氢能在钢铁行业中的应用前景之科普篇（下）

咱接着聊！

上回书我们讲到了从原理上可以通过用氢气作为还原气体，将铁矿石还原成铁水，这个过程可以实现低碳冶金。

今天我们聊一聊当天氢气的成本问题。

1、氢气从哪来——灰氢、蓝氢、绿氢

• 化石燃料制氢：通过化石燃料（煤炭、石油、天然气等）燃烧产生的氢气，在生产过程中会有二氧化碳等排放。生产成本较低，制氢技术较为简单，但碳排放量最高。这种类型的氢气占当今全球氢气产量的95%。我们称之为灰氢。
• 工业副产制氢：工业副产氢气或将天然气通过蒸汽甲烷重整、自热蒸汽重整制成的氢气。虽然天然气也属于化石燃料，在生产蓝氢时也会产生温室气体，但是生产过程中使用了碳捕集、利用与封存（CCUS）等先进技术，捕获温室气体，实现了低排放生产。我们称之为灰蓝氢。
• 电解水制氢、光解水与生物质制氢等：是通过使用再生能源（太阳能、风能、核能等）制造的氢气，例如通过可再生能源发电进行电解水制氢，在生产绿氢的过程中基本没有碳排放，因此这种类型的氢气也被称为“零碳氢气”。产品纯度高、无污染，但是高成本了限制其推广。我们称之为灰绿氢。

2、氢在钢铁行业具体应用

高炉富氢冶炼：是指将氢气与现有还原剂混合后，在冶炼过程中所产生的还原反应。该方法可以减少还原反应的碳排放，却不能实现零碳，不过仍可被视为一种渐进式的减碳方案。

这方面，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。目前已经在2500立方的高炉进行试验。

氢直接还原铁：是指通过氢基还原反应直接还原固体铁矿石，该路径有潜力实现几乎完全脱碳。目前，众多钢铁企业已经开始进 行此类技术的试点项目。

这方面，国内的河钢和意大利特诺恩集团合作，在河钢宣钢建设全球首个120万吨氢冶金示范项目，目前已经建成。宝钢湛江的氢基竖炉预计月底也会官宣。

氢熔融还原铁：是指将熔融还原与氢还原相结合，以此来减少焦化和铁矿石烧结前的处理步骤。

这方面，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。

3、成本

根据国际能源署汇总数据，在中国生产氢气各种不同技术路径的成本排序如下：电网电解水制氢成本最高（约 5.5 美元/公斤）; 可再生能源发电制氢成本（约 3 美元/公斤）; 天然气加碳捕捉与贮存制氢（约 2.5 美元/公斤）；天然气制氢（约 1.8 美元/公斤）; 煤制氢（1 美元/公斤）；煤加碳捕捉与贮存制氢 (1.5 美元/公斤）。

按照中国目前氢能市场价格（约每吨6万元人民币或7800欧元），采用氢能炼铁工艺成本比传统高炉冶炼工艺至少高五倍以上。据测算，氢气成本需降至1.26元/标方，或者对吨碳排放征收碳税25元，才能达到氢碳还原平价。

成本是企业为了发展需要考虑的重点因素。如果发展低碳冶金增加了产品成本，降低竞争力的话，这样的低碳技术的生产力是不够顽强的。钢厂现在虽然在做一些尝试，未来之路还需要行业和国家的政策支持。所以，氢冶金——还在路上，钢铁科技工作者，任重道远。

最后，回到上篇的那个Science年度十大科学突破：

近年来，许多勘探者发现，除南极洲以外，从每块大陆上都可以找到大量氢沉积的迹象。这说明，地球上或许蕴藏着巨量氢气，能够满足人类对氢气的需要。另外，从经济成本的角度来看，直接从地球上开采天然氢气，要比制造绿色氢便宜得多。

如果真能发现、探测并实现开采氢气的话，无疑又是一次能源革命了。