我國鋼鐵工業(yè)二氧化碳排放量約占全國二氧化碳排放量的15%，占全球鋼鐵行業(yè)碳排放量的60%以上！降低二氧化碳排放一直是我國鋼鐵企業(yè)的重大任務(wù)。

根據(jù)《鋼鐵工業(yè)調(diào)整升級規(guī)劃(2016-2020年)》，要求在“十三五”期間能源消耗總量和污染物排放總量分別下降10%和15%以上。隨著環(huán)保要求日漸嚴格，鋼鐵企業(yè)的減排壓力只會越來越大。

對此，中核集團提出了“核能制氫”與“氫能冶金”結(jié)合的方式，通過“核能冶金”來解決氫氣成本高、煉鋼減排難的問題。

1、核能制氫與氫能冶金已經(jīng)具備基礎(chǔ)條件

3月8日，中核集團舉辦了“中核集團‘兩會’代表委員見面會”，表示目前我國加快發(fā)展核能制氫與氫能冶金已經(jīng)具備基礎(chǔ)條件。

“中核集團與清華大學、寶武集團等國內(nèi)主要相關(guān)單位，已經(jīng)聯(lián)合開展了核能制氫與氫能冶金結(jié)合的前期合作?！敝泻思瘓F董事長余劍鋒在8日中核集團于北京舉行的媒體見面會上說。

制氫成本高始終是氫能大規(guī)模利用的一道硬傷?，F(xiàn)在國內(nèi)主流的商用加氫站成本大概60元/公斤，面對汽油、柴油和鋰電池競爭力并不突出。余劍鋒表示，通過“核能制氫”的方式可以得到有效的解決。核能制氫技術(shù)研發(fā)成功后，制氫成本將比現(xiàn)在降低40%以上。

“核能制氫具有不產(chǎn)生溫室氣體、以水為原料、高效率、大規(guī)模等優(yōu)點，是未來氫氣大規(guī)模供應(yīng)的重要解決方案?！庇鄤︿h介紹，高溫氣冷堆是我國自主研發(fā)的具有固有安全性的第四代先進核能技術(shù)，其高溫高壓的特點與適合大規(guī)模制氫的熱化學循環(huán)制氫技術(shù)十分匹配，被公認為最適合核能制氫的堆型。

目前，世界上工業(yè)應(yīng)用的制氫方法以化石燃料重整為主，在制造氫氣的同時會產(chǎn)生大量的排放，使得“清潔能源”實際上并不清潔。目前國際上正努力尋找可再生能源制氫的方式，而核能制氫是以水為原料, 以廢熱為能源，將核反應(yīng)堆與先進制氫工藝耦合，是未來大規(guī)模制氫的重要解決方案。

“核能制氫與氫能冶金結(jié)合將成為劃時代的技術(shù)革命。”余劍鋒說，經(jīng)初步計算，一臺60萬千瓦高溫氣冷堆機組可滿足180萬噸鋼對氫氣、電力及部分氧氣的能量需求，每年可減排約300萬噸二氧化碳，減少能源消費約100萬噸標準煤，將有效緩解我國碳排放壓力，助力解決能源消費引起的環(huán)境問題。

“綜合來看，我國加快發(fā)展核能制氫與氫能冶金已經(jīng)具備基礎(chǔ)條件?！庇鄤︿h說。

2、核能制氫、氫能煉鋼國際已有案例，國內(nèi)需加快研究進度

如何進行氫能制氫、氫能煉鋼的實踐，中核集團科技質(zhì)量與信息化部主任錢天林認為，目前國際上已經(jīng)實驗多年，國內(nèi)應(yīng)通過立項相關(guān)科研專項，加快氫能煉鋼的研究進度。

錢天林在兩會上提交了“關(guān)于支持核能制氫與綠色冶金列入國家科技重大專項的建議”。他認為，當前發(fā)達國家已經(jīng)在氫能生產(chǎn)與應(yīng)用領(lǐng)域加快布局，我國需要加大力度在核能制氫及氫能冶金領(lǐng)域進行戰(zhàn)略性布局，以贏得未來氫能時代國際競爭的戰(zhàn)略制高點。

為此，錢天林建議，將高溫氣冷堆核能制氫以及氫能冶金列入國家科技重大專項，加大政策支持和投入保障力度；并且盡快落實建設(shè)60萬千瓦高溫氣冷堆核能工程。

為了贏得未來氫能時代國際競爭的戰(zhàn)略制高點，當前美國、韓國都在大力開展核能制氫技術(shù)的研發(fā)工作。

早在2009年，韓國原子能研究院與POSCO等韓國國內(nèi)13家企業(yè)及機關(guān)共同簽署原子能氫氣合作協(xié)議（KNHA），正式開始開展核能制氫信息交流和技術(shù)研發(fā)。美國將核能制氫作為下一代核電站計劃(NGNP)的主要組成部分, 因此美國已經(jīng)開始為未來的核氫設(shè)施的建造和運行許可證的審評和發(fā)放做準備。美國能源部(DOE)在核能制氫技術(shù)研發(fā)方面不遺余力地提供資助。

