原标题：一线调研｜“碳冶金”变“氢冶金”意味着什么
近两个月来，
河钢集团张宣高科科技有限公司
的
氢冶金示范项目
迎来一批批参观者。
该示范工程一期于去年12月全线贯通，
这是全球首例采用“焦炉煤气零重整竖炉直接还原”工艺技术的氢冶金示范工程。经过一段时间运行，今年5月，项目正式实现安全连续生产。
何为氢冶金？它与传统炼铁工艺有何不同？从“碳冶金”到“氢冶金”，意味着怎样的转变？它对钢铁产业实现高质量发展有着怎样启示？带着这些问题，记者深入氢冶金项目一线进行实地采访。
8月4日，河钢集团张宣高科科技有限公司特材研究制造产线上，锻压机对锻件进行锤打。河北日报记者魏雨摄
8月3日下午，位于
张家口市宣化区
的
河钢集团张宣高科科技有限公司氢冶金项目
现场，一座118米高的氢基竖炉巍然耸立，竖炉周围簇拥着水处理、加热炉、二氧化碳脱除等装置，高低错落的通廊、密集架设的管道将各个装置连接，整套设备平稳运行。
2022年12月，张宣科技120万吨氢冶金示范工程一期全线贯通，这是全球首例采用“焦炉煤气零重整竖炉直接还原”工艺技术的氢冶金示范工程。经过一段时间运行，今年5月，项目正式实现安全、连续、顺利生产。
置身现场，氢冶金与传统炼铁工艺在观感上差别很大。
传统高炉被氢基竖炉取代，一个个银白色的反应罐，密布的管道和阀门、仪表，也是传统高炉炼铁所没有的，这里更像一座化工厂。
“这些反应罐和管道内流通的是焦炉煤气，焦炉煤气经过深度净化、脱除杂质，加压进入氢基竖炉内，之后该气体的主要成分氢将与铁矿石进一步发生反应。”
张宣科技氢冶金作业区作业长吕志敏
一边说，一边手指管线描述大致流程。
采用氢气作为还原剂和过程燃料，是氢冶金与传统高炉炼铁本质的不同
。“高炉炼铁是铁矿石和焦炭反应，将铁矿石中的氧化铁还原成单质铁，变成铁水。
而氢冶金是氢与铁矿石反应，置换出铁矿石中的氧，整个过程是气体与固体的反应
。”吕志敏将两种工艺进行对比。
与传统工艺比，氢冶金在实现传统化石能源替代的同时，也改变了整个冶金的生产流程。
当前，钢铁企业普遍的冶炼工艺是“高炉+转炉”的模式，在高炉冶炼出铁水，再经转炉熔炼成钢，这种模式被称为
长流程炼钢
。氢冶金技术省去高炉等流程，所产出的DRI（直接还原铁）产品直接转入电炉，工艺流程环节减少，复杂度也大大降低。
能源的转换，加上冶炼流程的缩短，氢冶金带来最直接的改变是碳排放量的变化。
对此，全程参与氢冶金项目的
张宣科技技术中心副主任李洋
感受颇深。
“传统的冶炼工艺，以含碳量高的煤和焦炭作为燃料，每生产一吨钢，约排放2吨二氧化碳，其中有1.6吨至1.7吨在高炉环节产生。而
氢冶金使用的焦炉煤气，本身含有55%至65%的氢气，可直接利用，还有15%的甲烷可分解为氢气和一氧化碳，最终，还原气体中的氢碳比达到8∶1以上
。
”作为一名钢铁行业的老兵，李洋经历过高炉炼铁的鼎盛时代，
他直言氢冶金是钢铁冶炼的重大技术革新。
一组数据可以说明氢冶金的减排效果。
据测算，与同等生产规模的“高炉+转炉”长流程工艺相比，氢冶金示范工程一期每年可减少二氧化碳排放80万吨，减排比例达到70%以上，同时二氧化硫、氮氧化合物、烟粉尘排放分别减少30%、70%和80%以上。
为了将减排效果做到极致，该氢冶金项目在规划时，还配套了二氧化碳捕集和精制系统。
在项目现场焦炉煤气压缩机东侧区域，吕志敏告诉笔者，
二氧化碳精制过程在这里完成。
“我们会
将
