氫作為工業(yè)原料已為大家熟知，作為能源，尤其交通用能正方興未艾。但氫的作用不止于此，作為優(yōu)秀的還原劑和高品質(zhì)能源可用于鋼鐵、水泥等行業(yè)，作為能量互聯(lián)互通中介亦可用于能源、建筑等行業(yè)。此次蒂森克虜伯將氫引入煉鋼工藝正式開(kāi)啟了氫能冶金時(shí)代。中國(guó)鋼產(chǎn)量占全球總量的50%，盡管船大不易調(diào)頭，但變革更需及早著手!
11月11日，中國(guó)購(gòu)物狂歡節(jié)大幕正式開(kāi)啟。千里之外的歐洲，德國(guó)蒂森克虜伯鋼鐵集團(tuán)正式將氫氣注入杜伊斯堡9號(hào)高爐，同一天，奧地利林茨奧鋼聯(lián)鋼廠6MW電解制氫裝置投產(chǎn)，氫能冶金時(shí)代正式開(kāi)啟。
蒂森克虜伯是近代德國(guó)工業(yè)的標(biāo)志。在德國(guó)魯爾河谷的蒂森克虜伯人輝煌了兩個(gè)世紀(jì)。現(xiàn)在的蒂森克虜伯由始于1811年的軍工集團(tuán)克虜伯(krupp)和1867年的鋼鐵集團(tuán)蒂森(thyssen)于1999年3月合并而來(lái)。伴隨著德意志的崛起，他們?cè)斐隽斯潘顾蚺诤蜕潆娡h(yuǎn)鏡，為坦克、戰(zhàn)艦和潛艇設(shè)計(jì)和鍛造出堅(jiān)實(shí)和精密的鋼板。
鋼鐵行業(yè)是二氧化碳排放量最高的行業(yè)之一，占全球二氧化碳排放量的7%。德國(guó)蒂森克虜伯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)。后續(xù)，公司計(jì)劃逐步將氫氣擴(kuò)大到9號(hào)高爐全部28個(gè)風(fēng)口。根據(jù)蒂森克虜伯的氣候戰(zhàn)略，2030年將碳排放減少30%，2050年實(shí)現(xiàn)碳中和。
“今天是鋼鐵行業(yè)開(kāi)創(chuàng)性的一天，我們正在進(jìn)行開(kāi)拓性的工作。氫氣是環(huán)境友好型鋼鐵生產(chǎn)的關(guān)鍵，今天的測(cè)試正是生產(chǎn)轉(zhuǎn)型的重要一步，我們的最終目標(biāo)是生產(chǎn)綠色鋼鐵。”
——蒂森克虜伯鋼鐵公司董事長(zhǎng)Premal Desai
全球75%的鋼都是通過(guò)高爐中添加焦炭形式 “還原”鐵礦石來(lái)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。一噸生鐵需要1.6噸鐵礦石，0.3噸焦炭和0.2噸煤粉。還原過(guò)程的碳排放量占整個(gè)煉鋼流程的90%，利用CCS最多只能捕捉不到50%碳。近年來(lái)，替代傳統(tǒng)高爐的DRI工藝使用天然氣代替焦炭作為還原劑來(lái)生成海綿鐵，然后通過(guò)電弧爐將其轉(zhuǎn)化為鋼，但于應(yīng)對(duì)氣候變化，遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠。
為徹底實(shí)現(xiàn)鋼鐵行業(yè)的減排目標(biāo)，需要將焦炭和天然氣替換為氫氣，同時(shí)用可再生能源給電弧爐供電。這正是奧鋼聯(lián)聯(lián)合西門(mén)子，奧地利電網(wǎng)等單位打造H2FUTURE項(xiàng)目的初衷，畢竟此次蒂森克虜伯鋼鐵所用的氫氣還是來(lái)自法液空和林德供應(yīng)的非綠氫。奧鋼聯(lián)綠氫項(xiàng)目采用西門(mén)子最先進(jìn)的Silyzer300設(shè)備，總規(guī)模6MW，制氫能力1,200立方米/小時(shí)。除利用“綠氫”外，奧鋼聯(lián)還要在2030年前將其林茨工廠5個(gè)高爐中的3個(gè)改為電爐。根據(jù)奧鋼聯(lián)的發(fā)展規(guī)劃，2050年要實(shí)現(xiàn)碳減排80%目標(biāo)。
“我們?yōu)槲磥?lái)鋼鐵生產(chǎn)過(guò)程中更大幅度的碳減排設(shè)置了清晰的目標(biāo)，隨著林茨世界上最先進(jìn)的電解制氫廠投產(chǎn)，我們已經(jīng)成功地邁出了轉(zhuǎn)型的關(guān)鍵一步。”
——奧鋼聯(lián)董事會(huì)主席Herbert Eibensteiner
除上述兩個(gè)公司外，德國(guó)薩爾茨吉特鋼鐵SALCOS項(xiàng)目、瑞典鋼鐵集團(tuán)HYBRIT項(xiàng)目均采用可再生能源發(fā)電制氫耦合鋼鐵行業(yè)，既提供無(wú)碳?xì)溆痔峁┛稍偕娏ΑＪ聦?shí)上，HYBRIT項(xiàng)目配套的電解水制氫廠一個(gè)月前已在瑞典呂勒奧正式投產(chǎn)運(yùn)營(yíng)。此外，被歐盟否決的蒂森克虜伯鋼鐵整合方塔塔鋼鐵正與荷蘭阿姆斯特丹港研究在其工廠建設(shè)100MW電解水裝置搭建循環(huán)經(jīng)濟(jì)的可行性。
回到亞洲，韓國(guó)在2009年著手在鋼鐵領(lǐng)域引入氫能，并將氫還原煉鐵法指定為國(guó)家核心產(chǎn)業(yè)技術(shù)加緊開(kāi)發(fā)。中國(guó)科技部甚至早在2006年就批準(zhǔn)了氫冶金規(guī)劃立項(xiàng)，但受制于氫氣成本和工藝未持續(xù)跟進(jìn)。近兩年，寶武鋼鐵、河北鋼鐵、鞍鋼、酒鋼等企業(yè)紛紛開(kāi)展氫能冶金立項(xiàng)，并成立氫能研究中心加快綠色鋼鐵步伐。
“現(xiàn)在看，氫能交通很可能率先突破。我們?cè)?2年前以氫冶金看，人類(lèi)社會(huì)20世紀(jì)是氧時(shí)代，21世紀(jì)是氫時(shí)代。氫冶金就是氫代替碳還原生成水，不但沒(méi)有排放，而且反應(yīng)速度極快。”
——中國(guó)工程院干勇院士
(文中信息和圖片來(lái)自中國(guó)工程院、蒂森克虜伯公司、奧鋼聯(lián)公司、瑞典鋼鐵集團(tuán)氫能冶金相關(guān)項(xiàng)目)