3、中核集團與寶武、清華簽約打造核冶金聯(lián)盟

中核集團已經(jīng)開始核能制氫、氫能煉鋼相關(guān)的布局。

在兩會之前，1月15日，中核集團就已與中國寶武、清華大學簽訂《核能-制氫-冶金耦合技術(shù)戰(zhàn)略合作框架協(xié)議》，三方將資源共享，共同打造世界領(lǐng)先的核冶金產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟。此處的核冶金就是利用核能制氫再用氫氣冶金。

在去年10月份，中國寶武、中核集團和清華大學三方啟動了共同研究核能技術(shù)與冶金制造技術(shù)如何協(xié)同以及創(chuàng)新技術(shù)鏈與產(chǎn)業(yè)鏈的可行性工作，之后迅速組建聯(lián)合工作團隊制定合作方案，確定工作內(nèi)容，并完成了合作前景分析報告。

根據(jù)此次戰(zhàn)略合作框架協(xié)議，中國寶武、中核集團、清華大學三方將建立戰(zhàn)略合作工作聯(lián)系會議制度，以“產(chǎn)學研”模式開展深度合作。此次合作將結(jié)合中國寶武鋼鐵產(chǎn)業(yè)的發(fā)展需求，將核能技術(shù)與鋼鐵冶煉和煤化工工藝耦合，實現(xiàn)二氧化碳的超低排放，起到行業(yè)示范作用。合作各方將加大研發(fā)投入，加速關(guān)鍵技術(shù)的研究和孵化，爭取國家和政府部門的大力支持。

錢天林在兩會上提出的議案，就與該戰(zhàn)略合作有一定的關(guān)系。

寶武集團董事長陳德榮表示，根據(jù)核能以及核能制氫的特點與冶金技術(shù)深度耦合具有天然優(yōu)勢，實現(xiàn)鋼鐵企業(yè)清潔綠色發(fā)展，核能是一個很好的選擇。期望三方研發(fā)團隊未來能夠精誠合作，共同推動核冶金工藝技術(shù)的革命性突破。

4、核能冶金，韓國、瑞典已在走在前方

（1）POSCO參與核能制氫研究，推進氫還原煉鐵法

在煉鐵領(lǐng)域，韓國政府將氫還原煉鐵法指定為國家核心產(chǎn)業(yè)技術(shù)，正加緊開發(fā)。

早在2009年，韓國原子能研究院與POSCO等韓國國內(nèi)13家企業(yè)及機關(guān)共同簽署原子能氫氣合作協(xié)議（KNHA），正式開始開展核能制氫信息交流和技術(shù)研發(fā)。

2010年5月，POSCO正式開發(fā)著手開發(fā)超高溫煤氣爐（VHTR, Very High Temperature Reactor）和智能原子爐（SMART: System-integrated Modular Advanced Reactor）。VHTR和SMART與氫冶煉技術(shù)密切相關(guān)，為此POSCO與原子能研究院密切合作，共同開展核能系統(tǒng)和原材料方面的研究。

韓國政府認為，以目前的煉鐵技術(shù)，到2030年鋼鐵產(chǎn)業(yè)根本無法達到溫室氣體排放標準，因此必須研發(fā)從根本性減少溫室氣體排放的全新生產(chǎn)技術(shù)。

韓國產(chǎn)業(yè)部表示，用傳統(tǒng)的工藝，通過提高能源效率等方法，最多可以減少3%左右的排放，但如氫還原煉鐵工藝開發(fā)成功，則可以降低15%以上的二氧化碳排放。

為此，韓國政府從2017年到2023年投入1500億韓元（約合9.15億人民幣），以官民合作方式研發(fā)氫還原煉鐵法。

韓國計劃將通過以下三步完成氫還原煉鐵：

第一步：從2025年開始試驗爐試運行；

第二步：從2030年開始在2座高爐實際投入生產(chǎn)；

第三步：到2040年12座高爐投入使用，從而完成氫還原煉鐵。

從預(yù)計投入資金情況來看，從技術(shù)研發(fā)到在2座高爐上實際投入生產(chǎn)，需要投入8000億韓元（約合48.78億元人民幣）的資金，可減少1.6%的二氧化碳排放，在12座高爐實際投入生產(chǎn)，預(yù)計需要投入4.8萬億韓元（約合292.68億元人民幣）資金，可減少8.7%的二氧化碳排放。

氫還原煉鐵法有以下4項核心技術(shù)：

• 氫氣增幅技術(shù)：通過焦爐煤氣（COG）改質(zhì)，提高COG中氫含量，使其達到高爐氫還原要求。

• 實際操作中的全新技術(shù)開發(fā)：氫氣吹入技術(shù)、爐內(nèi)化學反應(yīng)最佳化技術(shù)、難還原礦及低品位礦石還原技術(shù)、焦炭\燒結(jié)礦\爐渣品質(zhì)設(shè)計技術(shù)等等實際操作中需要的全新技術(shù)開發(fā)非常重要。

