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【導語】2020 年 9 月 22 日，習近平總書記在第 75 屆聯合國大會一般性辯論上講話時指出：中國將提高國家自主貢獻力度，采取更加有力的政策和措施，二氧化碳排放力爭于 2030 年前達到峰值，努力爭取 2060 年前實現碳中和。
二氧化碳排放力爭于2030 年前達到峰值，努力爭取 2060 年前實現碳中和，首推其沖就是目前的高耗能和高排放產業，其中電力和工業碳排放占比靠前，而鋼鐵作為工業中占比最大的行業將率先進行行業和技術改革。鋼鐵行業減少碳排放，方法是多樣的，最顯而易見且容易達到的就是壓縮產量，其次優化鋼廠節能管理，降低噸鋼能耗等，而利用技術和工藝從其上游煉鐵和煉鋼開始優化生產流程減少碳排放是目前考慮的最優手段。
壓縮鋼鐵產量，只能是短期內的手段，而調整和優化生產工藝是從行業發展角度，從根本上減少碳排放。據相關機構研究，煉鐵和煉鋼方面可調整實現的工藝就是氫能煉鋼替代原有的煤、焦煉鋼，但氫能煉鋼仍存很多需要突破的地方，如設備、工藝和成本等。氫能具有高能量密度、電化學活性和還原劑屬性， 能夠在鐵還原環節對煤、焦進行規模化替代，實現深度脫碳目標。
爭論到統一的工藝路線
高中物理就認識到3H2+Fe2O3=2Fe+3H2O，3個氫分子和1個三氧化二鐵分子能生成2個鐵原子和3個水分子，而真正具備規模可操作性確是在近幾年，各研究機構和鋼廠也根據自身實際情況給出了相應的操作方案。
2020年11月11日，蒂森克虜伯進行高爐氫利用試驗：“氫氣代替煤通過其中1個風口注入9號高爐，后續計劃逐步將氫氣的使用范圍擴展到9號高爐的全部28個風口，并將從2022年起開始在北萊茵-威斯特法倫州的全部3個高爐生產中使用氫氣，預計可減少20%的二氧化碳排放。”
2019年，薩爾茨吉特鋼鐵與特諾恩成立SALCOS項目。工藝流程：氫氣為還原劑直接還原煉鐵-電弧爐工藝路線。
2017年，奧鋼聯、西門子、Verbund等聯合推進H2FUTURE項目，氫氣替代焦炭冶煉技術，定量對比研究電解槽系統與其他方案在鋼鐵行業應用的技術可行性和經濟性，目標是到2050年減少80%的二氧化碳排放。
2016年，瑞典鋼鐵、瑞典大瀑布電力和瑞典礦業聯合成立了HYBRIT項目，目前處于試驗階段，2035年實現商業化運行。工藝流程：高爐煉鐵過程中用氫氣替代煤和焦炭，氫氣在較低的溫度下對球團礦進行直接還原，并從爐頂排出水蒸氣和多余的氫氣。
通過對已經開始執行和試驗的氫能煉鋼項目研究發現，目前多數項目基礎是以氫代替煤和焦來實現鐵還原，而后通過電爐實現煉鋼，總體路線基本一致。國內很少有直接還原鐵的高爐，原因之一就是缺少高品位礦石。據卓創數據分析，目前國內礦石多為中低品位，高品位礦石短缺，同樣氫能煉鋼同樣面臨此問題，另外就是氫氣來源和經濟性。
成本制約氫能煉鋼
氫能煉鋼，首先要考慮的是能不能？3H2+Fe2O3=2Fe+3H2O告訴我們可以，那么接下來就要考慮的是成本問題。目前氫氣來源是多途徑的，但真正規模實現氫來煉鋼，并達到減少碳排放的目的，需要的氫是藍氫和綠氫，而不是傳統提煉的灰氫和棕氫，那么就需要優化氫的來源的經濟性。
結合目前的實際情況來看，氫氣的來源可多種方式配合。副產氫，主要矛盾點在純度不高和后期逐漸減少，可精煉使用，且后期逐步減少該渠道來源。化石燃料氫，傳統制氫中會大量排放CO2 ，但不符合減碳的目的，在此情況下碳捕捉和封存CCS技術得到了推進，將生產中的副產品CO2有效捕捉、封存和運輸，其中需要完善捕捉技術，還需研發并生產封存CO2的鋼材。水電解，水電解產生的氫完全符合后期規模使用的標準，但其中的關注點在電解的經濟性和電的來源，后期主要降低電解的單位成本的同時解決電的問題，而目前發電方式主要有火力發電和再生資源發電。
火力發電，通過燃燒煤、油等不可再生資源，但發電過程中會產生大量CO2，同樣需要用到碳捕捉和封存CCS技術。再生資源發電，目前可規模實現的主要是水電、風電和太陽能等，其中水電受地理因素限制，不易形成大規模，而有效推進的主要是太陽能和風電，其中市場關注較大的是太陽能，主要通過光伏發電，后蓄電并網等實現電的來源，但利用其電解氫整體成本和規模依舊不足，后期繼續降低發電成本，并形成穩定的電力來源。
由此，多種方式產生的氫可以交叉使用，重點關注的是電解氫的發展，降低成本依舊是主要任務，而推進氫能煉鋼的重點因素就在于成本。
中國氫能煉鋼難關重重
中國2020年全年粗鋼10.53億噸,占全球56.49%，碳排放量占全國碳排放總量的15%左右，是碳排放量最高的制造業行業。如此背景下，氫能煉鋼是減碳的重要手段，甚至一定程度上較其他國家更需要在此方面做出重要突破。
中國氫能煉鋼主要面臨以下幾點困難：1.2020年全年粗鋼10.53億噸，其中9成是轉爐煉鋼，也就是長流程高爐煉鋼，轉化為氫能煉鋼，需解決設備和工藝問題，另外如此大的基數下，高品位鐵礦石也是重中之重，同時改進低品位礦石冶煉技術。2.產能置換背景下大規模轉換為氫能煉鋼是否不妥，據卓創分析，目前氫能煉鋼處于研究和試驗階段，后續真正規模應用還需時間，因此中期生產仍是基于長流程高爐煉鋼。3.氫能的來源問題，電解的電是否要靠光伏，及后續發展，電解氫的成本如何降低。因此，氫能煉鋼在國內處于初期，后續需攻克的難關很多，需要國家、行業和企業共同合作。
針對氫能煉鋼，國內已經開始進行有效探索，例如：2019年，中國寶武與中核集團、清華大學簽訂《核能-制氫-冶金耦合技術戰略合作框架協議》。2020年11月份，河鋼與特諾恩簽訂合同，建設氫能源開發和利用工程。
同時，中國是鋼鐵生產大國，且上下游產業鏈完備，氫能來源需滿足多樣性，降低成本的同時保證能源安全。氫能煉鋼是建立在2030 年前碳達峰和2060 年前碳中和基礎上的技術和行業改革，具備進一步發展的空間，政府、行業和企業需精誠合作。
