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作为一种清洁、高效、灵活且应用场景广泛的能源载体，氢能在“双碳”目标的实现中被寄予厚望。在政策和市场的双重驱动下，越来越多的企业开始布局氢能产业链，这其中包括跨国公司、投资公司、国有与民营大型企业和众多的创业型中小型企业。
近日，科尔尼管理咨询发布中国氢能产业发展白皮书（下称“白皮书”）指出，氢能行业有望成为新能源行业的新“风口”，迎来大发展。但是，中国氢能产业也面临着核心技术短缺、成本高昂、基础设施薄弱等诸多亟需解决的难题。未来十年内，白皮书建议氢能产业链重点关注绿氢制合成氨、绿氢制甲醇、商用燃料电池车、直接还原铁炼钢和高等级供热等5大细分领域。
即将迎来爆发式的发展
当前，中国的能源体系主要以化石能源为主，碳减排压力非常大。碳达峰、碳中和目标，为构建清洁低碳、安全高效的现代能源体系提供了第一驱动力和根本遵循。
在双碳目标的背景下，如何选用更清洁的能源成为中国面临的现实问题。这其中，氢能具有零碳、高效、可储能、安全可控等显著优势，是未来国家能源体系的重要组成部分，是用能终端实现绿色低碳转型的重要载体，是战略性新兴产业和未来产业重点发展方向。
由此，一场以氢能为支点，瞄准碳达峰、碳中和的攻坚战已经悄然打响。
如今，氢能正逐步成为中国乃至全球能源转型发展的重要载体之一，是实现双碳目标的重要抓手，被寄予厚望。由此，中国对氢能的各类支持政策逐步出台。国家层面的《氢能产业发展中长期规划（2021-2035年）》已经发布，涉及战略定位、科技创新、基础设施建设、政策保障等诸多方面。而很多省市都出台了氢能相关的政策或规划。
在政策和市场的双重驱动下，包括跨国公司、投资公司、国有与民营大型企业和众多的创业型中小型企业在内的越来越多的企业开始布局氢能产业链。全产业链规模以上工业企业超过300家，集中分布在长三角、粤港澳大湾区、京津冀等区域。
从目前的政策推动和企业、资本入局的速度和强度来看，氢能源产业即将迎来爆发式的发展势头。
目前，中国能源行业积极投资可再生能源制氢，例如四川水电制氢、新疆光伏制氢、内蒙古风电制氢等，为规模化生产清洁低碳氢能奠定了良好产业基础。绿氢产量的增加，将帮助作为氢能的头部消费国与生产国的中国在氢能市场乃至双碳领域中扮演更为重要的角色。
国内钢铁企业减排任务艰巨！
中石油徐春明院士说道：“这么多年来，我们炼钢还是用比较传统的长流程。但现在的趋势是以电弧炉和轻机关联体为主的短流程，这个工艺在欧盟和美国已经超过了50%以上，所以我们又落后了一大步。如果把长流程变成短流程，我们可以减排二氧化碳70%以上。”
2020年中国粗钢产量10.65亿吨约占世界总产量57%，令人尴尬的是，粗钢生产的二氧化碳排放量全球占比高达60%以上，高于产能占比！有研究表明，我国吨钢碳排放高于全球平均水平主要由粗钢的生产工艺结构不均衡，主要是使用焦炭为原料高炉-转炉工艺，而电炉钢比例过低所致。
我国钢铁行业高炉—转炉工艺占比约90%，而电炉工艺仅占10%。这意味着，生产一吨高炉钢排放2吨CO2，明显高于电炉钢0.6吨。但受限于电炉原料废钢使用比例较低的限制条件，电炉工艺占比提高困难，在2019年粗钢产量排名前10的国家中，中国是电炉钢占比最低的国家，行业碳排放总量很难降低。工信部在2020年12月31日发布《关于推动钢铁工业高质量发展的指导意见（征求意见稿）》提出要求，到2025年电炉钢产量比例提升至15%以上，力争达到20%。但氢云链测算发现，但即使达到了工信部20%的目标，也仅降低了7%的排放，距离净零排放差距甚远，此路不通，需要另寻出路。
氢气冶金或将实现二氧化碳“零排放”
钢铁冶炼是指在高温下，用还原剂将铁矿石还原得到生铁，再将生铁按一定工艺熔炼以控制其含碳量（一般小于2%），最终得到钢的生产过程。铁矿石有赤铁矿(Fe2O3)和磁铁矿（Fe3O4）等。
传统的高炉炼铁选用焦炭作为原料之一，通过焦炭燃烧提供还原反应所需要的热量并产生还原剂一氧化碳（CO），在高温下利用一氧化碳将铁矿石中的氧夺取出来，将铁矿石还原得到铁，并产生大量的二氧化碳气体（CO2）。目前的炼钢企业大都采用该技术，因此钢铁行业碳排放量大，污染严重。
而氢能炼钢则利用氢气（H2）替代一氧化碳做还原剂，其还原产物为水（H2O），没有二氧化碳排放，因此炼铁过程绿色无污染。
目前氢气炼钢已经被应用到成熟的工业生产方案中，主要的方案设计有两种：部分使用氢气和完全使用氢气。在部分使用氢气的设计方案中，氢气占到还原剂的80%，其余气体原料为天然气，因此该设计方案下依然会有部分二氧化碳排出。
截至2020年，我国钢铁企业平均吨钢碳排放量为1765公斤。采用基于天然气的炼铁工艺，可以将吨钢碳排放降至940公斤；而使用80%的氢气和20%的天然气则可以降至437公斤；如果完全使用氢气炼钢，则可以实现二氧化碳的“零排放”。
国内钢企探索氢冶金
条件不到位，但形式不等人。“双碳”目标之下，钢铁企业减排只能是“有条件要上，没条件创造条件也要上”。除了改变工艺、技改减排等方式之外，国内钢铁企业开始探索从根源上解决碳排放问题——从“炭冶金”走向“氢冶金”。
在2019年后，国内钢铁企业关于氢冶金的消息开始明显增加。步伐较快的钢企，如宝武、河钢、酒钢、建龙等，已经开始进入执行阶段。其中动作最快的建龙，已经实现了氢冶金的正式投产：2021年4月13日凌晨4点20分，内蒙古赛思普科技有限公司年产30万吨氢基熔融还原高纯铸造生铁项目成功出铁。这标志着氢基熔融还原冶炼技术成功落地转化，国内传统的“碳冶金”向新型的“氢冶金”转变的关键技术被成功突破。
目前内蒙古赛思普正在加紧生产。据了解，今年5月项目投产以来，企业日产高纯生铁1500吨至1800吨。该项目主导产品为高纯铸造生铁和超高纯铸造生铁，产品与常规高炉铁水比，它有低磷、低硫，低硅、低碳、低有害元素的优点。主要应用于风电、核电、高铁等高端铸件领域。
“氢冶金”产品受到了市场的欢迎。赛思普副总经理周海川说道：“目前，我们预销售订单主要集中在江浙一带的铸造和高端制造加工比较发达的地区，已经签订了60万吨预销售合同。同时，还向西南地区如成都、德阳和绵阳等国家重型设备、核电及水电还有精密机床及汽车生产基地签订了30万吨预销售合同。”
“氢冶金”产品为赛思普实现了降低碳排放、节能、环保等诸多国家要求的目标，成为氢能炼钢行业案例。在社会印象中，“氢冶金”技术属于前沿科技，用氢能炼钢实现“净零排放”走在氢能应用最前沿，钢铁企业似乎从“傻大粗黑”的“黄脸婆”，蝶变为“性感”的“高科技女神”了！