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加快氢基直接还原竖炉、纯氢竖炉、流化床直接还原炉、氢基熔融还原炉等氢冶金装置研发，突破还原炉内衬耐火材料、富氢喷枪等关键材料和核心零部件，以及氢冶金控制机理模型、数字化智能化控制系统等关键技术。
推进高炉富氢冶炼，以氢气替代焦炭、煤粉，开发炉内氢气高效安全喷吹系统，提升氢气利用效率、降低固体燃料比例。
推进纯氢冶金，发展纯氢还原零碳高纯材料，开展“绿电—绿氢—纯氢冶金”上下游产业链示范。
——工信部等三部门《加快工业领域清洁低碳氢应用实施方案》
钢铁企业是碳排放“大户”，减碳压力极重。作为我国制造业中的支柱产业，钢铁行业碳排放总量占全国的15%-20%。业内形容，钢铁行业的绿色转型是一场马拉松，而不是一场短跑。
根据《面向碳中和的氢冶金发展战略研究》（以下简称：《报告》）报告预计，氢基直接还原工艺将在2040年后大规模推广，先决条件是绿氢产业链的发展，包括绿色、经济、大规模氢源的获取，氢气长距离的安全储运，以及氢源供需的合理配置等。
《报告》指出，经济性是制约钢铁行业氢冶金发展的关键因素之一，主要涉及氢气成本和碳排放成本。随着技术进步，制氢成本逐渐降低，当企业需要为碳排放支付费用时，氢冶金就可以显示出成本优势。碳排放的成本越高，氢冶金的成本优势越大。因此，合理利用碳市场将对氢冶金技术推广应用起到积极推动作用。
来源：《面向碳中和的氢冶金发展战略研究》
未来钢铁制造工艺路线 来源：《面向碳中和的氢冶金发展战略研究》
来源：《面向碳中和的氢冶金发展战略研究》
钢铁行业进入碳排放权交易市场
碳交易是把二氧化碳排放权作为一种商品，从而形成二氧化碳排放权的交易。2011年，我国碳排放交易试点工作开始启动，2013年首个碳排放权交易平台在深圳开始交易，此后，北京、天津、上海、广东、湖北、重庆等省市先后启动了碳排放权交易试点。2021年7月16日，全国碳排放交易市场开市。由于发电行业处于全社会碳排放量最大的能源生产与转换领域，被首先纳入全国碳排放权交易市场。
今年3月26日，生态环境部发布《全国碳排放权交易市场覆盖钢铁、水泥、铝冶炼行业工作方案》，标志着全国碳排放权交易市场首次扩大行业覆盖范围工作正式进入实施阶段，同时也标志着中国钢铁产业正式迈入碳约束时代。
全球钢铁行业二氧化碳排放强度约为1.92吨/吨粗钢，中国钢铁行业碳排放强度高于电炉流程（0.70吨/吨粗钢），但低于高炉-转炉流程（2.32吨/吨粗钢）。碳排放成本的增加正在使传统碳冶金成本上升，在碳排放成本较低时，传统碳冶金工艺由于碳排放量大，但成本增加有限，仍具有一定的经济性。但随着碳排放成本的不断提高，碳冶金企业需要为大量的碳排放支付高额费用，这使得碳冶金的总成本大幅上升。例如，当碳排放成本为200元/吨时，氢冶金才更具有成本优势；当碳排放成本达到400元/吨时，氢冶金的成本优势更加明显。
碳排放成本越高，氢冶金优势越大
氢冶金的成本主要取决于氢气的制取成本、储存和运输成本等。虽然目前氢气的制取成本相对较高，但随着技术的进步和规模化生产的实现，氢气的制取成本有望逐渐降低。而且，氢冶金过程中不产生二氧化碳等温室气体，不需要为碳排放支付费用，其成本相对稳定。因此，在碳排放成本不断上升的情况下，氢冶金的成本优势会逐渐显现出来。
