中國冶金報 中國鋼鐵新聞網
記者 劉加軍 報道
“鋼鐵工業是我國二氧化碳排放的重點行業，綠氫是促進流程工業低碳發展的關鍵，晉南鋼鐵發展模式實現了以氫能促進流程工業降碳的目標。” 11月18日至19日，第十四屆全國人大常委會常務委員、中國科學院院士、中國科學技術大學校長包信和在“鋼—焦—化—氫+”一體化高質量發展現場會上指出。
“晉南鋼鐵集團（簡稱晉南鋼鐵）擁有綠色鋼鐵、減碳化工、先進氫能、零碳物流四大支柱產業，最終將實現近零碳鋼企先行者的愿景目標。”晉南鋼鐵集團總裁張天福介紹，晉南鋼鐵獨創“鋼—焦—化—氫”綠色工藝技術流程，把焦爐煤氣和轉爐煤氣經過一系列的凈化、除雜、提純后，先分離出LNG（液化天然氣）和氫氣，氫氣一部分與轉爐煤氣生產化工產品乙二醇，一部分用于高爐氫冶金；LNG通過市場銷售。
“該工藝可使噸鋼副產品的經濟效益提升10%，噸鋼生產流程碳排放降低25%。”張天福說。
氫能是戰略性新興產業
“2023年7月份，氫能進入國家發展改革委產業結構鼓勵類項目，氫能是用能終端實現綠色低碳轉型的重要載體，氫能產業是戰略性新興產業和未來產業重點發展方向。”中國工程院院士，中國礦業大學教授彭蘇萍指出。
從全球市場看，氫能方興未艾。據統計，截至2022年底，全球共有727座在營加氫站，其中我國在營245座（建成358座）、日本164座、韓國168座、德國96座、美國54座。
彭蘇萍介紹，我國供氫產業的社會投入強度顯著提升，加氫站數量和規模持續增長，除西藏、青海、甘肅外，實現加氫站全覆蓋。截至2022年底，實現三個“全球第一”，累計建成加氫站358座，絕對數量全球第一；新建成加氫站109座，增量全球第一；在營加氫站245座，位居全球第一。
此外，我國氫燃料電池汽車推廣力度持續加大，重型交通加快試點應用。2022年，依托“燃料電池汽車示范城市群”等重大示范項目，我國實現氫燃料電池汽車保有量新增3367輛，累計達12682輛，同比增長約36%。
在鋼鐵領域，晉南鋼鐵的氫能利用走在世界前列。一是投運氫能重卡數量達全國之最，在營400輛，戰略合作10000輛。二是建成加氫站加注量達世界之最，每日加氫7000公斤。三是首創并成功工業化運行高爐氫冶金。
“晉南鋼鐵掌握高爐風口噴吹氫的冶金新工藝，是行業內首家將純氫氣噴吹至1860立方米高爐的企業。”張天福介紹。
晉南鋼鐵開展了全范圍氫氣濃度的高爐氫冶金工藝研發，掌握了高爐氫冶金的成套裝備產業化技術。噸鐵噴吹30立方米氫氣可置換12公斤焦比，按鐵水年產量750萬噸核算一年可減少焦炭消耗9.1萬噸、二氧化碳排放28萬噸。
氫燃料重卡等已經得到成熟應用——重卡使用場景對動力/續航能力要求較高，氫能是替代柴油重卡的更佳路線，氫燃料電池重卡在礦山、煤炭、港口等固定運輸專線具有很好的應用前景；在機車領域，調車機車、鐵路專用線機車、支線機車目前還都是內燃機車，與之相比，氫燃料電池車不用重新架設取電網，在站場、港口、城市軌道交通等地存在一定應用空間，燃料電池機車的替代使用可有效提高軌道交通運輸的經濟性，減少污染物及二氧化碳的排放。
“預計2050年中國氫能消費量將達8100萬噸/年，其中綠氫6328萬噸/年，氫能總產值達1.6萬億元人民幣/年。”包信和分析。不過，當今國內外高于95%的氫氣都是從化石能源制得，如煤氣化制氫、天然氣制氫、甲醇制氫、焦爐煤氣制氫等，均排放大量二氧化碳。
“不過，氫能的未來在于綠氫。”他給出了一個綠色氫氣價格的計算公式，即每公斤氫的價格估算（不包括氧氣應用和碳價）=電價（元）×50 + 5元（設備折舊）+ 利潤。
在政策方面，綠氫的發展更有未來。2023年11月7日，中央全面深化改革委員會第三次會議審議通過的《全面推進美麗中國建設的意見》指出，持續深入推進污染防治攻堅，以更高標準打好藍天、碧水、凈土保衛戰，持續改善生態環境質量。把綠色低碳發展作為解決生態環境問題的根本之策，積極穩妥推進“雙碳”工作，促進社會經濟全面綠色低碳轉型。
今年7月份，中央全面深化改革委員會審議通過《推動能耗雙控逐步轉向碳排放雙控意見》提出應對氣候變化6項工作：一是堅持把減污降碳、協同增效，作為促進經濟社會發展全面綠色轉型的總抓手；二是積極穩妥推進“雙碳”工作，落實好碳達峰碳中和的“1+N”政策體系；三是穩妥有序地推進全國碳排放交易市場建設；四是開展全方位深層次多角度的應對氣候變化宣傳普及；五是推動落實《國家適應氣候變化戰略2035》；六是積極參與應對氣候變化全球治理。