• 超耐熱\超耐腐蝕原材料開發(fā)：需要先行開發(fā)可以儲藏高溫、高壓氫氣和在900度以上高溫下的超耐腐蝕高溫材料。

• 利用氫氣的直接還原鐵（DRI）生產(chǎn)技術(shù)：開發(fā)利用氫氣，將鐵礦石在固體狀態(tài)下直接還原成DRI的生產(chǎn)技術(shù)，從而使用DRI替代在電爐中使用的高級廢鋼。

  （2）瑞典“氫氣煉鋼”項目，將顛覆傳統(tǒng)高爐、電爐流程

瑞典耗資14億瑞典克朗（1.5億美元），啟動了一個氫能煉鋼項目，目的是成為世界上第一個不用化石燃料煉鋼的國家。

該項目總工程師裴文國表示，之所以會想到讓瑞典成為“綠色鋼鐵”先驅(qū)，主要是因為他擔任技術(shù)開發(fā)主管的瑞典鋼鐵集團（SSAB）所面臨的風險：如果妨礙了瑞典實現(xiàn)2045年達到碳平衡的雄心壯志，這家公司可能會面臨商業(yè)模式崩潰。SSAB現(xiàn)有的位于呂勒奧的高爐和鋼鐵廠每生產(chǎn)一噸鋼就排放1.6噸二氧化碳。盡管按全球標準來看很低，但整個煉鋼業(yè)的排放量占到了瑞典總排放量的十分之一。

由SSAB、瑞典國有鐵礦石生產(chǎn)商LKAB、國有大瀑布電力公司（Vattenfall）建立的零碳鋼合資企業(yè)HYBRIT Development旨在通過抑制焦炭的使用來消除該行業(yè)的幾乎所有排放。它將利用瑞典豐富的可再生能源，通過電解產(chǎn)生氫氣，用氫來生產(chǎn)一種名為“直接還原鐵”（DRI）的產(chǎn)品。該公司希望到2024年完成實驗階段，并在截至2035年的十年里進入全面試產(chǎn)。

隨著工廠的落成，HYBRIT項目將進入將進入中試階段；2025年~2035年，HYBRIT項目將進入實證階段，進行小規(guī)模的工業(yè)生產(chǎn)；到2045年，SSAB將達成實現(xiàn)非化石能源煉鋼的目標。而據(jù)國際氫能委員會預(yù)計，2050年氫能達到全球能源總需求的18%——HYBRIT項目正好趕在氫能大規(guī)模應(yīng)用時完成。

在許多國家，減少工業(yè)排放的首要任務(wù)將是鼓勵回收利用。但這還遠遠不夠，制作材料的方式也需要改變。HYBRIT的經(jīng)驗可能會提供一個范本。其技術(shù)挑戰(zhàn)始于這樣一個事實：世界上75%的鋼，包括SSAB的，都是在高爐中添加焦炭形式的碳以“還原”鐵礦石來煉制的。在這種“堿性氧氣轉(zhuǎn)爐”系統(tǒng)中，氧化鐵和碳反應(yīng)生成熔鐵、一氧化碳和二氧化碳。在替代它的DRI工藝中，使用天然氣代替焦炭作為還原劑，來生成海綿鐵，然后通過電弧爐將其轉(zhuǎn)化為鋼。

還原過程產(chǎn)生了占整個煉鋼過程高達90%的碳排放量，HYBRIT曾嘗試使用碳捕獲和存儲（CCS）來去除高爐中產(chǎn)生的碳排放，但發(fā)現(xiàn)它只能捕獲約一半二氧化碳，不足以滿足瑞典的零排放目標。因此HYBRIT希望停止依賴高爐而改用DRI，并使用氫氣而非天然氣作為還原劑。該項目認為瑞典的電價會變得足夠低，在DRI過程中使用電解氫會比沼氣更便宜。

盡管如此，假設(shè)電價保持在當前水平，這項工藝可能會讓粗鋼的價格上漲20%到30%。制氫所需的電量是驚人的。大瀑布公司的米卡埃爾·努德蘭德（Mikael Nordlander）表示，如果全面投產(chǎn)，HYBRIT每年將消耗約150億度電，占瑞典目前供電量的10%。

5、氫能與鋼鐵產(chǎn)業(yè)的合作是雙贏

氫能與鋼鐵產(chǎn)業(yè)的合作是雙贏的結(jié)果：氫能幫助鋼鐵企業(yè)節(jié)能減排、延伸業(yè)務(wù)、完成轉(zhuǎn)型，鋼鐵企業(yè)為氫能提供了更多的落地應(yīng)用，促進發(fā)展。氫能和鋼鐵是一個互相促進的產(chǎn)業(yè)組合。

鋼鐵行業(yè)是去產(chǎn)能、調(diào)結(jié)構(gòu)、促轉(zhuǎn)型的重點行業(yè)，而氫能行業(yè)是處于起步階段的行業(yè)，氫能和鋼鐵的合作形成了互補，有著良好的示范效應(yīng)，能夠吸引更多行業(yè)涉足氫能。氫能產(chǎn)業(yè)處于發(fā)展的早期，不僅需要努力發(fā)展技術(shù)，也需要向社會提供更多的想象力，才能引來更多的資金和人才，才能更好地促進產(chǎn)業(yè)發(fā)展。

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