氢冶金以氢气为主要还原剂，其燃烧产物仅为水，不产生二氧化碳等温室气体，从而实现了从源头上减少碳排放。与传统的碳冶金相比，氢冶金可以大幅降低碳排放量，有助于实现碳达峰和碳中和的目标。例如，氢基竖炉直接还原氢冶金技术的二氧化碳理论减排量可达98%。
2022年12月16日，河钢集团张宣科技120万吨氢冶金示范工程一期全线贯通，该工程是全球首例富氢气体（焦炉煤气）零重整竖炉直接还原氢冶金示范工程，标志着我国钢铁行业由传统“碳冶金”向新型“氢冶金”的转变迈出颠覆性、示范性、关键性步伐。据介绍，该工程采用全球首创的“焦炉煤气零重整竖炉直接还原”工艺技术，自重整后，工艺气体中的氢碳比可达到8:1以上，是目前工业化生产中含氢比例最高的气基竖炉直接还原工艺，最接近未来100%氢还原的工艺状态。
经历两年多时间，河钢集团所生产的绿钢已开始走向国际。近日，河钢签订1万吨氢冶金绿钢出口订单，将于8月底前发往意大利终端客户。这笔订单实现了吨钢降碳50%，标志着河钢在绿钢领域的全球竞争力正加速提升，为中国钢铁企业积极主动应对CBAM（碳边境调节机制）市场与碳关税带来的挑战，开辟出一条新路径。
绿氢产业发展成为氢冶金技术推广的先决条件
氢冶金技术核心，在于“以氢代碳”。在氢冶金中使用绿氢，可使整个冶金过程的碳排放趋近于零，满足全球“碳达峰、碳中和”的环保要求，是钢铁等行业实现深度脱碳的关键。
但是，从某种程度上来说，绿氢也直接决定了钢铁行业的脱碳进程，直接决定了氢冶金技术能否快速发展。
一方面，氢冶金技术对氢气的纯度要求较高，绿氢的纯度通常可以达到99.9%以上，能够满足氢冶金工艺的需求，保证还原反应的高效进行。从当前绿氢生产来看，若考虑成本效益，当首选碱性电解槽制取绿氢，然而其最终生产出来的氢气含有杂质，需要提纯分离，若采用PEM电解槽或AEM电解槽制取绿氢，设备成本又会大幅提升。
另一方面，氢冶金技术需要持续稳定的绿氢输入，而对于可再生能源电解水制氢来说也是一项难题。绿氢生产依赖风能、太阳能等可再生能源，风光发电具有不稳定性，在氢冶金过程中难以达到稳定持续输入绿氢。
所以，丰富绿氢供应显得尤为重要。绿氢产业的发展可以增加氢气的供应量，为氢冶金技术的推广提供充足的氢气资源。随着可再生能源发电规模的不断扩大，绿氢的产量也将相应增加，能够满足冶金行业对氢气的需求。
此外，绿氢产业的发展需要建立完善的供应链体系，包括制氢、储氢、运氢等环节。这将为氢冶金技术的推广提供有力的支持，确保氢气能够及时、稳定地供应到冶金企业。
近两年，国内氢冶金技术得到大力发展，以宝钢、河钢、宝武为首的多家钢铁企业积极开发氢冶金项目，共同推进钢铁行业脱碳转型。今年上半年，中国钢研连续签约两大纯氢冶金项目合作，与西藏富融新材料科技有限公司和新疆昆仑钢铁有限公司在临沂纯氢冶金技术开发中试基地举行合作框架协议签约仪式。中国钢研研发了拥有自主知识产权的基于纯氢冶金钒钛磁铁矿工业化高效分离技术，建成并稳定运行全球首条5万吨级纯氢多稳态竖炉示范生产线。
按照工信部等三部门发布的《加快工业领域清洁低碳氢应用实施方案》，结合当前氢冶金项目发展趋势，可以看到“氢基直接还原竖炉”工艺已经率先“杀出重围”，成为更多钢铁企业发展氢冶金技术的选择。随着绿氢产业的快速发展，氢冶金技术也将得到更为广泛的应用和拓展，钢铁产业的绿色转型之路将会更为广阔，钢铁行业也将早日实现降碳减排的目标。
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