中国冶金报中国钢铁新闻网
记者刘加军报道
“钢铁工业是我国二氧化碳排放的重点行业，绿氢是促进流程工业低碳发展的关键，晋南钢铁发展模式实现了以氢能促进流程工业降碳的目标。” 11月18日至19日，第十四届全国人大常委会常务委员、中国科学院院士、中国科学技术大学校长包信和在“钢—焦—化—氢+”一体化高质量发展现场会上指出。
“晋南钢铁集团（简称晋南钢铁）拥有绿色钢铁、减碳化工、先进氢能、零碳物流四大支柱产业，最终将实现近零碳钢企先行者的愿景目标。”晋南钢铁集团总裁张天福介绍，晋南钢铁独创“钢—焦—化—氢”绿色工艺技术流程，把焦炉煤气和转炉煤气经过一系列的净化、除杂、提纯后，先分离出LNG（液化天然气）和氢气，氢气一部分与转炉煤气生产化工产品乙二醇，一部分用于高炉氢冶金；LNG通过市场销售。
“该工艺可使吨钢副产品的经济效益提升10%，吨钢生产流程碳排放降低25%。”张天福说。
氢能是战略性新兴产业
“2023年7月份，氢能进入国家发展改革委产业结构鼓励类项目，氢能是用能终端实现绿色低碳转型的重要载体，氢能产业是战略性新兴产业和未来产业重点发展方向。”中国工程院院士，中国矿业大学教授彭苏萍指出。
从全球市场看，氢能方兴未艾。据统计，截至2022年底，全球共有727座在营加氢站，其中我国在营245座（建成358座）、日本164座、韩国168座、德国96座、美国54座。
彭苏萍介绍，我国供氢产业的社会投入强度显著提升，加氢站数量和规模持续增长，除西藏、青海、甘肃外，实现加氢站全覆盖。截至2022年底，实现三个“全球第一”，累计建成加氢站358座，绝对数量全球第一；新建成加氢站109座，增量全球第一；在营加氢站245座，位居全球第一。
此外，我国氢燃料电池汽车推广力度持续加大，重型交通加快试点应用。2022年，依托“燃料电池汽车示范城市群”等重大示范项目，我国实现氢燃料电池汽车保有量新增3367辆，累计达12682辆，同比增长约36%。
在钢铁领域，晋南钢铁的氢能利用走在世界前列。一是投运氢能重卡数量达全国之最，在营400辆，战略合作10000辆。二是建成加氢站加注量达世界之最，每日加氢7000公斤。三是首创并成功工业化运行高炉氢冶金。
“晋南钢铁掌握高炉风口喷吹氢的冶金新工艺，是行业内首家将纯氢气喷吹至1860立方米高炉的企业。”张天福介绍。
晋南钢铁开展了全范围氢气浓度的高炉氢冶金工艺研发，掌握了高炉氢冶金的成套装备产业化技术。吨铁喷吹30立方米氢气可置换12公斤焦比，按铁水年产量750万吨核算一年可减少焦炭消耗9.1万吨、二氧化碳排放28万吨。
氢燃料重卡等已经得到成熟应用——重卡使用场景对动力/续航能力要求较高，氢能是替代柴油重卡的更佳路线，氢燃料电池重卡在矿山、煤炭、港口等固定运输专线具有很好的应用前景；在机车领域，调车机车、铁路专用线机车、支线机车目前还都是内燃机车，与之相比，氢燃料电池车不用重新架设取电网，在站场、港口、城市轨道交通等地存在一定应用空间，燃料电池机车的替代使用可有效提高轨道交通运输的经济性，减少污染物及二氧化碳的排放。
“预计2050年中国氢能消费量将达8100万吨/年，其中绿氢6328万吨/年，氢能总产值达1.6万亿元人民币/年。”包信和分析。不过，当今国内外高于95%的氢气都是从化石能源制得，如煤气化制氢、天然气制氢、甲醇制氢、焦炉煤气制氢等，均排放大量二氧化碳。
“不过，氢能的未来在于绿氢。”他给出了一个绿色氢气价格的计算公式，即每公斤氢的价格估算（不包括氧气应用和碳价）=电价（元）×50 + 5元（设备折旧）+利润。
在政策方面，绿氢的发展更有未来。2023年11月7日，中央全面深化改革委员会第三次会议审议通过的《全面推进美丽中国建设的意见》指出，持续深入推进污染防治攻坚，以更高标准打好蓝天、碧水、净土保卫战，持续改善生态环境质量。把绿色低碳发展作为解决生态环境问题的根本之策，积极稳妥推进“双碳”工作，促进社会经济全面绿色低碳转型。
今年7月份，中央全面深化改革委员会审议通过《推动能耗双控逐步转向碳排放双控意见》提出应对气候变化6项工作：一是坚持把减污降碳、协同增效，作为促进经济社会发展全面绿色转型的总抓手；二是积极稳妥推进“双碳”工作，落实好碳达峰碳中和的“1+N”政策体系；三是稳妥有序地推进全国碳排放交易市场建设；四是开展全方位深层次多角度的应对气候变化宣传普及；五是推动落实《国家适应气候变化战略2035》；六是积极参与应对气候变化全球治理。
