碳中和系列报告（六）：氢能炼钢：技术、经验与前景

钢铁行业专题报告总结：氢能炼钢技术、应用与前景

核心内容概述

本报告聚焦氢能炼钢技术，探讨其在钢铁行业实现低碳减排、推动碳中和目标中的作用。报告分析了氢能炼钢的技术原理、国内外应用案例、当前面临的困境以及未来在碳中和背景下的发展前景，并提出了相关投资建议与风险提示。

主要观点

• 氢能炼钢原理：利用氢气代替传统一氧化碳作为还原剂，还原产物为水，实现炼铁过程的“零排放”。
• 环保效益显著：相比传统高炉炼铁，氢能炼钢可大幅降低碳排放，吨钢碳排放量从1765公斤降至125公斤。
• 成本问题突出：目前氢能炼钢成本较高，电解水制氢成本是传统工艺的5倍以上，储氢技术仍面临挑战。
• 政策驱动发展：中国承诺2030年前碳达峰，2060年前碳中和，推动钢铁行业低碳转型。
• 投资机会明确：氢能炼钢技术有望在未来带来可观的经济效益，建议关注具备技术储备和产业布局的钢铁企业。

关键信息

1. 氢气冶金技术原理

• 氢气替代一氧化碳：氢气在高温下对铁矿石进行直接还原，生成海绵铁，排放物为水蒸气，无二氧化碳排放。
• 两种工艺设计：
  • 部分使用氢气：氢气占还原剂的80%，吨钢碳排放降至437公斤。
  • 完全使用氢气：实现二氧化碳“零排放”，吨钢碳排放降至125公斤。

2. 国外应用案例

• 瑞典钢铁HYBRIT项目：
  • 由瑞典钢铁公司、大瀑布电力公司和矿业集团联合启动。
  • 采用电解水制氢，与电力公司合作控制成本。
  • 项目预计2035年实现商业化，吨钢碳排放从1600公斤降至25公斤。
• 德国萨尔茨吉特SALCOS项目：
  • 采用风电制氢和高温电解水法，实现氢气的多用途利用。
  • 逐步改造高炉-转炉工艺路线，实现低碳炼钢。
• 奥钢联H2FUTURE项目：
  • 联合西门子公司、电网公司及K1-MET中心组。
  • 推动氢气在钢铁生产中替代碳基能源，减少碳排放。

3. 国内应用案例

• 河钢集团：
  • 2020年与卡斯特兰萨合作建设氢冶金示范工程，预计2021年底投产。
  • 吨钢碳排放降至125公斤，构建全球最绿色的直接还原厂之一。
  • 同时发展氢能技术与产业创新中心、氢能重卡运输示范项目。
• 中国宝武：
  • 2019年与中核集团、清华大学合作开发“核能制氢”技术。
  • 首座绿色冶金工程有望落户江苏。
• 酒钢集团：
  • 成立氢冶金研究院，探索“煤基氢冶金理论”。
  • 通过高炉瓦斯灰和褐煤进行氢冶金与碳冶金对比试验，验证氢冶金优势。

4. 制氢与储氢技术挑战

• 制氢成本高：电解水制氢成本最高，目前每吨氢气约6万元人民币，炼钢成本比传统工艺高五倍以上。
• 储氢技术难：氢气密度低，储运成本高，主要储氢方式包括液态、高压气态和储氢材料储氢。
  • 液态储氢成本高，仅在航空航天领域使用。
  • 高压气态储氢安全性较低，且体积比容量有限。
  • 储氢材料储氢具有潜力，但技术尚未成熟。

5. 碳中和背景下的前景

• 政策支持：中国承诺2030年碳达峰、2060年碳中和，钢铁行业作为碳排放大户，面临减碳压力。
• 环保成本上升：随着环保政策收紧，碳排放权交易价格走高，氢能炼钢的环保效益有望覆盖其成本。
• 未来趋势：较早布局氢能炼钢的钢铁企业将在低碳转型中获得竞争优势。

投资建议

• 推荐主线：
  1. 优质板材股：宝钢股份、华菱钢铁、新钢股份，建议关注鞍钢股份、南钢股份。
  2. 高弹性长材企业：方大特钢、三钢闽光、柳钢股份。
  3. 上游资源品企业：包钢股份（稀土）、建议关注鄂尔多斯（硅铁）。
  4. 低估值特钢企业：中信特钢、久立特材、天工国际。

风险提示

1. 制氢成本进一步上升：若制氢成本持续走高，将影响氢能炼钢的经济性。
2. 关键技术突破不及预期：高效、低成本制氢技术的进展将决定氢能炼钢的普及速度。

结论

氢能炼钢作为一种绿色低碳技术，具有显著的环保优势，是实现碳中和目标的重要路径。尽管当前面临成本高、储氢难等挑战，但在政策支持和环保成本上升的背景下，其前景广阔。建议关注具备技术储备和产业布局的钢铁企业，以把握未来低碳转型带来的投资机会。