深度脫碳
氫能助力工業(yè)綠色轉(zhuǎn)型
在雙碳路上，越來(lái)越多的行業(yè)與“氫”同行。
國(guó)家工信部、科技部、自然資源部日前聯(lián)合印發(fā)《“十四五”原材料工業(yè)發(fā)展規(guī)劃》（以下簡(jiǎn)稱《規(guī)劃》）提出“組織研發(fā)富氫碳循環(huán)高爐、氫能窯爐、氫基直接還原等技術(shù)”，并要求實(shí)施氫冶金、非高爐煉鐵等低碳冶煉試點(diǎn)項(xiàng)目，開(kāi)展低碳水泥、氫能窯爐及固碳建材試點(diǎn)，明確了氫在工業(yè)減排中的作用。
隨著氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展熱度持續(xù)升溫，其在鋼鐵等工業(yè)領(lǐng)域脫碳中扮演的角色也逐漸得到認(rèn)可。國(guó)家發(fā)展改革委價(jià)格成本調(diào)查中心近期發(fā)布的《鋼鐵產(chǎn)業(yè)供應(yīng)鏈實(shí)現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)路徑分析及對(duì)成本的影響》也將“氫”擺到了重要位置。文章強(qiáng)調(diào)，鋼鐵綠色生產(chǎn)的工藝改造包括電爐煉鋼和氫能煉鋼，氫能煉鋼是利用氫氣替代一氧化碳做還原劑煉鋼，還原過(guò)程中沒(méi)有二氧化碳的排放，可實(shí)現(xiàn)鋼鐵生產(chǎn)完全脫碳，是未來(lái)發(fā)展方向。
政策青睞
工業(yè)脫碳引關(guān)注
原材料工業(yè)包括石化化工、鋼鐵、有色金屬、建材等行業(yè)，是實(shí)體經(jīng)濟(jì)的根基，是支撐國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展的基礎(chǔ)性產(chǎn)業(yè)，也是工業(yè)綠色發(fā)展的主戰(zhàn)場(chǎng)。“十四五”期間，面對(duì)資源能源和生態(tài)環(huán)境的強(qiáng)約束、碳達(dá)峰碳中和的硬任務(wù)，原材料工業(yè)綠色和安全發(fā)展的任務(wù)更加緊迫。
中國(guó)科學(xué)院院士、中國(guó)產(chǎn)業(yè)發(fā)展促進(jìn)會(huì)氫能分會(huì)專家委員會(huì)主任徐春明指出，在雙碳背景下，這些關(guān)系國(guó)計(jì)民生、支撐實(shí)體經(jīng)濟(jì)發(fā)展的行業(yè)亟須完成轉(zhuǎn)型升級(jí)，提質(zhì)增效的同時(shí)脫碳?jí)毫^大。他強(qiáng)調(diào)，“盡管目前工業(yè)產(chǎn)氫用氫成本相對(duì)較高，但其‘零碳’屬性目前還沒(méi)有其他大宗原料可以替代，而且它可以完全由可再生能源生產(chǎn)，因此氫在這些領(lǐng)域的脫碳中可以發(fā)揮關(guān)鍵作用。”
對(duì)此，蒂森克虜伯（中國(guó)）投資有限公司技術(shù)研發(fā)和可持續(xù)發(fā)展負(fù)責(zé)人田昊也認(rèn)為，工業(yè)自身的排放以及工業(yè)所需能源的排放占比很高。其中，鋼鐵、水泥、化工等制造業(yè)都是傳統(tǒng)高排放的行業(yè)；而從治理的角度，工業(yè)排放則最為集中，減排效率和影響更為突出。他同時(shí)表示，從工業(yè)脫碳的角度，無(wú)論是鋼鐵行業(yè)，還是水泥或化工行業(yè)，未來(lái)都需要使用大量的綠氫替代化石能源和原料，“利用氫能推動(dòng)工業(yè)領(lǐng)域減排，將成為大勢(shì)所趨”。
