王国栋院士：建设跨系统运行的工业互联网系统，彻底解决钢铁行业的碳排放问题

 

随着碳减排压力的增大，氢气直接还原技术受

到了越来越多的重视，迎来了蓬勃发展的机会。在“氢能炼钢”方面，近年来国外钢企已经进行了一系列探索，取得了一定的进展。尤其是瑞典SSAB公司突破性氢能炼铁技术（HYBRIT）项目将使钢铁生产过程的CO2排放量降至近乎于零，有望引发特钢行业的一场变革。

ULCOS 项目进行了ULCORED 新型直接还原工艺的研究[16]。利用天然气取代传统还原剂焦炭，将块矿或球团通过气基竖炉直接还原，生产固态的直接还原铁产品，用于电炉炼钢。项目研究结果表明，ULCORED 与碳捕集和存储技术（CCS）结合使用，与欧洲一般高炉相比CO2排放量降低70%。此外，ULCOS项目还研发氢气直接还原炼钢技术（hy⁃drogen-based steelmaking）。利用电解水制取氢气，所需电力来自水力发电站和核电站。铁矿石通过氢气竖炉还原生产不含碳的直接还原铁，送入电炉炼钢。即便算上用电产生的CO2排放量，氢气直接还原炼钢工艺CO2 排放量仅有300 kg CO2/t钢，与传统高炉工艺1850 kg CO2/t钢的排放量相比减少了84%。不过，氢气直接还原炼钢技术的发展很大程度上依赖氢能经济，氢气产量必须达到规模化，并且要求成本更具有竞争力。

基于ULCOS的研究结果，欧洲由瑞典SSAB公司发起的HYBRIT项目、由德国萨尔茨吉特钢铁公司发起的SALCOS 项目和由奥钢联发起的H2FU⁃TURE项目，这些项目的显著特点是通过可再生能源发电，然后采用高温电解水法生产氢气（P2G），氢气用于直接还原铁生产。2018年初HYBRIT公布的研究结果表明，SSAB采用高炉长流程工艺的CO2排放量为1600 kg/t钢（欧洲其他国家的水平为2000~2100 kg/t钢），电力消耗为5385 kW·h；采用HYBRIT工艺的CO2排放量仅为25 kg/t钢，电力消耗为4051 kW·h。但是，按照2017年底的电力、焦炭价格和CO2排放交易价格，HYBRIT项目采用的氢冶金工艺成本比传统高炉工艺高20%~30%，其中电解制氢的高成本是主要因素。