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昨天和大家分享了碳中和背景下的鋼鐵行業(yè)系列的第五部分：氫氣煉鋼的減排原理

今天和大家分享第六部分：氫氣煉鋼的難點(diǎn)

難點(diǎn)1：規(guī)?；脷?氫氣對(duì)碳基還原劑的替代是存在極限值的，尤其是高爐煉鐵工藝。

對(duì)于長流程高爐煉鐵，碳除了作為還原劑，還起到多種關(guān)鍵作用：

①作為燃料，提供高爐冶煉所需熱量，高爐熱量一般由焦炭、噴 吹燃料的燃燒及外部通入的熱風(fēng)提供，其中高爐內(nèi)焦炭燃燒供熱占比高達(dá)75%-80%。

②作為骨架，支撐爐料。

③作為生鐵滲碳的碳源，一般生鐵中碳含量4%，全部來源于焦炭。氫的密度和元素構(gòu) 成顯然無法替代碳的支撐和滲碳作用，炭的使用難以避免，而且氫氣還原是吸熱反應(yīng)，氫氣比例達(dá) 到一定程度后，需要額外供熱來實(shí)現(xiàn)熱量互補(bǔ)，如果這部分熱能來源還是通過碳燃燒，那碳排放只是有增無減。

Fe2O3 + 3H2 → 2Fe + 3H2O ?H＝98.12KJ?

C + O2 → CO2 ?H＝ ? 393.52KJ?

對(duì)于氣基豎爐還原煉鐵工藝，同樣存在滲碳來源、熱量互補(bǔ)問題，而且如果是純氫氣作為還原劑需要對(duì)純氫氣進(jìn)行加壓和加熱，根據(jù)唐玨等于2020年11月在《河北冶金》發(fā)表的《我國氫冶金發(fā)展現(xiàn) 狀及未來趨勢(shì)》一文，氫氣理論上加壓到1MPa以上，加熱到1000攝氏度以上，可以達(dá)到設(shè)計(jì)指標(biāo)，但豎爐如果長期在如此高溫、高壓極限條件下工作，不符合安全目標(biāo)。

因此，在上述問題解決之前，氫氣對(duì)碳基還原劑的替代是存在極限值的，尤其是高爐煉鐵工藝，對(duì)溫度的要求更高，用氫受限程度也因此更大。

難點(diǎn)2：經(jīng)濟(jì)化制氫 除了規(guī)模化用氫，如何實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)地制氫也是一個(gè)難點(diǎn)。

目前已有較為成熟的制氫工藝，按制取原材料分類，氫氣可劃分為灰氫、藍(lán)氫和綠氫，分別指化石燃料制氫、工業(yè)副產(chǎn)氫和可再生能源電解制氫，只有綠氫才是真正零排放制氫方式。

按照化學(xué)反應(yīng)式和原子摩爾質(zhì)量比，可以測(cè)算出還原噸鐵耗氫氣53.6kg，耗碳約321千克。

參考目前焦炭的價(jià)格約2000元/噸，制氫成本參考寶豐能源于2021 年4月19日披露《寧夏寶豐能源集團(tuán)股份有限公司關(guān)于擬對(duì)外投資設(shè)立子公司的公告》，其200MWp 光伏發(fā)電及20000標(biāo)方/小時(shí)電解水制氫示范項(xiàng)目在試生產(chǎn)過程中的氫氣綜合成本，即 1.34 元/標(biāo)方。

考慮碳元素在焦炭比例約85%，則還原噸鐵的碳、氫氣成本約為756、804元/噸，可見，若不考慮還原劑變化帶來的其他成本變動(dòng)，氫氣作為還原劑的經(jīng)濟(jì)性尚不及碳。

據(jù)測(cè)算，氫氣成本需降至1.26元 /標(biāo)方，或者對(duì)噸碳排放征收碳稅25元，才能達(dá)到氫碳還原平價(jià)。寶豐能源披露遠(yuǎn)期氫氣綜合成本可降至0.7元/標(biāo)方，屆時(shí)噸鐵氫還原成本或降至420元/噸，若能實(shí)現(xiàn)，將大大增強(qiáng)氫還原的經(jīng)濟(jì)性。

除經(jīng)濟(jì)地“脫碳”制氫外，其大規(guī)模儲(chǔ)運(yùn)至今仍是工業(yè)上的難題。

由于氫氣特殊的物理化學(xué)性質(zhì)---密度不足空氣的1/15，且易燃易爆，因此儲(chǔ)運(yùn)需要極其特殊的條件，目前儲(chǔ)氫方法主要分為氣態(tài)、液態(tài)和固體儲(chǔ)氫三種。

低溫液態(tài)儲(chǔ)氫由于價(jià)格昂貴，目前主要在航天領(lǐng)域應(yīng)用；有機(jī)液態(tài)和固態(tài)儲(chǔ)氫尚處于示范階段，還未成熟；高壓氣態(tài)儲(chǔ)氫盡管已得到廣泛應(yīng)用，但由于體積比容量較低，不適用于大規(guī)模用氫場(chǎng)景，目前主要在燃料電池車應(yīng)用。

氫氣的運(yùn)輸同樣是個(gè)問題，由于氫能產(chǎn)業(yè)尚未成熟，氫氣運(yùn)輸成本和前期建設(shè)較高，而運(yùn)力較低，經(jīng)濟(jì)性有待提升。

盡管在當(dāng)前的技術(shù)水平和產(chǎn)業(yè)發(fā)展程度下，要徹底地實(shí)現(xiàn)氫氣煉鋼尚存諸多難題，通過氫氣煉鋼來經(jīng)濟(jì)地大幅降低鋼鐵行業(yè)碳排放恐難以實(shí)現(xiàn)。但正視當(dāng)下困難的同時(shí)，也要看到氫氣煉鋼的發(fā)展?jié)摿Γ粴涔に囀乾F(xiàn)階段氫氣煉鋼可著眼的發(fā)展方向。

碳中和背景下的鋼鐵行業(yè)系列的第六部分的內(nèi)容就分享到這里，明天和大家分享第七部分的內(nèi)容：現(xiàn)階段氫氣煉鋼發(fā)展方向

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