在鋼鐵冶金行業(yè)，氫能發(fā)揮的作用尤為明顯。“鋼鐵行業(yè)一直有兩個(gè)‘帽子’，高污染和高能耗。”內(nèi)蒙古賽思普科技有限公司副總經(jīng)理周海川告訴記者，傳統(tǒng)的碳冶金會(huì)產(chǎn)生大量二氧化碳排放，而采用氫作為鋼鐵冶煉過(guò)程中的還原劑，不僅可以減少碳排放，提高還原效率，還為冶金全流程生產(chǎn)過(guò)程產(chǎn)生的富氫含碳煤氣找到了更有價(jià)值的利用途徑。
《規(guī)劃》中要求，“到2025年，鋼鐵、有色金屬、建材等重點(diǎn)行業(yè)能源消耗總量、碳排放總量控制取得階段性成果”，而氫能成為技術(shù)和項(xiàng)目布局的重點(diǎn)方向。在徐春明看來(lái)，國(guó)家政策的扶持和鼓勵(lì)，有利于形成我國(guó)在該領(lǐng)域的原始創(chuàng)新成果，加快資本、技術(shù)和人才等要素向氫能產(chǎn)學(xué)研用聚集，促進(jìn)在具備技術(shù)經(jīng)濟(jì)可行性的領(lǐng)域先行先試，快速落地，產(chǎn)生示范效應(yīng)。
積極轉(zhuǎn)型
冶金化工謀變革
作為全球“排放大戶”，工業(yè)領(lǐng)域中的冶金和化工行業(yè)正積極以氫能促變革，減少二氧化碳排放。其中，德國(guó)蒂森克虜伯鋼鐵集團(tuán)是全球首家在煉鋼工藝中使用氫氣代替煤炭以減少碳排放的鋼鐵集團(tuán)。早在2019年11月11日，該公司就已啟動(dòng)氫能冶金的測(cè)試，將氫氣注入杜伊斯堡9號(hào)高爐，這是全球范圍內(nèi)鋼鐵公司第一次在煉鋼工藝中使用氫氣代替煤炭。
根據(jù)蒂森克虜伯的氣候戰(zhàn)略，該公司至2030年碳排放將減少30％。田昊介紹，蒂森克虜伯在工業(yè)領(lǐng)域有著豐富的業(yè)務(wù)，在鋼鐵、水泥、化工等方面都面臨減排的壓力和機(jī)遇。他表示，“我們作為一個(gè)工業(yè)企業(yè)，面對(duì)歐洲綠色發(fā)展和碳稅的預(yù)期，減排勢(shì)在必行，與其等碳稅來(lái)革我們的命，不如我們主動(dòng)迎接這一機(jī)遇。”
而在國(guó)內(nèi)的工業(yè)領(lǐng)域，氫在化工、煉鋼、建筑等應(yīng)用場(chǎng)景已有較多嘗試。徐春明告訴記者，當(dāng)前，化工行業(yè)產(chǎn)能過(guò)剩趨勢(shì)放緩，正在向綠色化、高端化方向發(fā)展，包括合成氨和煉化在內(nèi)，化工細(xì)分行業(yè)的氫消耗量正在快速攀升。與此同時(shí)，我國(guó)冶金行業(yè)正在積極轉(zhuǎn)型，開(kāi)展富氫碳循環(huán)高爐工藝、氫基豎爐直接還原和尾氣CO2捕集及資源化利用等方面的技術(shù)推廣和示范。
據(jù)業(yè)內(nèi)統(tǒng)計(jì)，目前，國(guó)內(nèi)已有寶武、河鋼等8家龍頭企業(yè)開(kāi)始布局氫冶金。其中，北京建龍重工集團(tuán)的控股子公司——內(nèi)蒙古賽思普科技有限公司已于2021年4月，實(shí)現(xiàn)年產(chǎn)30萬(wàn)噸氫基熔融還原高純鑄造生鐵項(xiàng)目成功出鐵，標(biāo)志著氫基熔融還原冶煉技術(shù)成功落地轉(zhuǎn)化。周海川表示，早在2016年，建龍集團(tuán)就提出綠色低碳冶金技術(shù)的研發(fā)布局，并聯(lián)合北科大、東北大學(xué)、遼科大、唐鋼國(guó)際和中鋼熱能院等科研院所成立“氫冶金實(shí)驗(yàn)室”，經(jīng)過(guò)兩年多的研究，開(kāi)發(fā)出氫基熔融還原的新工藝。
