全球钢铁行业正面临深刻的变革，尤其是在“碳达峰、碳中和”的全球目标推动下，氢冶金技术的前景愈发引人注目。2019年，电力、钢铁、水泥及煤化工等行业的煤耗占比高达86%，这些行业的二氧化碳排放总量约为77.6亿吨，占全国排放总量的72%。钢铁行业，作为碳排放的第二大领域，亟需进行根本性改进。
氢冶金技术因其巨大的减排潜力，正成为各大钢铁企业争相追逐的重点。国内外钢铁公司纷纷投入氢能冶金、绿氢制备和氢能供应等项目，力图从“碳冶金”转型到“氢冶金”，以期摆脱高碳排放、高污染的传统钢铁生产模式。
以氢气代替碳进行还原反应
氢冶金技术的核心在于使用氢气代替传统的碳还原剂和能量源进行炼铁，其基本反应式为Fe2O3 + 3H2 = 2Fe + 3H2O。这样，通过氢气还原产生的铁和水，实现了零碳排放。
氢冶金技术的应用
目前，氢冶金技术主要有两种主流路线：高炉富氢还原和气基直接还原竖炉炼铁。
01、高炉富氢还原技术通过将富含氢气的天然气或焦炉煤气注入高炉中进行炼铁。实验显示，这种技术可以加快炉料还原并减少碳排放，但由于仍依赖传统高炉，氢气的注入量存在上限，减排效果一般在10%-20%左右，相对有限。
02、气基直接还原竖炉技术使用氢气与一氧化碳混合气体作为还原剂，将铁矿石转化为直接还原铁，再通过电炉进一步冶炼。相比于高炉富氢还原，这种方法的吨二氧化碳排放量减少超过50%，更适合应用于氢冶金领域。
虽然高炉富氢技术的减碳效果有限，但气基直接还原竖炉工艺因其不需要炼焦、烧结和传统炼铁环节，从源头上控制了碳排放，减碳幅度可达50%以上。气基竖炉也面临诸如吸热效应强、氢气量增加、生产成本上升等挑战。无论是高炉还是气基竖炉，氢冶金技术在减碳方面都显示了显著潜力。
国际氢冶金技术发展动态
全球范围内，氢冶金技术得到了广泛关注。欧洲、日本、韩国等地的钢铁企业已制定了低碳冶金技术路线图，包括氢能冶金在内，积极推动研发与应用，以期实现碳中和目标。目前，瑞典的HYBRIT项目、萨尔茨吉特的SALCOS项目、奥钢联的H2FUTURE项目以及德国蒂森克虏伯的Carbon2Chem项目等都在推进氢冶金技术的实际应用。
中国的氢冶金发展现状
尽管国内一些钢铁企业已发布了氢冶金规划并建成了示范工程，但这些示范项目目前仍处于工业性试验阶段，面临基础设施不足、标准缺乏、成本较高等问题。多数使用的氢气仍为“灰氢”，距离实现真正的“绿氢冶金”还有一段漫长的道路。
在中国，氢冶金主要包括高炉富氢冶炼、氢气竖炉直接还原和氢基熔融还原炼铁技术等。从应用进展来看，氢冶金技术有助于减少碳排放，推动碳资源化利用，促进绿色短流程新工艺的发展。中国仍需在绿色能源利用、氢气制备与存储、氢冶金技术等领域进行深入研究，以实现氢能主导的新型钢铁冶金工艺。
氢冶金的未来展望
全球氢冶金项目的研究分为三个阶段：一是在2025年前建立中试示范项目，验证大规模氢冶金的可行性；二是到2030年，利用焦炉煤气等副产品中的氢进行氢冶金生产；三是到2050年，实现绿氢对灰氢的替代，推动氢冶金的工业化生产。
从目前的情况来看，氢能源与钢铁产业的合作是双赢的：氢冶金有助于钢铁企业实现节能减排，并为氢能源提供了实际应用场景，丰富了氢能下游产业链。氢冶金应用仍面临经济性不足、技术经验不足、氢能储运成本高以及市场需求不足等挑战。
对于氢冶金技术的未来发展，有三点建议：一是系统推进，包括氢能的制备、储存、运输和应用全产业链的协同发展；二是发挥市场化机制的作用，优化资源配置，降低成本；三是加强国际合作，推动包括技术、科研和管理方法在内的深度交流与合作。
根据世界钢铁协会主席于勇的介绍，过去三十年全球钢铁行业通过提高能源效率和循环利用技术，吨钢综合能耗降低了50%。尽管钢铁行业目前的能源消费和碳排放量占全球的比例仍较高，但未来通过氢冶金技术的应用，有望实现低碳甚至“零碳”排放，彻底解决碳排放问题。
虽然受到环境和成本等因素的制约，钢铁工业尚未完全实现“氢冶金”，但清洁能源的发展方向已经明确，氢冶金的潜力依然巨大。