氢冶金过程中产生的部分二氧化碳捕集，进而脱水、加压，精制成工业级液体二氧化碳和食品级液体二氧化碳，预计生产一吨DRI产品可捕集二氧化碳约125千克，项目可年产二氧化碳副产品约6万吨。”
当天17时，吕志敏赶回氢冶金项目办公楼，循例参加项目部的会议。会议议题是对整个工艺流程进行再梳理、再优化，发现减碳潜力，探索当前工艺下的降碳极限。吕志敏表示，自5月以来，这样的会议至少是一天一开，
目的是努力打造行业首条“零碳”示范产线。
在氢冶金项目办公楼大厅内，展示着一封5月31日中国钢铁工业协会发来的贺信。贺信中说，氢冶金项目一期工程的成功，是由传统“碳冶金”向新型“氢冶金”转变的重要里程碑，引领钢铁行业迈入“以氢代煤”冶炼“绿钢”的时代。
河钢集团张宣高科科技有限公司氢冶金项目的关键装置——氢基竖炉。图片摄于8月3日。河北日报记者魏雨摄
8月4日，张宣科技特材研究制造产线上，一块烧得通体发红的锻件被机器从高温炉内取出，送至锻压机下，在工人们的辅助下，锻压机开始对锻件进行锤打，发出震耳欲聋的声响。
这是一种用于制作高端模具的绿色钢材，它配加的主要原料是氢冶金项目生产的
DRI产品。
模具被称为工业之母，是制造业不可或缺的生产工具。
模具对构型和尺寸精度要求极高，因此模具钢要求钢的品质要足够高、足够纯净，否则极易引起磨损、裂纹，甚至破型。
DRI产品正好能满足这一点。
据测算，张宣科技DRI产品金属化率达94%，纯度高、品质好，可作为生产高端产品的高品质洁净原料。
“通过配加DRI产品，我们生产的高品质模具钢，铜、镍等残余元素含量低于全废钢冶炼工艺控制水平，磷、硫等有害元素远低于传统工艺，无论是成分指标还是性能指标，都达到行业领先水平。”张宣科技特材研制公司特冶区作业长柳金瑞说。
在特材产品区域
，整齐堆叠着刚刚下线的不同规格的模具钢。柳金瑞说，这些模具材料已达到北美压铸协会模具钢的优质级别，由它制作的模具，应用于特斯拉、大众新能源汽车等世界驰名企业。“由于质量过硬，该种钢材今年以来订单量持续攀升，最高售价近4万元/吨。”
模具钢是张宣科技高端特材产品的一种。如今，以氢冶金提供的高品质DRI为基础，张宣科技瞄准特种钢材，在内燃机用热端材料、航空航天及军工级特种合金、高端模具材料等方向发力，寻求产品转型升级，竞争高端市场。
事实上，在今天的市场环境下，氢冶金不仅是张宣科技主动寻求转型的基础，更是需求端对产品的必然要求。
8月4日采访当天，张宣科技的一位工作人员告诉笔者，近日，我国首卷应用高品质高比例氢冶金洁净原料，也就是张宣科技DRI产品生产的低碳汽车用钢，在河钢集团唐钢公司下线并检验合格后，已向德国宝马集团提供数据包，正式开启材料认证。
河钢与宝马的合作源自2022年8月双方签署的一份《打造绿色低碳钢铁供应链合作备忘录》，
根据备忘录，宝马成为河钢绿色低碳钢铁的第一家客户，
从今年中期开始，宝马沈阳生产基地量产车型将逐步使用河钢的低碳汽车用钢。
“在碳达峰碳中和背景下，钢铁下游行业越来越关注钢材产品的碳排放量，
未来，产品能不能被广大客户接纳，要看制造流程是否绿色，生产过程是否有减碳措施。
”李洋说，
如奔驰、宝马等汽车企业，已经要求钢铁供应商提供钢材产品的生命周期评价报告，明确提出
“绿钢”
要求。
对众多钢铁企业而言，如果不能转变生产工艺，生产低碳“绿钢”，很可能损失大量客户，影响企业未来的发展。
而对张宣科技来说，“绿钢”需求无疑是一个好消息，它将氢冶金在绿色低碳方面的优势，最终转化成产品上的竞争力。