2022年3月份，我国氢能产业顶层设计《氢能产业发展中长期规划（2021—2035年）》正式出台，明确未来氢能产业发展三大战略定位：未来国家能源体系的重要组成部分、用能终端实现绿色低碳发展的重要载体、战略性新兴产业和未来产业重点发展方向。2023年8月份，国家层面首个氢能全产业链标准体系建设指南《氢能产业标准体系建设指南（2023版）》出台，系统构建了氢能制、储、输、用全产业链标准体系。
“强化碳达峰、碳中和目标任务落实情况考核已纳入中央生态环保督察范围。”生态环境部总法律顾问别涛强调。
全球正进入“氢2.0”时代
“氢能不易存储、液化成本高等难题限制了氢能远距离输送。目前，全球正进入‘氢2.0’时代，氢能产业向绿氨、绿色甲醇（氢的载体）等‘泛氢’能源方向发展。”彭苏萍认为。“氢1.0”是直接用氢的时代，“氢2.0”是氢变成化工产品进行利用的时代。目前，美国、日本、阿联酋、澳大利亚等国已将“氨”纳入其政府能源战略，根据日本经济产业省公布的数据，到2030年，日本的发电用燃料中氢和氨将各占10%。中国作为传统合成氨生产大国，在绿氨生产和氨能利用方面正在积极发力。彭苏萍认为，“氢经济”与“甲醇经济”是能源革命的重要组成部分，诺贝尔化学奖获得者乔治*奥拉提出“甲醇经济”，消纳吸收二氧化碳，耦合可再生能源与化工，构建绿色化工体系。
通过风能、太阳能等可再生电能电解水制氢，与捕集的二氧化碳合成可制备绿色甲醇，一方面可解决间歇性能源的规模化储能和调峰，可规模化消纳可再生能源，另一方面也可解决氢能制备、储存和运输的安全性和成本问题。在政策支持方面，工信部发布的《“十四五”工业绿色发展规划》中，首次将甲醇汽车列入绿色产品，绿色甲醇被列入绿色低碳技术推广应用工程。据悉，我国绿色甲醇技术正在向规模化发展。2020年千吨级规模的太阳燃料合成示范项目在甘肃兰州获得成功；2023年鲁西集团年产5000吨的二氧化碳加氢制甲醇中试装置一次开车成功。此外，绿氨作为绿氢的载体，比氢的储运具有显著优势，预计未来绿氨有望在全球开展大规模交易和运输。 “绿氨是一种零碳排放燃料，可以用于火电厂燃料、船用燃料、氨燃料电池等。2021年12月10日，国内首家‘氨—氢能源重大产业创新平台’在福州成立。”彭苏萍介绍。
在“氢2.0”时代，晋南钢铁也走在前列。一是晋南钢铁与复旦大学合作建成全国领先超低能耗绿氢中试线，电解水制绿氢全国能耗最低。二是建成1300兆瓦光伏电站，是山西省最大的单体光伏电站，拥有绿电优势。三是用全国独有的日本高化学专利技术生产乙二醇，且规模领先，年产量为45万吨，年减碳超136万吨。
除了绿氨、乙二醇等化工固碳，乙醇的工艺也越来越受到重视。
来自中科院大连物化所的一项工艺表明：目前尾气由企业自用，主要是用作发电和燃料，使用效率较低；而采用钢化联产制备无水乙醇的技术路线可以有效提高项目的经济效益、减少二氧化碳排放。利用该工艺已经投产的某项目是利用焦化尾气经纯氧转化、PSA（变压吸附）提氢、深冷分离、DMTE（甲醇为原料制备无水乙醇）技术制取无水乙醇。该项目投资14亿元，2022年12月份建成投产，年销售收入达14亿元，年均利润5亿元。 “与发电相比，用焦炉尾气制备乙醇可减少二氧化碳排放19万吨/年。”该物化所的一位技术人员介绍。他举例说，年产20万吨乙醇装置（该装置消耗焦炉煤气当量3.68亿标准立方米/年）用于发电产值为2.67亿元，利润为0.8亿元；用于联产乙醇产值为13亿元，利润为5亿元。
如何规划未来氢能产业发展？彭苏萍认为，“区域为主”统筹发展、“大基地”规模化开发、“先立后破”逐步替代将是未来十年可再生氢发展的重要特征，最终实现氢能乃至整个能源系统的跨区域、跨品类统筹规划、协调发展。在各区域中，目前及未来一段时间西北、华北地区本地应用需求旺盛，成为装机规模最大的区域，其次为华东和华南地区。
“可再生氢初期仍难以完全独立满足需求，工业副产氢可发挥重要过渡和支撑作用，技术成本下降将逐步推动可再生氢成主流。”张天福认为。
总之，氢能的发展将遵循需求拉动供给的一般规律，其供需格局演变受产业布局演变、技术经济进步、安全保障约束、资源统筹优化等多因素驱动。而在钢铁领域，晋南钢铁的“钢—焦—化—氢+”模式已经成为业内专家一致认为应推广的绿色低碳发展模式。
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