引言：鋼鐵行業是去產能、調結構、促轉型的重點行業，以低碳、零碳發展理念加快實施綠色化改造升級，發展節能環保、可再生能源等新興技術，是加快實現鋼鐵行業實現新舊動能轉換的重要方式，氫能與鋼鐵行業的結合正是一個良好的示範。
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我國鋼鐵工業二氧化碳排放量約佔全國二氧化碳排放量的15%，佔全球鋼鐵行業碳排放量的60%以上！降低二氧化碳排放一直是我國鋼鐵企業的重大任務。
根據《鋼鐵工業調整升級規劃(2016-2020年)》，要求在“十三五”期間能源消耗總量和汙染物排放總量分別下降10%和15%以上。隨著環保要求日漸嚴格，鋼鐵企業的減排壓力只會越來越大。
對此，中核集團提出了“核能制氫”與“氫能冶金”結合的方式，通過“核能冶金”來解決氫氣成本高、鍊鋼減排難的問題。
1、核能制氫與氫能冶金已經具備基礎條件
3月8日，中核集團舉辦了“中核集團‘兩會’代表委員記者見面會”，表示目前我國加快發展核能制氫與氫能冶金已經具備基礎條件。
“中核集團與清華大學、寶武集團等國內主要相關單位，已經聯合開展了核能制氫與氫能冶金結合的前期合作。”中核集團董事長餘劍鋒在8日中核集團於北京舉行的媒體見面會上說。
制氫成本高始終是氫能大規模利用的一道硬傷。現在國內主流的商用加氫站成本大概60元/公斤，面對汽油、柴油和鋰電池競爭力並不突出。餘劍鋒表示，通過“核能制氫”的方式可以得到有效的解決。核能制氫技術研發成功後，制氫成本將比現在降低40%以上。
“核能制氫具有不產生溫室氣體、以水為原料、高效率、大規模等優點，是未來氫氣大規模供應的重要解決方案。”餘劍鋒介紹，高溫氣冷堆是我國自主研發的具有固有安全性的第四代先進核能技術，其高溫高壓的特點與適合大規模製氫的熱化學循環制氫技術十分匹配，被公認為最適合核能制氫的堆型。
目前，世界上工業應用的制氫方法以化石燃料重整為主，在製造氫氣的同時會產生大量的排放，使得“清潔能源”實際上並不清潔。目前國際上正努力尋找可再生能源制氫的方式，而核能制氫是以水為原料, 以廢熱為能源，將核反應堆與先進制氫工藝耦合，是未來大規模製氫的重要解決方案。
“核能制氫與氫能冶金結合將成為劃時代的技術革命。”餘劍鋒說，經初步計算，一臺60萬千瓦高溫氣冷堆機組可滿足180萬噸鋼對氫氣、電力及部分氧氣的能量需求，每年可減排約300萬噸二氧化碳，減少能源消費約100萬噸標準煤，將有效緩解我國碳排放壓力，助力解決能源消費引起的環境問題。
“綜合來看，我國加快發展核能制氫與氫能冶金已經具備基礎條件。”餘劍鋒說。
2、核能制氫、氫能鍊鋼國際已有案例，國內需加快研究進度
如何進行氫能制氫、氫能鍊鋼的實踐，中核集團科技質量與信息化部主任錢天林認為，目前國際上已經實驗多年，國內應通過立項相關科研專項，加快氫能鍊鋼的研究進度。
錢天林在兩會上提交了“關於支持核能制氫與綠色冶金列入國家科技重大專項的建議”。他認為，當前發達國家已經在氫能生產與應用領域加快佈局，我國需要加大力度在核能制氫及氫能冶金領域進行戰略性佈局，以贏得未來氫能時代國際競爭的戰略制高點。
為此，錢天林建議，將高溫氣冷堆核能制氫以及氫能冶金列入國家科技重大專項，加大政策支持和投入保障力度；並且儘快落實建設60萬千瓦高溫氣冷堆核能工程。
為了贏得未來氫能時代國際競爭的戰略制高點，當前美國、韓國都在大力開展核能制氫技術的研發工作。
早在2009年，韓國原子能研究院與POSCO等韓國國內13家企業及機關共同簽署原子能氫氣合作協議（KNHA），正式開始開展核能制氫信息交流和技術研發。美國將核能制氫作為下一代核電站計劃(NGNP)的主要組成部分, 因此美國已經開始為未來的核氫設施的建造和運行許可證的審評和發放做準備。美國能源部(DOE)在核能制氫技術研發方面不遺餘力地提供資助。