“下一步，我们将研究生产多种原料结构条件下的DRI产品，提供排放更低、纯净度更高的氢冶金产品，让绿色高端制造的含金量更高。”李洋说。
河钢集团张宣高科科技有限公司氢冶金项目生产的DRI（直接还原铁）产品。图片摄于8月4日。河北日报记者魏雨摄
8月3日，一家山东的钢铁企业前来张宣科技参观氢冶金项目，参观者们围绕工艺流程能不能打通，在实践当中遇到哪些卡阻，生产出的DRI产品质量如何等问题进行了详细咨询。
5月以来，张宣科技氢冶金项目实现连续生产后，到此参观学习的人越来越多，参观者中不乏政府部门、科研院所，更多还是钢铁业的同行。
“我们的氢冶金项目在行业内引起了不小震动，许多同行到此参观交流，研究复制该项目的可行性。”李洋说。
在李洋看来，氢冶金之所以受到关注，源于钢铁行业减排的大背景。
数据资料显示，中国钢铁工业碳排放量占全球钢铁碳排放量的60%以上，占全国碳排放总量的15%左右，是我国制造业中碳排放量最多的行业。毫无疑问，降低碳排放量，实现碳达峰碳中和目标，钢铁行业是主战场。
外部环境也在促使钢铁行业加快降碳步伐。5月17日，欧盟碳边境调节机制（CBAM）正式生效，
这意味着，钢铁、水泥等多个行业将被征收“碳税”。对我国钢铁企业来说，如果不能尽快完成降碳目标，未来在国际市场上将面临很大竞争压力。
多年来，传统的冶炼工艺节能降碳空间几乎触碰到了天花板，要实现大规模降碳，必须摒弃原有思路，寻找新路径。
“采用绿色能源的冶炼工艺将成为钢铁业低碳发展的方向，就当前的技术路线来看，氢冶金是未来的方向，至少是方向之一。”李洋说。
张宣科技氢冶金公司副总经理李晓兵
同样看好氢冶金未来的前景，他认为，氢冶金技术已经具备了在我国生存的土壤。
事实上，氢冶金并不是一门新技术，该技术在欧洲等国家已经发展得相对成熟。氢冶金技术在我国迟迟没有推开，一个深层次的原因是，过去二十年间，钢铁企业更注重提高生产效率和增加产能，而氢冶金是一个小而精的产线，并不适应彼时我国的发展需求。
“当前，我国钢铁行业进入新发展阶段，总产能达到峰值并逐步开始回落，钢铁业开始由量向质的转变过程，所以氢冶金这种更绿色、更注重质量的技术路线有了生存空间。”李晓兵说。
谈及钢铁企业对氢冶金的接受度，李晓兵表示，
当前阶段，钢铁行业对氢冶金技术还处在观望期，但对这项技术的接纳度要比原来高很多，未来几年，一些规模比较大的钢铁企业会逐步尝试氢冶金技术。
在我国，对氢冶金的探索已经开始起步，除了
张宣科技
的氢冶金项目，
宝武集团
八一钢铁富氢碳循环氧气高炉实验已经成功，正启动2500立方米高炉富氢碳循环商业示范项目。此外，
山西中晋冶金科技有限公司
也对氢冶金项目进行了成功尝试。
在河北省，根据河钢集团规划，预计到2025年，河钢氢冶金冶炼流程占比将提升到7%左右，2030年进一步提升到10%左右，2050年努力达到30%。
从政策角度，对于发展氢冶金，国家层面已经有了顶层设计。
2022年，工信部等几部委联合发布《关于促进钢铁工业高质量发展的指导意见》，提出将制定氢冶金行动方案，加快推进低碳冶炼技术研发应用。而在国家发改委发布的《氢能产业发展中长期规划》中则进一步明确，开展以氢作为还原剂的氢冶金技术研发应用，探索氢能冶金示范应用。（河北日报记者魏雨 通讯员李巍）
河钢集团从“碳冶金”到“氢冶金”，不仅是工艺流程上的改变，更被看作钢铁行业能源结构调整的标志性事件。
