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氢能冶金时代正式开启

2019-11-25 09:20  来源:氢能首席观察员  浏览:  

氢作为工业原料已为大家熟知,作为能源,尤其交通用能正方兴未艾。但氢的作用不止于此,作为优秀的还原剂和高品质能源可用于钢铁、水泥等行业,作为能量互联互通中介亦可用于能源、建筑等行业。此次蒂森克虏伯将氢引入炼钢工艺正式开启了氢能冶金时代。中国钢产量占全球总量的50%,尽管船大不易调头,但变革更需及早着手!

 

11月11日,中国购物狂欢节大幕正式开启。千里之外的欧洲,德国蒂森克虏伯钢铁集团正式将氢气注入杜伊斯堡9号高炉,同一天,奥地利林茨奥钢联钢厂6MW电解制氢装置投产,氢能冶金时代正式开启。

蒂森克虏伯是近代德国工业的标志。在德国鲁尔河谷的蒂森克虏伯人辉煌了两个世纪。现在的蒂森克虏伯由始于1811年的军工集团克虏伯(krupp)和1867年的钢铁集团蒂森(thyssen)于1999年3月合并而来。伴随着德意志的崛起,他们造出了古斯塔夫炮和射电望远镜,为坦克、战舰和潜艇设计和锻造出坚实和精密的钢板。

钢铁行业是二氧化碳排放量最高的行业之一,占全球二氧化碳排放量的7%。德国蒂森克虏伯是全球首家在炼钢工艺中使用氢气代替煤炭以减少碳排放的钢铁集团。后续,企业计划逐步将氢气扩大到9号高炉全部28个风口。根据蒂森克虏伯的气候战略,2030年将碳排放减少30%,2050年实现碳中和。

“今天是钢铁行业开创性的一天,大家正在进行开拓性的工作。氢气是环境友好型钢铁生产的关键,今天的测试正是生产转型的重要一步,大家的最终目标是生产绿色钢铁。”

——蒂森克虏伯钢铁企业董事长Premal Desai

全球75%的钢都是通过高炉中添加焦炭形式 “还原”铁矿石来炼制的。在这种“碱性氧气转炉”系统中,氧化铁和碳反应生成熔铁、一氧化碳和二氧化碳。一吨生铁需要1.6吨铁矿石,0.3吨焦炭和0.2吨煤粉。还原过程的碳排放量占整个炼钢流程的90%,利用CCS最多只能捕捉不到50%碳。近年来,替代传统高炉的DRI工艺使用天然气代替焦炭作为还原剂来生成海绵铁,然后通过电弧炉将其转化为钢,但于应对气候变化,远远不够。

为彻底实现钢铁行业的减排目标,需要将焦炭和天然气替换为氢气,同时用可再生能源给电弧炉供电。这正是奥钢联联合西门子,奥地利电网等单位打造H2FUTURE项目的初衷,毕竟此次蒂森克虏伯钢铁所用的氢气还是来自法液空和林德供应的非绿氢。奥钢联绿氢项目采用西门子最先进的Silyzer300设备,总规模6MW,制氢能力1,200立方米/小时。除利用“绿氢”外,奥钢联还要在2030年前将其林茨工厂5个高炉中的3个改为电炉。根据奥钢联的发展规划,2050年要实现碳减排80%目标。

“大家为未来钢铁生产过程中更大幅度的碳减排设置了清晰的目标,随着林茨世界上最先进的电解制氢厂投产,大家已经成功地迈出了转型的关键一步。”

——奥钢联董事会主席Herbert Eibensteiner

除上述两个企业外,德国萨尔茨吉特钢铁SALCOS项目、瑞典钢铁集团HYBRIT项目均采用可再生能源发电制氢耦合钢铁行业,既提供无碳氢又提供可再生电力。事实上,HYBRIT项目配套的电解水制氢厂一个月前已在瑞典吕勒奥正式投产运营。此外,被欧盟否决的蒂森克虏伯钢铁整合方塔塔钢铁正与荷兰阿姆斯特丹港研究在其工厂建设100MW电解水装置搭建循环经济的可行性。

回到亚洲,韩国在2009年着手在钢铁领域引入氢能,并将氢还原炼铁法指定为国家核心产业技术加紧开发。中国科技部甚至早在2006年就批准了氢冶金规划立项,但受制于氢气成本和工艺未持续跟进。近两年,宝武钢铁、河北钢铁、鞍钢、酒钢等企业纷纷开展氢能冶金立项,并成立氢能研究中心加快绿色钢铁步伐。

“现在看,氢能交通很可能率先突破。大家在12年前以氢冶金看,人类社会20世纪是氧时代,21世纪是氢时代。氢冶金就是氢代替碳还原生成水,不但没有排放,而且反应速度极快。”

——中国工程院干勇院士

(文中信息和图片来自中国工程院、蒂森克虏伯企业、奥钢联企业、瑞典钢铁集团氢能冶金相关项目)

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