钢铁革命！氢冶金有望成为绿氢又一万亿级风口
发布日期：2025/3/9
我国钢铁行业年碳排放总量约18亿吨，钢铁行业的零碳转型对于实现碳中和目标至关重要。高炉富氢冶炼由于改造成本较低，可操作性强，被认为是重要的过渡技术。氢基直接还原铁技术（DRI）采用氢气代替一氧化碳作为氧化铁的还原剂，不产生CO2，是最具潜力的绿色钢铁技术。
钢铁冶金大规模应用绿电和绿氢，将为风电和光伏产业链、电解水制氢技术与设备、生物质气化制氢以及氢储运行业带来巨大的市场机会。氢冶金有望成为绿氢的又一万亿级风口！
2024年12月30日，工业和信息化部等三部门印发《加快工业领域清洁低碳氢应用实施方案》。文件要求有序提升氢冶金应用水平。加快氢基直接还原竖炉、纯氢竖炉、流化床直接还原炉、氢基熔融还原炉等氢冶金装置研发，突破还原炉内衬耐火材料、富氢喷枪等关键材料和核心零部件，以及氢冶金控制机理模型、数字化智能化控制系统等关键技术。推进纯氢冶金，发展纯氢还原零碳高纯材料，开展“绿电—绿氢—纯氢冶金”上下游产业链示范。
全球钢铁巨头和科研机构积极投入氢冶金的技术研发和工业化示范。浦项（POSCO）推出了以铁矿粉为原料的HyREX流化床还原反应器。2024年7月，中国钢研纯氢冶金技术开发项目顺利通过验收。2024年8月，宝钢湛江钢铁百万吨级氢基竖炉实现168小时连续满负荷生产。2024年9月，河钢集团张宣科技120万吨氢冶金示范工程成功应用绿氢作为还原气实现稳定生产。
2025年1月，国家能源局“2024年度能源行业十大科技创新成果”公示，新型高效3000标准立方米/小时碱性水电解制氢装置被国家能源局评为“2024年度能源行业十大科技创新成果”，且已成功应用于兴国铸业“30万立方米/天绿电电解制氢—氢气存储—450立方米高炉富氢冶炼”示范项目。
图：国家能源局“2024年度能源行业十大科技创新成果”公示
隆基氢能作为该项目的两家电解槽供应商之一，提供了两台套单槽3000Nm³/h碱性电解槽及配套设备，显著放大了成本节约的效益。设备已于2024年3月交付，6月完成调试，9月正式投产，这不仅是中国市场单台碱性电解槽最大制氢能力的记录，也标志着3000Nm³/h电解槽的首次实际运行。
项目试运行阶段连续稳定运行吨铁喷吹纯氢量达到103m³，每小时纯氢喷入量达到8700m³，固体燃料置换比达0.36-0.5kg/Nm³，实现高炉炼铁减碳8%-11%，固体燃料替代比0.36至0.5公斤/标方，钢铁产量增加13%，展现了用氢替代化石燃料的可持续性，这些突破确立了绿色氢能作为难减排工业领域脱碳最可行替代方案的地位。电解水制氢过程中同时制得的纯氧用于高炉鼓风富氧，整体大幅度降低冶炼成本。在试运行基础上，目前项目已进入“制氢-储氢-高炉富氢冶炼”全工序关键参数匹配优化提高的新阶段，旨在进一步提高吨铁喷氢量、优化上下游协同性、降低能耗和成本。数据显示，高炉喷吹纯氢冶炼能显著降低煤焦消耗和铁水中杂质含量，为形成系列清洁低碳生铁等先进钢铁新材料生产与零部件制造奠定了基础。
2024年，中国生产生铁8.52亿吨，参考兴国铸业示范项目的数据-吨铁喷吹纯氢量103m³，中国生铁产能如果全部改造为采用高炉富氢冶炼工艺，需要绿氢878亿标方/年，绿氢价格按照1.2元/标方估算，则年绿氢市场高达千亿元规模！
纯氢冶金的绿氢消费量更高，纯氢流化床和纯氢气基竖炉直接还原吨铁氢气需求量分别为4000标方和 2500标方，远远高于现行的富氢直接还原工艺煤气需求量，但纯氢冶金要进入大规模应用仍有一系列技术挑战需要克服。未来纯氢冶金规模化应用后，相应的绿氢市场将远超千亿元规模。
来源：氢能源与关键材料