周海川還介紹，今年，按照建龍集團(tuán)的規(guī)劃，賽思普將建成第二代采用純氫冶煉的中試裝置，從“富氫”階段邁向“全氫”階段。未來(lái)，該公司還將在2025年實(shí)現(xiàn)等離子化全氫冶煉，并聯(lián)合國(guó)內(nèi)制氫權(quán)威機(jī)構(gòu)研究生物質(zhì)和生活垃圾制氫，利用生活垃圾富余的碳水化合物制氫，在獲取鋼鐵冶金所需還原劑的同時(shí)，助力解決城市生態(tài)問(wèn)題。
宏圖起筆
創(chuàng)新突破是關(guān)鍵
從中長(zhǎng)期來(lái)看，我國(guó)可再生能源資源豐富，在綠氫的供給上具有巨大潛力，將有助于實(shí)現(xiàn)化工、冶金等工業(yè)難以減排領(lǐng)域的深度脫碳。中國(guó)產(chǎn)業(yè)發(fā)展促進(jìn)會(huì)氫能分會(huì)預(yù)計(jì)，隨著技術(shù)成熟和清潔氫的應(yīng)用，我國(guó)鋼鐵行業(yè)2025年前后可實(shí)現(xiàn)工藝成熟，對(duì)氫需求達(dá)36萬(wàn)噸/年，有望實(shí)現(xiàn)行業(yè)碳達(dá)峰。
為實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，可再生能源制氫的規(guī)模化和技術(shù)創(chuàng)新十分重要。田昊表示，可再生能源電解制成的綠氫將大規(guī)模應(yīng)用到高排放工業(yè)領(lǐng)域，到2030年，將有500萬(wàn)噸氫來(lái)自于80GW的電解裝置。他強(qiáng)調(diào)，制氫的技術(shù)未來(lái)會(huì)呈現(xiàn)出多元且迭代迅速的狀況，而推動(dòng)其發(fā)展很重要的一點(diǎn)在于規(guī)模化，必須要有產(chǎn)業(yè)來(lái)拉動(dòng)。
對(duì)此，周海川認(rèn)為，從制氫的角度，未來(lái)要控制好灰氫、藍(lán)氫、綠氫的結(jié)構(gòu)比例。“要讓綠氫占比更多，碳中和才有‘落腳點(diǎn)’。”他還指出，在應(yīng)用環(huán)節(jié)，需要從政策上使氫基冶煉擁有“綠色標(biāo)識(shí)”，并通過(guò)碳稅等方式調(diào)節(jié)成本，倒逼企業(yè)轉(zhuǎn)型，引導(dǎo)市場(chǎng)消費(fèi)，多用綠色技術(shù)生產(chǎn)的產(chǎn)品。
徐春明告訴記者，在全球通貨膨脹、產(chǎn)能過(guò)剩的大背景下，鋼鐵、化工和冶金行業(yè)正在實(shí)施節(jié)能減排、技術(shù)改造和優(yōu)化升級(jí)等工作，這些行業(yè)積極結(jié)合雙碳需求開(kāi)展用氫示范，研發(fā)、設(shè)計(jì)和配套裝備制造等行業(yè)熱情較高，管理部門(mén)也正在大力鼓勵(lì)，降低土地等生成要素的成本，加大稅收和補(bǔ)貼等方面的支持。
業(yè)內(nèi)普遍認(rèn)為，通過(guò)氫能發(fā)展推動(dòng)工業(yè)減排的宏圖已經(jīng)起筆，而氫能制、儲(chǔ)、輸、用各環(huán)節(jié)的技術(shù)突破是關(guān)鍵。國(guó)家發(fā)展改革委價(jià)格成本調(diào)查中心強(qiáng)調(diào)，為實(shí)現(xiàn)雙碳目標(biāo)，鋼鐵行業(yè)要積極探索降本增效應(yīng)對(duì)之策。鋼鐵生產(chǎn)需為工藝改造付出更多成本。短期來(lái)看技術(shù)研發(fā)、工藝改造需要不斷的成本投入，長(zhǎng)期而言將降低碳排放，減少碳排放成本。
