【环球网报道 记者 齐琛冏】截至今年7月底,光伏发电的装机容量首次超过煤电,成为我国装机规模最大的电源品类。依托光伏等绿电制备“绿氢”,为新能源消纳开辟了广阔路径,蕴藏着巨大发展潜力。对于高能耗、高碳排放的钢铁行业而言,以绿氢替代传统化石碳源作为还原剂的绿氢-直接还原铁(简称“绿氢DRI”),同时使用绿电作为能源,可以实现“以绿制绿”的低碳冶金模式。

北京科技大学与自然资源保护协会近日合作完成并发布报告《绿氢DRI炼钢:区域适配与发展路径》(以下简称“报告”),为钢铁行业中长期低碳转型路径的选择提供量化依据,并回答“我国应当在哪些地区、以何种方式有序推进绿氢DRI发展”等关键问题。

氢能冶金进入示范验证阶段

“世界钢铁看中国。”我国钢铁产量连续多年位居世界首位,是全球钢铁产业绿色转型的重要主体,低碳发展已然成为行业发展共识。

报告介绍,我国钢铁工业具有规模巨大、区域差异显著、资源禀赋复杂、转型约束多等特征。一方面,我国铁矿石对外依存度高、国内矿石品位偏低且分布不均;另一方面,风光等清洁电力资源呈明显的区域聚集特征,与钢铁产能布局存在明显错位。在此背景下,绿氢DRI在我国的发展不能简单复制国外模式,也难以依赖单一技术路径或统一推进节奏。

近年来,我国围绕氢能冶金逐步进行探索,国内示范包括宝武湛江百万吨级氢基竖炉项目、河钢张宣60万吨/年氢冶金示范工程、中国钢研山东5万吨纯氢竖炉中试项目,以及松原“绿电一绿氢一纯氢冶金”、川威钒钛磁铁矿氢基竖炉中试、航天工程5万吨高压竖炉中试等项目。总体看,我国已形成“小规模纯氢中试一中等规模示范一百万吨级工程”的技术梯度。

研究团队聚焦三条潜在的绿氢DRI炼钢路径:国内矿路线,即国内铁矿石-竖炉自产DRI-熔分炉-转炉;进口矿路线,即进口高品位铁矿石-竖炉自产DRI-电炉;以及进口HBI路线,即进口热压块直接还原铁(HBI)-电炉。

报告指出,国内矿路线在2032年后具有最明显的长期成本优势,且可减少矿石对外依存度,因此战略价值最高。尽管进口HBI路线在2032年前具有阶段性成本和市场启动优势,但随着绿氢、绿电持续降本,两条自产DRI路线的竞争力将逐步增强,尤其是国内矿路线在解决选矿造球、竖炉还原等技术难题后,将具有长期成本优势。

最大制约来自成本与市场,而非技术

对于钢铁、化工等高能耗企业而言,用氢能来推动绿色低碳转型,经济性是不得不考虑的重要因素。

作为国内少数参与氢冶金项目实践的企业,中冶京诚工程技术有限公司积累了较为丰富的工程经验。该公司首席专家、总设计师赵志龙表示,从近两年的工程实践看,技术问题并非主要障碍,最大的制约仍来自市场。

他表示,能源成本至关重要,只有具备低成本电力和氢气,才能支撑绿钢的低成本生产。尽管部分地区资源条件较好,但如何将资源禀赋和能源优势真正转化为绿钢项目,仍需要产业政策和地方支持,预计这一过程还需五年左右。

“当前绿氢成本的下降仍需要规模、市场、技术、政策的共同发力。”中国国际工程咨询有限公司副主任田泽普表示,绿氢的稳定、可靠、连续供应需要一系列设备性能的提升和冗余设备的保障等,而这些投入也会推高上游供应成本。随着绿氢生产规模的扩大,通过装备、材料及系统技术的整体提升和规模化应用,有望带动综合成本下降。

田泽普表示,从绿电、绿氢到绿钢,下一阶段除了继续提升技术和装备水平,更需要加强不同行业之间的相互理解与协同,包括电力企业对电解槽出力特性的理解、钢铁企业对绿氢及氢冶金产品特点的认识以及钢铁下游行业对产品价值和绿色溢价的认可。不同技术体系之间的理解、接纳和磨合仍需要时间。

“绿钢”的绿色溢价,谁来买单?中国国际贸易促进委员会冶金行业分会副秘书长(主持工作)苏步新认为,无论成本在产业链哪个环节分摊,最终都将由消费者和全社会承担。当前产业链利润分配并不均衡,上游资源端利润较高,而钢铁及下游行业盈利能力较弱,需要推动产业链各环节利润更加均衡。绿钢市场培育初期应坚持政策引导与市场需求“两条腿走路”,优先从附加值较高、绿色溢价占比较低的产品入手,逐步形成行业和社会共识,再向其他领域推广。

分步推进,因地制宜

报告建议,按照“成本排序+工程成熟度”双重标准,分阶段推进绿氢DRI路线布局。2030年前为“条件准备期”,重点推进国内矿路线的关键技术攻关和进口矿路线的整体示范。2030—2040年为“路线验证与过渡期”,国内矿路线达到可复制工程条件后,应在内蒙古、宁夏等具备长期成本优势的省份推进。2040年后为“成熟路线规模化期”,国内矿路线在达到可复制的工程条件后可作为多个省份的长期推广方案;进口矿路线在国内矿路线仍未成熟时作为过渡。各阶段均应根据技术成熟度、供应条件和成本变化,动态优化路线选择与区域布局。

中南大学教授潘建表示,不建议长距离纯氢储运。据估算,在1000公里范围内,管道输氢成本约为每公斤3元,折算到每吨直接还原铁约为180元,而通过铁路或海运运输直接还原铁或绿钢的成本更低。而且,氢气储存还面临投资较大和安全风险等问题,因此氢气应尽量就地使用。

在产品定位与区域布局上,行业也需精准施策、错位发展。潘建强调,在具体布局上,不同地区应根据资源条件选择差异化路径。内蒙古、宁夏等风光资源丰富的地区,可以生产绿色DRI并向京津冀输送,满足当地钢铁行业的减碳需求;但面向长三角和珠三角市场,则应生产绿色优特钢,直接进入终端市场;四川、重庆虽然拥有较丰富的水电、风电和光伏资源,但在常规绿色DRI和绿钢生产方面的竞争优势并不明显,应结合当地钒钛资源发展特色氢冶金,并利用钒钛资源发展长时储能,不走常规铁矿发展路线。