面向碳中和的氢冶金发展战略研究-自然资源保护协会_14页_7mb

面向碳中和的氢冶金发展战略研究执行摘要

中国钢铁行业在“双碳”目标下面临深度脱碳压力，传统高炉-转炉长流程工艺依赖煤炭作为能源和还原剂，导致碳排放强度较高。为实现碳中和，需加速氢冶金技术的推广，将其作为替代碳还原的关键路径。

钢铁需求与产量预测

未来钢铁需求增长将由高速转向中速，预计到2060年，钢产量将从2020年的1065亿吨降至569亿吨。这一趋势需结合经济、工业化、城镇化等因素分析，钢铁表观消费量趋于稳定，人均钢铁消费量与人均GDP呈“S”形曲线关系。

钢铁行业碳排放现状

中国粗钢产量占全球一半以上，2020年突破10亿吨，钢铁行业碳排放占全国总量约15%。当前主流工艺（高炉-转炉长流程）吨钢碳排放量为18-25吨，主要来源于高炉炼铁工序（占排放量70%-90%）。

氢冶金技术分析

氢冶金分为三种路径：高炉富氢冶炼、氢基直接还原铁（DRI）+电炉工艺、氢基熔融还原工艺。其中，全废钢电炉绿电冶炼与绿氢冶金+电炉冶炼为近零排放的核心方案。

• 高炉富氢冶炼：利用富氢焦炉煤气或提纯氢（灰氢）实现碳减排，潜在幅度为10%-30%。预计2030年前技术突破，2030年后快速推广。
• 氢基直接还原铁：以氢替代一氧化碳还原铁矿，生成水而非二氧化碳，但因吸热反应需解决热量不足问题，目前处于研发阶段，预计2040年后具备大规模应用条件。
• 氢基熔融还原：直接替代煤炭燃料，但对绿氢供应依赖度高，需配套技术突破，如绿氢成本下降及储运保障。

发展路线图

报告提出四阶段发展策略：

1. 2020-2030年：推进碳达峰，吨钢碳排放强度较2020年下降15%。重点攻关高炉富氢技术，推广示范项目，富氢高炉产能占比达15%；同时深化焦化行业供给侧改革，发展绿氢制备装置。
2. 2030-2040年：实现深度脱碳，吨钢碳排放强度下降55%。推广纯氢直接还原技术，提高富氢高炉产能至60%，绿氢占比达30%以上。
3. 2040-2050年：冲刺极限降碳，吨钢碳排放强度下降85%。加速长流程向短流程（纯氢基竖炉+电炉）转型，短流程产能达25%，绿氢供应占比85%；全面完成富氢高炉改造，部分企业应用CCUS技术。
4. 2050-2060年：实现碳中和，吨钢碳排放强度下降95%。短流程产能占比35%，富氢高炉+转 furnace占比15%，全废钢绿电电炉占比50%。剩余碳排放约1亿吨/年，需通过CCUS或碳汇达标。

关键因素与挑战

• 绿氢供应：技术成熟度、成本及规模化生产是核心。当前氢气成本高，需依赖可再生能源电解水制氢（绿氢），预计2030年后成本下降，2060年绿氢占比接近100%。
• 储运技术：高压长管拖车适合城市短途运输，液氢储运技术逐步国产化；天然气掺氢输运更具经济性，可衔接长/距离需求。
• 碳成本：碳价越高，氢冶金成本优势越明显。需通过碳交易等机制提升碳价，激励减排。

政策建议

1. 统筹氢能发展：制定行动方案，加强绿氢/绿电供给保障。
2. 完善碳市场机制：以吨钢碳排放强度为基准，优化配额分配，支持企业低碳转型。
3. 强化技术研发：倾斜政策资源至宝武、鞍钢等龙头企业，推动氢基直接还原装备国产化。
4. 推动钢焦一体化：促进焦化产能跨区域流动，利用焦炉煤气制氢支撑行业用氢需求。
5. 扩展绿色金融支持：设计专项财税政策，对氢冶金技术分阶段考核（成熟技术与前沿技术），提升信贷及资金支持力度。
6. 构建氢能产业链生态圈：整合钢铁、化工、物流等行业，促进氢能制备与应用技术孵化，降低绿氢成本并扩大应用范围。

国际经验与本土项目

报告梳理了国内外氢冶金示范项目：

• 高炉富氢：日本COURSE50、韩国COOLSTAR、德国蒂森克虏伯、中国宝武HyCROF、兴国精密-上海大学合作项目。
• 氢基直接还原：日本神户制钢MIDREX项目、中国中晋冶金CSDRI、瑞典HYBRIT、德国SALCOS、中国宝武湛江项目、河钢示范工程。
• 氢基熔融还原：奥地利H2FUTURE、中国建龙CISP项目。

总结

氢冶金作为钢铁行业低碳转型的核心技术，需结合技术创新、绿氢供应、碳定价等多维度推动。短期依赖工业副产氢，中期需提升绿氢产能，长期依赖可再生能源制氢。政策层面需加强产业链协同、技术创新支持及市场化机制建设，确保氢冶金技术规模化应用，助力中国实现“双碳”目标。