氢能报告：氢气冶金发展较慢，技术仍需突破

氢冶金政策前置，确立四大技术路径。2022年1月，国家发展和改革委员会、工业和信息化部、生态环境部等三部门曾发布《关于促进钢铁工业高质量发展的指导意见》，明确提出了地方和企业指定氢冶金行动方案，推动可再生氢冶金。截至目前，钢铁行业针对氢冶金研究初步形成氢基竖炉直接还原炼铁技术、氢基流化床直接还原炼铁技术、高炉富氢冶炼技术和富氢熔融还原炼铁技术等四大技术路径。

根据中国氢能联盟研究院测算，2030年，钢铁行业总氢气需求约为174万吨，其中可再生氢需求约为94万吨，其余为工业副产氢。

空间分布方面，西北地区可再生氢资源丰富、储运成本低，是氢能炼铁的重要发展基地，氢气需求最多，其次分别是华北、华南和华东地区。

目前我国发展氢冶金面临以下困难：

（1）高品位铁矿资源匮乏：氢基直接还原要求铁精粉品位达到68%以上，脉石含量低于4%，而我国铁矿石是以低品位磁铁矿为主，高品位铁矿资源匮乏，难以支撑我国大规模开展直接还原铁生产。

（2）氢能资源少、利用成本高：利用绿电—电解水制氢工艺，氢气成本是焦炉煤气制氢和天然气制氢的2倍~3倍，用氢成本较高，难以和高炉—转炉长流程在成本上进行竞争。

（3）技术研发难点多：全氢直接还原炼铁技术是对现有高炉—转炉工艺的革新，在技术研发上具有较多关键问题需要解决。一是氢还原为强吸热反应，将影响到反应器内温度场分布，而反应温度的变化将影响氢气利用效率。二是依照现有气基竖炉工艺或流化床工艺，氢还原反应器内热量均依靠高温还原气的物理热带入，解决热量不足问题将是未来研发重点。三是通过提高还原气温度和增加还原气流量来补充热量，将影响到氢气在竖炉中的流速，进一步影响氢气还原率及利用效率，同时对气体加热炉装备、反应器的耐高温、耐高压、防泄漏、耐氢蚀性等带来巨大挑战。四是全氢还原无渗碳条件，不含碳的直接还原铁熔点高、极易再氧化、自燃，难以安全储存和运输。

（4）可再生能源制绿氢与冶金流程耦合难度大：冶金工业是一种流程制造系统，生产基地由多个不可拆分的化工、冶金反应器组成，反应器内部高温、高压，伴有连续进行的多相物质相互转化的化学反应，对系统的可靠性要求很高，必须长期连续稳定运行。

2030年中国氢能炼钢耗氢量分布（单位：万吨）：

氢气在钢铁行业的应用（三种工艺示意图）：