钢铁行业将有广泛绿氢应用场景
发布日期：2021/6/17 Tag：钢铁行业绿氢推广
近日，贵州、山东等多地发文要求“两高”（高耗能、高排放）行业低碳绿色转型。贵州省人民政府印发的《关于加强“两高”项目管理的指导意见》提出，到2025年，重点“两高”行业碳排放强度明显下降，绿色低碳发展能力显著增强；山东省《全省“两高”行业能效改造升级实施方案》则明确，“两高”行业要开展绿色低碳技术攻关，推广绿色低碳技术成果。
根据生态环境部2021年6月发布的《关于加强高耗能、高排放建设项目生态环境源头防控的指导意见》，“两高”项目暂按煤电、石化、化工、钢铁、有色金属冶炼和建材等6个行业类别统计，其中，钢铁行业作为国民经济支柱产业，有着迫切的低碳转型需求，而绿色氢能的应用，将是其转型的重要路径。冶金工业规划研究院党委书记李新创在接受媒体采访时表示，在日益严峻的低碳转型压力下，中国钢铁行业将有广泛绿氢应用场景。
“双碳”关键领域 钢铁行业绿氢应用广阔
当前，我国正在加快制定碳达峰碳中和“1+N”政策体系。通过绿色低碳转型实现“双碳”目标，已成为各行各业发展的使命，其中，钢铁行业是这一转型进程中的重要领域。据李新创介绍，中国钢铁行业体量基数大，能源消费结构中煤炭和焦炭消费占主导，落实“双碳”目标时间短、任务重，技术创新是钢铁低碳转型的硬支撑，也是推进落实“双碳”目标的关键。
在李新创看来，氢能在钢铁行业的应用，主要包括氢冶金、氢能交通和轧钢生产3个领域。
在氢冶金领域，李新创表示，氢能用于钢铁冶炼，能够从源头上实现低碳炼铁，在冶炼过程中具有多个应用方向。在烧结工序，氢气可以作为烧结燃料，降低焦粉/煤粉等高碳能源消耗；在高炉工序，氢气可以作为还原剂用于高炉喷吹。此外，氢能还可以应用于直接还原和熔融还原炼铁等非高炉炼铁工艺。
在氢能交通领域，钢铁行业属于重物流行业，长流程钢铁企业吨钢物流需求可达粗钢产量的4倍～5倍，中国钢铁行业年对外运输量可达40亿吨～50亿吨。“氢能作为传统能源的有效替代能源，能够为钢铁行业绿色低碳发展提供交通物流环节的有效支撑。”李新创表示，除商用车领域氢能源对传统能源的替代外，钢铁企业所运用的非道路移动机械、铁路机车等消耗传统能源环节均可作为氢能源的应用场景。
而在轧钢生产领域，李新创指出，氢能主要用于冷轧产线，冷轧退火工序需要氢气作为退火保护气体。他表示，“例如，罩式退火炉一般会采用氢气或氢氮混合气体作为保护气，全氢罩式退火炉氢气消耗量约为3m3/t～4.5m3/t；连续退火机组或者镀锌机组等产线中退火炉炉内气体通常也是由氮气和氢气组成的还原性保护气体，且为了保证一定的炉压需要持续注入，连续退火炉氢气消耗量约为1m3/t～1.5m3/t。”
机遇挑战并存 亟须推动关键技术示范
近年来，随着氢能产业发展逐渐步入快轨，氢能在钢铁行业应用的探索也开始提上日程。李新创表示，在低碳转型的背景下，绿氢已在钢铁行业中有诸多应用场景，但同时也面临着诸多挑战和困境。比如在氢冶金领域，由于绿氢生产、储存和运输成本高，与常规化石能源相比，绿氢在冶金利用方面经济性差且竞争力弱。
“氢冶金属于前沿性创新技术，仍需要进行大量科技攻关，部分核心装备国产化水平低。”李新创认为，当前，能够用于冶金的绿氢资源少，国内工业含氢尾气均已有相应利用途径，若用于发展氢冶金，存在前期项目投资折损的潜在风险。
在氢能交通领域，李新创表示，交通物流作为钢铁的强相关行业，是氢能源替代传统能源的重要环节，但现阶段受制于技术、产业、成本、政策及标准等诸多环节的制约，造成氢能交通在钢铁行业应用面临诸多掣肘。其中，技术方面，氢燃料电池作为氢能商用车的核心部件，其主要原材料碳纸、催化剂等均依靠进口；产业方面，氢能产业链供应链体系至今不够健全，制氢、储氢、输氢和加氢没有形成完备高效的供应链体系及成熟技术支撑；成本方面，氢燃料电池的燃料电池堆催化剂目前普遍采用贵金属铂和柔性石墨双极板，技术难度高，产业化程度不足，导致电堆总体成本较高；政策和标准方面，系统性的氢能政策亟待落地，氢能交通环节的相关标准亟须完善补充。
推动绿氢实现大规模商业化应用
对于绿氢的获取，李新创认为，绿氢是指利用核能与可再生能源等无碳能源通过电解水等手段制取的氢气，制氢过程不产生碳排放。“绿氢要在碳中和路径中充分发挥作用，必须要实现大规模且商业化应用。”他强调，当前绿氢制取还存在三方面挑战：一是电解水制氢经济性差；二是氢能响应速度、安全性及电—氢—电能源转化效率不高；三是氢能储存、运输难度大，成本高昂。
为推动绿氢在钢铁行业的推广应用，李新创建议，开展“双碳”目标下钢铁行业氢能制备、储存、运输和应用基础研究，在风光水电资源丰富地区，重点推动低能耗长寿命可再生能源电解水制氢等关键技术示范，逐步扩大示范规模，提升低碳清洁氢能技术装备水平。同时，还要探索在氢能应用规模较大的钢铁企业周边设立新能源制氢基地。
此外，李新创表示，要加快推进先进适用储氢材料产业化，着力推进核心零部件以及关键装备自主研发制造，突破50MPa及以上运输用高压氢瓶关键技术。同时，探索天然气管道掺氢、制氢和加氢一体站以及氢载体等多种形式输运技术示范应用。