3、中核集團與寶武、清華簽約打造核冶金聯盟
中核集團已經開始核能制氫、氫能鍊鋼相關的佈局。
在兩會之前，1月15日，中核集團就已與中國寶武、清華大學簽訂《核能-制氫-冶金耦合技術戰略合作框架協議》，三方將資源共享，共同打造世界領先的核冶金產業聯盟。此處的核冶金就是利用核能制氫再用氫氣冶金。
在去年10月份，中國寶武、中核集團和清華大學三方啟動了共同研究核能技術與冶金製造技術如何協同以及創新技術鏈與產業鏈的可行性工作，之後迅速組建聯合工作團隊制定合作方案，確定工作內容，並完成了合作前景分析報告。
根據此次戰略合作框架協議，中國寶武、中核集團、清華大學三方將建立戰略合作工作聯繫會議制度，以“產學研”模式開展深度合作。此次合作將結合中國寶武鋼鐵產業的發展需求，將核能技術與鋼鐵冶煉和煤化工工藝耦合，實現二氧化碳的超低排放，起到行業示範作用。合作各方將加大研發投入，加速關鍵技術的研究和孵化，爭取國家和政府部門的大力支持。
錢天林在兩會上提出的議案，就與該戰略合作有一定的關係。
寶武集團董事長陳德榮表示，根據核能以及核能制氫的特點與冶金技術深度耦合具有天然優勢，實現鋼鐵企業清潔綠色發展，核能是一個很好的選擇。期望三方研發團隊未來能夠精誠合作，共同推動核冶金工藝技術的革命性突破。
4、核能冶金，韓國、瑞典已在走在前方
（1）POSCO參與核能制氫研究，推進氫還原鍊鐵法
在鍊鐵領域，韓國政府將氫還原鍊鐵法指定為國家核心產業技術，正加緊開發。
早在2009年，韓國原子能研究院與POSCO等韓國國內13家企業及機關共同簽署原子能氫氣合作協議（KNHA），正式開始開展核能制氫信息交流和技術研發。
2010年5月，POSCO正式開發著手開發超高溫煤氣爐（VHTR, Very High Temperature Reactor）和智能原子爐（SMART: System-integrated Modular Advanced Reactor）。VHTR和SMART與氫冶煉技術密切相關，為此POSCO與原子能研究院密切合作，共同開展核能系統和原材料方面的研究。
韓國政府認為，以目前的鍊鐵技術，到2030年鋼鐵產業根本無法達到溫室氣體排放標準，因此必須研發從根本性減少溫室氣體排放的全新生產技術。
韓國產業部表示，用傳統的工藝，通過提高能源效率等方法，最多可以減少3%左右的排放，但如氫還原鍊鐵工藝開發成功，則可以降低15%以上的二氧化碳排放。
為此，韓國政府從2017年到2023年投入1500億韓元（約合9.15億人民幣），以官民合作方式研發氫還原鍊鐵法。
韓國計劃將通過以下三步完成氫還原鍊鐵：
第一步：從2025年開始試驗爐試運行；
第二步：從2030年開始在2座高爐實際投入生產；
第三步：到2040年12座高爐投入使用，從而完成氫還原鍊鐵。
從預計投入資金情況來看，從技術研發到在2座高爐上實際投入生產，需要投入8000億韓元（約合48.78億元人民幣）的資金，可減少1.6%的二氧化碳排放，在12座高爐實際投入生產，預計需要投入4.8萬億韓元（約合292.68億元人民幣）資金，可減少8.7%的二氧化碳排放。
氫還原鍊鐵法有以下4項核心技術：
- 氫氣增幅技術：通過焦爐煤氣（COG）改質，提高COG中氫含量，使其達到高爐氫還原要求。
- 實際操作中的全新技術開發：氫氣吹入技術、爐內化學反應最佳化技術、難還原礦及低品位礦石還原技術、焦炭\燒結礦\爐渣品質設計技術等等實際操作中需要的全新技術開發非常重要。
