隨著德國蒂森克虜伯正式啟動(dòng)了世界第一次在煉鐵工藝中使用氫氣代替煤炭，也就意味著將來鋼鐵生產(chǎn)進(jìn)入了新的時(shí)代。
在傳統(tǒng)的高爐工藝中，生產(chǎn)一噸生鐵需要大約300公斤焦炭和200公斤煤粉，新工藝的應(yīng)用將減少大量碳排放，然而這一技術(shù)在很多年前也備受質(zhì)疑，比如氫氣的獲取。
在自然界中，煤炭是自然存在的，而氫氣只能通過化學(xué)、物理等反應(yīng)方法獲取，最簡單的就是電解水，然而電解水就的能耗也不小，常規(guī)的電解水制氫技術(shù)每標(biāo)準(zhǔn)立方需要3.5-5度電。
在林茨的奧鋼聯(lián)廠區(qū)，由奧鋼聯(lián)，西門子，VERBUND和奧地利電網(wǎng)組成的H2FUTURE項(xiàng)目聯(lián)盟與研究合作伙伴K1-MET和ECN一起建造世界上最大的“綠色”氫氣生產(chǎn)試驗(yàn)設(shè)施的計(jì)劃。
西門子為該項(xiàng)目開發(fā)了目前世界上最大的PEM（質(zhì)子交換膜）電解模塊，每小時(shí)可生產(chǎn)1200立方米的“綠色”氫氣，將電能轉(zhuǎn)化為氫氣方面實(shí)現(xiàn)80％的輸出效率。
當(dāng)前，日本鋼鐵協(xié)會(huì)推動(dòng)的低碳工藝技術(shù)以COURSE50為基礎(chǔ)，以氫氣替代部分焦炭的氫還原煉鐵技術(shù)為主，配合使用碳捕集、存儲(chǔ)與利用技術(shù)。其中，最關(guān)鍵的工藝技術(shù)是氫還原煉鐵技術(shù)。日本鋼鐵協(xié)會(huì)根據(jù)以下公式計(jì)算氫還原煉鐵技術(shù)的成本：Fe2O3+3/2H2+48kJ→Fe+3/2H2O
COURSE50工藝降碳路徑
日本鋼鐵協(xié)會(huì)估算生產(chǎn)1噸生鐵需要601標(biāo)準(zhǔn)立方米氫氣，補(bǔ)償吸熱反應(yīng)需要67標(biāo)準(zhǔn)立方米氫氣，加熱融化到1600攝氏度需要85標(biāo)準(zhǔn)立方米氫氣，共計(jì)需要753標(biāo)準(zhǔn)立方米氫氣，按照75%的熱效率計(jì)算，產(chǎn)生1噸生鐵需要的氫氣量為1000標(biāo)準(zhǔn)立方米。到2100年，全球氫氣需求量為1.2萬億標(biāo)準(zhǔn)立方米/年。
日本鋼鐵協(xié)會(huì)還按照當(dāng)前的煉焦成本估算出鋼鐵行業(yè)可以接受的氫氣成本為7.7美分/標(biāo)準(zhǔn)立方米，按當(dāng)前匯率計(jì)算也就相當(dāng)于0.56元/標(biāo)準(zhǔn)立方。
對(duì)于PEM制氫成本我們沒有找到相關(guān)數(shù)據(jù)，而日本物質(zhì)材料研究機(jī)構(gòu)（NIMS）與東京大學(xué)和廣島大學(xué)合作，共同對(duì)結(jié)合了光伏發(fā)電和蓄電池的制氫系統(tǒng)進(jìn)行了技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益評(píng)估，2030可以達(dá)到1.04-1.64元/標(biāo)準(zhǔn)立方。所以，從成本角度上考慮還是很難替代當(dāng)前的主要冶煉工藝。
日本鋼鐵工業(yè)協(xié)會(huì)減碳技術(shù)實(shí)施路線圖
而奧鋼聯(lián)的這一項(xiàng)目主要是通過西門子在該地建立風(fēng)力發(fā)電機(jī)組，利用夜間用電低谷期將過剩的發(fā)電容量用于生產(chǎn)氫氣，并儲(chǔ)存在儲(chǔ)氫設(shè)備中。
國內(nèi)眾多企業(yè)沒有上馬類似的項(xiàng)目，其主要原因也是因?yàn)槌杀静缓线m的問題。不過也不是沒有完全不研究該工藝，
我國鋼企在氫能利用方面的動(dòng)作
2024年4月28日，生態(tài)環(huán)境部等5部委聯(lián)合發(fā)布《關(guān)于推進(jìn)實(shí)施鋼鐵行業(yè)超低排放的意見》，意在進(jìn)一步降低鋼鐵行業(yè)各生產(chǎn)環(huán)節(jié)的污染物排放。鋼鐵企業(yè)尤其是特大型鋼鐵企業(yè)為了適應(yīng)國內(nèi)國際形勢(shì)，也開始積極參與氫能利用項(xiàng)目。
2024年1月份，寶武集團(tuán)與中核集團(tuán)、清華大學(xué)簽訂《核能—制氫—冶金耦合技術(shù)戰(zhàn)略合作框架協(xié)議》，三方將強(qiáng)強(qiáng)聯(lián)合，資源共享，共同打造核冶金產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟。
2024年3月份，河鋼與中國工程院戰(zhàn)略咨詢中心、中國鋼研、東北大學(xué)聯(lián)合組建氫能技術(shù)與產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新中心，共同推進(jìn)氫能技術(shù)創(chuàng)新與產(chǎn)業(yè)發(fā)展。河鋼將重點(diǎn)在氫氣存儲(chǔ)與運(yùn)輸、燃料電池汽車、富氫冶金技術(shù)等領(lǐng)域開展研究。
根據(jù)相關(guān)報(bào)道，我國核電成本有望降低至0.1元/度，到時(shí)，氫煉鐵成本上有望低于傳統(tǒng)煉鐵工藝。
下面我們來看一個(gè): 電能轉(zhuǎn)換為氫氧氣體的視頻
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