碳中和大背景下，昨晚的《新闻联播》头条点名中国宝武八一钢铁的氢冶金项目，时间高达4分多钟，实属罕见。既然CCTV头条点名，也就意味着成为了钢铁行业碳减排的标杆企业，也是对氢冶金减排新技术的认可和推广。

氢冶金的目的及意义

1.1 氢冶金目的

所谓氢冶金就是在还原冶炼过程中主要使用氢气作还原剂。氢是最活泼的还原剂，在铁氧化物的气-固还原反应过程中，提高气体还原剂中氢气的比例，可以明显提高其还原速率和还原效率。与一氧化碳的还原潜能相比，氢气的还原潜能大大高于一氧化碳。

随着全球二氧化碳减排压力的增大，各国都在寻求低能耗、低污染、低排放的全新发展思路。焦化、烧结和高炉炼铁是钢铁领域CO₂排放量最大的工序，目前，主要从两个方向进行二氧化碳减排的研究：一是减少二氧化碳的需要量，即在现有高炉生产基础上进一步降低焦比和燃料比；二是减少对碳的依赖，采用不含碳或少含碳的还原剂，例如天然气、氢气等。

氢是清洁的能源，用氢气还原氧化铁时，其主要产物是金属铁和水蒸气，排放的尾气对环境没有不利影响，而采用长流程的钢铁厂，吨钢CO₂ 排放量约1600-1800kg，因此，许多国家都在研究用氢进行冶炼的方法。其中瑞典钢铁HYBRIT（突破性氢能炼铁技术）项目使钢铁生产过程中的二氧化碳排放量降至近乎于零，从而引发了钢铁行业技术变革。

1.2 氢冶金的意义

对于钢铁行业，通过先进的技术进一步挖掘传统生产流程的节能减排潜力已经非常有限。全球主要钢铁企业已经充分认识到，只有进行突破性技术研发，通过对工艺流程的变革，才能取得突破性进展。

有专家表示，未来10-20年，采用碳捕获和封存技术可以帮助钢铁行业减少碳排放，但是从20-30年的长期来看，只有采用氢冶金技术才能使钢铁企业满足排放目标。将绿色电力和氢气用于钢铁制造工艺是变革性技术研发的热点之一，近年来国际上涌现出了许多利用氢的研发项目。

2019年，安赛乐米塔尔和米德雷克斯合作，在米德雷克斯位于汉堡的直接还原铁厂附近的一个试验炉中对使用氢作为燃料进行了试验。

奥钢联和美国AK钢铁公司对在高炉中使用由直接还原铁厂生产的热压块铁进行了试验，这也是减少碳排放的一条路径。

欧洲钢铁铁协会表示，欧洲钢铁行业的目标是到2030年将碳排放在现有水平基础上减少30%，到2050年减少80%-95%。包括安赛乐米塔尔、蒂森克虏伯、奥钢联、SSAB、LKAB和Vattenfall在内的欧洲钢铁、矿业和能源企业都在开发以氢为基础的炼钢工艺。

氢冶金是钢铁工业提升基材品质、减少污染排放的全新前沿技术，以氢代替碳是当前低碳发展、能源变革的重要方向，也是钢铁行业绿色化的主要出路。氢冶金技术的开发推广，可以从根本上实现钢铁生产的近零排放。

我国由于废钢及天然气资源短缺，长流程工艺在钢铁工业中占绝对统治地位，但要推进我国钢铁工业的转型升级，就需要进行钢铁工艺流程的再造。因此，完善长流程、发展短流程、推动DR-EAF（直接还原电炉炼钢）短流程的构建，是我国未来钢铁工艺流程再造的发展方向之一。

1.3 氢冶金特点

传统的高炉炼铁法主要是利用一氧化碳气体作还原剂，去除铁矿石中的氧。一氧化碳气体的分子大，所以，难以渗透到铁矿石内部。氢气气体的分子极小，能够很容易渗透到铁矿石内部，其渗透速度约是一氧化碳气体的5倍。因此，高炉使用氢气作还原剂理论上可以实现快速还原。

仅使用H₂还原铁矿石是高吸热的化学反应，在高温下有利于还原，而在低温下则需要较高的H₂浓度，如果高炉里氢含量增加，高炉内就会热量不足，如何防止热量不足是氢还原的关键。

使用CO的还原反应是放热反应，在低温和较低CO浓度下有利于反应发生。

另外在氢还原中，随着铁矿石还原会发生粉化现象，使高炉内气体通路不畅，因此需要研究防止高炉透气性不良的对策。

氢冶金可减少85%以上碳排放

钢铁产业是碳排放大户，随着氢能产业的快速发展与环保政策的日趋严厉，“氢冶金”的概念开始逐步在国内外钢铁企业中受到重视，并逐渐成为解决钢铁产业节能减排最理想的方案之一。

据公开信息显示，我国钢铁工业二氧化碳排放量约占全国二氧化碳排放量的15%，占全球钢铁行业碳排放量的60%以上！因此，降低二氧化碳排放一直是我国钢铁企业的重大任务。

目前，国内高炉富氢冶炼以喷吹焦炉煤气较为典型，与未喷吹焦炉煤气相比，喷吹50m3/tHM焦炉煤气，炉内还原气浓度增加，炉料还原速度加快，焦比降低14.43%，碳排放减少8.61%。综合来看，氢冶金与传统的高炉转炉“碳基冶金”工艺相比，氢冶金可减少85%以上的碳排放。

国外氢冶金发展现状