2022年3月份，我國氫能產業頂層設計《氫能產業發展中長期規劃（2021—2035年）》正式出臺，明確未來氫能產業發展三大戰略定位：未來國家能源體系的重要組成部分、用能終端實現綠色低碳發展的重要載體、戰略性新興產業和未來產業重點發展方向。2023年8月份，國家層面首個氫能全產業鏈標準體系建設指南《氫能產業標準體系建設指南（2023版）》出臺，系統構建了氫能制、儲、輸、用全產業鏈標準體系。
“強化碳達峰、碳中和目標任務落實情況考核已納入中央生態環保督察范圍。”生態環境部總法律顧問別濤強調。
全球正進入“氫2.0”時代
“氫能不易存儲、液化成本高等難題限制了氫能遠距離輸送。目前，全球正進入‘氫2.0’時代，氫能產業向綠氨、綠色甲醇（氫的載體）等‘泛氫’能源方向發展。”彭蘇萍認為。“氫1.0”是直接用氫的時代，“氫2.0”是氫變成化工產品進行利用的時代。目前，美國、日本、阿聯酋、澳大利亞等國已將“氨”納入其政府能源戰略，根據日本經濟產業省公布的數據，到2030年，日本的發電用燃料中氫和氨將各占10%。中國作為傳統合成氨生產大國，在綠氨生產和氨能利用方面正在積極發力。彭蘇萍認為，“氫經濟 ”與“甲醇經濟” 是能源革命的重要組成部分，諾貝爾化學獎獲得者喬治·奧拉提出“甲醇經濟”，消納吸收二氧化碳，耦合可再生能源與化工，構建綠色化工體系。
通過風能、太陽能等可再生電能電解水制氫，與捕集的二氧化碳合成可制備綠色甲醇，一方面可解決間歇性能源的規模化儲能和調峰，可規模化消納可再生能源，另一方面也可解決氫能制備、儲存和運輸的安全性和成本問題。在政策支持方面，工信部發布的《“十四五”工業綠色發展規劃》中，首次將甲醇汽車列入綠色產品，綠色甲醇被列入綠色低碳技術推廣應用工程。據悉，我國綠色甲醇技術正在向規模化發展。2020年千噸級規模的太陽燃料合成示范項目在甘肅蘭州獲得成功；2023年魯西集團年產5000噸的二氧化碳加氫制甲醇中試裝置一次開車成功。此外，綠氨作為綠氫的載體，比氫的儲運具有顯著優勢，預計未來綠氨有望在全球開展大規模交易和運輸。 “綠氨是一種零碳排放燃料，可以用于火電廠燃料、船用燃料、氨燃料電池等。2021年12月10日，國內首家‘氨—氫能源重大產業創新平臺’在福州成立。”彭蘇萍介紹。
在“氫2.0”時代，晉南鋼鐵也走在前列。一是晉南鋼鐵與復旦大學合作建成全國領先超低能耗綠氫中試線，電解水制綠氫全國能耗最低。二是建成1300兆瓦光伏電站，是山西省最大的單體光伏電站，擁有綠電優勢。三是用全國獨有的日本高化學專利技術生產乙二醇，且規模領先，年產量為45萬噸，年減碳超136萬噸。
除了綠氨、乙二醇等化工固碳，乙醇的工藝也越來越受到重視。
來自中科院大連物化所的一項工藝表明：目前尾氣由企業自用，主要是用作發電和燃料，使用效率較低；而采用鋼化聯產制備無水乙醇的技術路線可以有效提高項目的經濟效益、減少二氧化碳排放。利用該工藝已經投產的某項目是利用焦化尾氣經純氧轉化、PSA（變壓吸附）提氫、深冷分離、DMTE（甲醇為原料制備無水乙醇）技術制取無水乙醇。該項目投資14億元，2022年12月份建成投產，年銷售收入達14億元，年均利潤5億元。 “與發電相比，用焦爐尾氣制備乙醇可減少二氧化碳排放19萬噸/年。”該物化所的一位技術人員介紹。他舉例說，年產20萬噸乙醇裝置（該裝置消耗焦爐煤氣當量3.68億標準立方米/年）用于發電產值為2.67億元，利潤為0.8億元；用于聯產乙醇產值為13億元，利潤為5億元。
如何規劃未來氫能產業發展？彭蘇萍認為，“區域為主”統籌發展、“大基地”規模化開發、“先立后破”逐步替代將是未來十年可再生氫發展的重要特征，最終實現氫能乃至整個能源系統的跨區域、跨品類統籌規劃、協調發展。在各區域中，目前及未來一段時間西北、華北地區本地應用需求旺盛，成為裝機規模最大的區域，其次為華東和華南地區。
“可再生氫初期仍難以完全獨立滿足需求，工業副產氫可發揮重要過渡和支撐作用，技術成本下降將逐步推動可再生氫成主流。”張天福認為。
總之，氫能的發展將遵循需求拉動供給的一般規律，其供需格局演變受產業布局演變、技術經濟進步、安全保障約束、資源統籌優化等多因素驅動。而在鋼鐵領域，晉南鋼鐵的“鋼—焦—化—氫+”模式已經成為業內專家一致認為應推廣的綠色低碳發展模式。
