綠色低碳氫冶金技術進展及前景展望

趙志龍

(中冶京誠工程技術有限公司, 北京 100176)

0 前言

工業革命以來,鋼鐵生產一直以煤炭作為主要能源。進入低碳經濟模式,氫能將成為21世紀最具發展力的清潔能源[1]。構建“以氫代碳”的鋼鐵用能新體系將成為我國鋼鐵行業實現“碳達峰、碳中和”目標的重要方向。事實證明,用氫氣生產綠色鋼鐵,可以大幅減少鋼鐵生產帶來的碳排放和環保問題[2]。因此,研究和推動氫冶金技術發展,實現鋼鐵生產的碳素“零排放”技術應用,是鋼鐵行業實現高質量發展的重要方向,也是鋼鐵工業實現“雙碳”目標的唯一煉鐵技術選擇。

1 鋼鐵行業碳排放情況及原因分析

1.1 鋼鐵行業的碳排放情況

鋼鐵工業是我國實現新型工業化的重要支柱產業,在國民經濟發展中占重要地位。傳統鋼鐵生產的能源以煤/焦炭為主,能量載體主要來源于碳元素,所以氣體排放物主要是碳氧化物。從全球范圍看,2022年,全球鋼鐵工業碳排放量約為28億t,占全球能源系統排放量的8%左右,中國鋼鐵工業碳排放量貢獻了全球鋼鐵碳排放總量的60%以上,占全國碳排放總量的15%左右,是我國制造業領域中碳排放量最多的行業[3]。綜上可見,鋼鐵行業碳減排任務已經十分艱巨,是我國確保實現“雙碳”目標的重點減排領域。

1.2 鋼鐵行業碳排放高的主要原因

鋼鐵生產主要包括煉鐵、煉鋼、軋鋼等重點工序。從鋼鐵生產各工序來看,目前行業先進指標顯示,每生產1 t鋼需要消耗約546 kgce,碳排放為1 810 kg(表1),而“球團+燒結+焦化+高爐”的鐵前系統的能耗占總能耗的85%左右,其碳排放量約占總碳排放的86%。……