隨著德國蒂森克虜伯正式啟動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)會推動的低碳工藝技術(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，并儲存在儲氫設(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，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: 電能轉(zhuǎn)換為氫氧氣體的視頻
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