- 超耐熱\超耐腐蝕原材料開發：需要先行開發可以儲藏高溫、高壓氫氣和在900度以上高溫下的超耐腐蝕高溫材料。
- 利用氫氣的直接還原鐵（DRI）生產技術：開發利用氫氣，將鐵礦石在固體狀態下直接還原成DRI的生產技術，從而使用DRI替代在電爐中使用的高級廢鋼。
（2）瑞典“氫氣鍊鋼”項目，將顛覆傳統高爐、電爐流程
瑞典耗資14億瑞典克朗（1.5億美元），啟動了一個氫能鍊鋼項目，目的是成為世界上第一個不用化石燃料鍊鋼的國家。
該項目總工程師裴文國表示，之所以會想到讓瑞典成為“綠色鋼鐵”先驅，主要是因為他擔任技術開發主管的瑞典鋼鐵集團（SSAB）所面臨的風險：如果妨礙了瑞典實現2045年達到碳平衡的雄心壯志，這家公司可能會面臨商業模式崩潰。SSAB現有的位於呂勒奧的高爐和鋼鐵廠每生產一噸鋼就排放1.6噸二氧化碳。儘管按全球標準來看很低，但整個鍊鋼業的排放量佔到了瑞典總排放量的十分之一。
由SSAB、瑞典國有鐵礦石生產商LKAB、國有大瀑布電力公司（Vattenfall）建立的零碳鋼合資企業HYBRIT Development旨在通過抑制焦炭的使用來消除該行業的幾乎所有排放。它將利用瑞典豐富的可再生能源，通過電解產生氫氣，用氫來生產一種名為“直接還原鐵”（DRI）的產品。該公司希望到2024年完成實驗階段，並在截至2035年的十年裡進入全面試產。
隨著工廠的落成，HYBRIT項目將進入將進入中試階段；2025年~2035年，HYBRIT項目將進入實證階段，進行小規模的工業生產；到2045年，SSAB將達成實現非化石能源鍊鋼的目標。而據國際氫能委員會預計，2050年氫能達到全球能源總需求的18%——HYBRIT項目正好趕在氫能大規模應用時完成。
在許多國家，減少工業排放的首要任務將是鼓勵回收利用。但這還遠遠不夠，製作材料的方式也需要改變。HYBRIT的經驗可能會提供一個範本。其技術挑戰始於這樣一個事實：世界上75%的鋼，包括SSAB的，都是在高爐中添加焦炭形式的碳以“還原”鐵礦石來煉製的。在這種“鹼性氧氣轉爐”系統中，氧化鐵和碳反應生成熔鐵、一氧化碳和二氧化碳。在替代它的DRI工藝中，使用天然氣代替焦炭作為還原劑，來生成海綿鐵，然後通過電弧爐將其轉化為鋼。
還原過程產生了佔整個鍊鋼過程高達90%的碳排放量，HYBRIT曾嘗試使用碳捕獲和存儲（CCS）來去除高爐中產生的碳排放，但發現它只能捕獲約一半二氧化碳，不足以滿足瑞典的零排放目標。因此HYBRIT希望停止依賴高爐而改用DRI，並使用氫氣而非天然氣作為還原劑。該項目認為瑞典的電價會變得足夠低，在DRI過程中使用電解氫會比沼氣更便宜。
儘管如此，假設電價保持在當前水平，這項工藝可能會讓粗鋼的價格上漲20%到30%。制氫所需的電量是驚人的。大瀑布公司的米卡埃爾·努德蘭德（Mikael Nordlander）表示，如果全面投產，HYBRIT每年將消耗約150億度電，佔瑞典目前供電量的10%。
5、氫能與鋼鐵產業的合作是雙贏
氫能與鋼鐵產業的合作是雙贏的結果：氫能幫助鋼鐵企業節能減排、延伸業務、完成轉型，鋼鐵企業為氫能提供了更多的落地應用，促進發展。氫能和鋼鐵是一個互相促進的產業組合。
鋼鐵行業是去產能、調結構、促轉型的重點行業，而氫能行業是處於起步階段的行業，氫能和鋼鐵的合作形成了互補，有著良好的示範效應，能夠吸引更多行業涉足氫能。氫能產業處於發展的早期，不僅需要努力發展技術，也需要向社會提供更多的想象力，才能引來更多的資金和人才，才能更好地促進產業發展。
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