢铁行业氢冶金行动方案，组织相关专家研究制定适合我国国情的氢基冶炼技术路线，确定关键技术重点研发计划，部署重点试验示范项目推进计划。集中国家、行业、企业等多方力量合力推进重点技术突破，为我国钢铁行业氢基冶炼提供思路和引领。二是建议相关部门协调好能源、物流、安全等相关工作，推动钢铁、能源、电力等领域协同发展。三是研究探索“工业副产氢+可再生能源发电制氢+氢能冶炼”全产业链发展的支持性政策。

重点突破，加快研发核心关键技术与装备。一是建议梳理我国钢铁氢基冶炼关键核心技术，形成钢铁行业氢基冶炼需突破的核心关键技术研发清单。二是建立钢铁行业氢基冶炼技术研发创新联盟，基于主要技术路线培养若干研发组织，持续深耕，争取突破。三是充分发挥市场化机制作用，进一步优化金融资源和人才资源的配置，降低技术产业化成本，逐步提高氢冶炼技术工艺市场竞争力。四是强化国际合作，进一步聚焦重点研发环节，强化包括理念、科研、技术、路径及管理方法等在内的国际交流，推动国际深度合作。

有序推进，做好试点示范。一是统筹考虑氢原料供应能力、钢铁产业基础、市场空间和技术创新水平，遴选一批技术创新基础好、产业化应用条件比较成熟的试验项目，重点支持，积极有序地开展氢基冶炼技术应用示范。二是协同推进氢能制取、储运、应用等基础设施建设。三是鼓励开展商业模式创新。通过示范项目挖掘氢能应用潜力、应用场景，创新商业模式。四是加大政策支持，重点针对氢能成本偏高这一核心问题，采用财政补贴、税收减免、绿色金融等多种手段，确保产业化示范项目的落地。五是做好示范引导。及时进行试点项目总结，结合试点中的经验教训，出台针对性强、可落地的支持政策，加快推动氢基冶炼产业化发展。