长远来看，氢能被视为21世纪最具发展潜力的能源之一，在碳达峰碳中和大背景下，未来钢铁行业无论是能源结构调整还是工艺创新，氢能都是重要方向。
随着钢铁工业进入新旧能源混用阶段，氢能逐渐应用于冶金过程中的部分环节。对钢铁行业而言，当前阶段可以充分利用各类工业副产氢，就近消纳，降低氢能供给成本。在中长期，则需要依赖氢能产业的发展和布局，以此支撑钢铁工业低碳转型。
根据河北省新型能源强省建设相关方案，河北将加快构建形成“风、光、水、火、核、储、氢”多能互补的能源格局，氢能被列为其中重要一极。
河北省在全国率先印发实施省级氢能产业发展“十四五”规划，提出要推动高纯氢制备技术、氢燃料电池发动机和整车技术研发，并布局推进第一、二批氢能产业重点项目128个。
在国家层面，近日，国家六部委联合印发《氢能产业标准体系建设指南（2023版）》。
指南系统构建了氢能制、储、输、用全产业链标准体系，涵盖基础与安全、氢制备、氢储存和输运、氢加注、氢能应用五个子体系，旨在充分发挥标准对氢能产业发展的规范和引领作用。
政策引领下，河北氢能产业发展呈现出良好势头。
在唐山
，目前国内单体产能最大的电池燃料用氢气生产项目已投产；
在保定，
全国首条百辆级别氢能重卡运输线实现市场化运营。全省正在形成一条完整的氢产业链。
在氢产业体系中，可再生能源制氢的前景被广泛看好。
无论是河北在建设新型能源强省中提出“提高清洁高效能源比重”，还是我国氢能产业发展中长期规划中要求“重点发展可再生能源制氢，严格控制化石能源制氢”，都意味着绿氢将迎来蓬勃发展的机遇。
河北省在可再生能源领域已具备一定规模
，张家口可再生能源示范区、承德国家可持续发展议程创新示范区、风电制氢综合利用示范项目、海兴光伏“领跑者”基地等一批国家级可再生能源示范项目及配套工程正加快建设，将为绿电制氢产业提供基础能源。
张家口作为国家级可再生能源示范区，风能、太阳能资源十分丰富。坐拥地利之便，目前张宣科技已经开始绿电领域的探索，其中，张宣科技首个新能源项目——4MWp屋顶分布式光伏发电工程已建成投运，龙烟新能源生态园区正在建设总装机规模100MW的风光互补发电项目。
有关专家表示，在未来以清洁能源为主体的大背景下，钢铁行业能源系统应以氢能替代为主线，绿电和绿氢的组合可以通用在钢铁生产的各个环节。因此，构建以“绿电+绿氢”为核心的能源系统，使钢铁摆脱对化石能源的依赖，从源头上解决碳排放问题，是实现低碳甚至“零碳”排放的一条途径。（文/河北日报记者魏雨）
相关：视频 | 走进河钢集团张宣科技全球首例120万吨氢冶金示范工程
来源：张宣科技（微号：hegang-xuangang） 2023-09-06，供稿：王超 刘杰伟 李雅婷，编辑：张丽 赵萱
今年5月份以来，以氢作为大工业生产能源应用的第一例——
河钢集团张宣科技全球首例120万吨氢冶金示范工程实现安全顺利连续生产绿色DRI产品，
可作为高端材料制造高品质洁净原料，标志着工程一期取得圆满成功，
成为中国钢铁史乃至世界钢铁史上由传统“碳冶金”向新型“氢冶金”转变的重要里程碑。
近期，依托氢冶金示范工程，张宣科技绿色低碳钢铁材料产品矩阵不断拓展，氢冶金核心关键技术不断取得新突破，绿色低碳品牌竞争力持续增强。
下面就让我们走进张宣科技全球首例120万吨氢冶金示范工程——
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