当前，在气候问题和减排压力下，全球钢铁行业正在寻找新技术来减少碳排放。低碳冶炼是钢铁行业实现碳达峰碳中和的关键所在。作为高耗能行业的钢铁业，其温室气体排放约占全球温室气体排放的7％，而目前全球近75％的钢铁生产采用高炉和转炉工艺，每生产1吨粗钢就会产生约2吨二氧化碳。为减少碳排放，氢能炼铁工艺正成为钢铁行业绿色低碳发展的新趋势。

日本COURSE50新技术探索

日本一直积极致力于能源利用技术的开发，其钢铁工业的能源利用效率已达到世界最高水平。然而，在日本二氧化碳总排放量中，钢铁业所占比例依然达12.4％。为了实现更为有效减排二氧化碳的目的，日本启动了由新能源、产业技术综合开发部门委托与组织的环境和谐型炼铁工艺开发项目CO UR SE50。COURSE50的研究内容主要是炼铁工艺的创新研发，同时平衡经济发展和环境保护的关系。COURSE50计划在2030年建立新的高炉炼铁工艺流程以减少炼铁工艺30％的二氧化碳排放量，2050年最终实现工业化。

氢还原铁矿石技术

传统高炉炼铁工艺的还原剂是由焦炭提供的，在将铁矿石还原成铁的过程中会产生大量二氧化碳，现今在高炉炼铁中已经开发应用了很多以碳热为基础的成熟的环保减排工艺技术，在此基础上再进行技术上的提升存在很大的难度。高炉氢气炼铁是将现在使用的还原剂焦炭的一部分换成氢，还原剂选择富氢的改质焦炉煤气，把此还原剂吹至高炉中，用来对铁矿石进行还原，尽可能多地用氢替代碳，从而减少炼铁过程中二氧化碳的产生，达到减排目的。

富氢还原和高炉煤气中二氧化碳捕集回收技术

COURSE50项目路线包括富氢还原和高炉煤气中二氧化碳捕集回收两项主要技术，以实现二氧化碳减排。前者是以焦炉煤气和水的重整技术为基础，采用新型焦化技术生产高强度、高反应性焦炭；后者是基于一种利用废热的高效二氧化碳吸收技术。日本制铁建成了年产35t/d的12立方米试验高炉，确定了氢还原炼铁减排10％、二氧化碳回收减排20％的目标，即总体减排目标为30％。

2014-2016年高炉一期喷氢试验运行结果表明，与非喷氢相比，高炉碳排放量降低了9.4％。在第二阶段，将对4000-5000立方米高炉进行扩模试验，逐步模拟实际高炉。第一座高炉将在2030年之前使用喷氢技术，日本将在2050年之前使用该技术。CO URSE50项目也被用来从COG（焦炉煤气）中生产氢气。当CO G离开炭化室时温度达到800℃，可以最大限度地利用感热催化裂解焦油和碳氢物质，从而产生氢气。该技术已完成工业试验。通过这一改进，COG中的氢气含量由55％（体积分数）提高到63％-67％，气体体积增加1倍。

在日本COURSE50项目中，利用新建的试验高炉进行了试验，建立了有效利用氢基还原剂为主的反应控制技术，减少高炉的二氧化碳排放。结果表明，与常规操作相比，氢还原度可提高10％左右，直接还原度可降低10％左右。通过适当的控制技术，试验高炉的二氧化碳抑制率也降低了约10％。

德国富氢高炉冶炼的探索和实践

2018年1月11日，位于德国杜伊斯堡的蒂森克虏伯斯塔尔钢厂进行了一个项目，用氢作为还原剂来替代煤，减少或完全避免钢铁生产中的二氧化碳排放。这标志着“以氢（气）代煤（粉）”作为高炉还原剂的试验项目正式启动。这一尝试标志着钢铁工业进入了一个新时代。这次试验是在初始阶段通过一个风口喷氢，并逐步扩大到全部28个风口。2022年这项技术将在另外三座高炉上进行，届时蒂森克虏伯公司钢铁生产过程的二氧化碳排放量将减少20％左右。

2019年，德国萨尔钢铁公司与保尔沃特公司合作，为德国迪林根-萨尔钢铁公司的4号和5号高炉设计并装备了COG（焦炉煤气）的喷吹系统，用焦炉煤气部分代替煤粉和冶金焦作为高炉还原剂，进一步降低高炉内的碳强度和整个炼铁过程的碳足迹。根据项目安排，2020年夏季在迪林根-萨尔钢铁5号高炉一半风口初次喷吹焦炉煤气；到2020年底，两个高炉的所有风口都长期喷吹焦炉煤气。

2020年8月，德国迪林根-萨尔钢铁公司进行了高炉喷吹富氢焦炉煤气的操作。这是德国第一家钢铁企业在高炉正常运行条件下进行的利用氢作为还原剂的操作，投资额为1400万欧元的焦炉煤气喷吹系统是此次试验的关键。这为迪林根-萨尔钢铁减少碳排放，同时为实际使用绿氢创造了条件。此次操作的目的是进一步减少碳排放，同时获得在钢铁生产中使用氢的经验。

该公司认为，未来高炉利用氢作为还原剂在技术上是可行的，但前提条件是拥有绿氢。更长远的技术路线是，在绿氢数量上满足需求、在成本上具有竞争力的前提下，未来德国萨尔州的钢铁生产将走上氢基直接还原铁电炉的技术路线。研究人员计划下一步在两座高炉中进行使用纯氢的试验。同时，该公司宣布，在德国支持氢能源发展举措的条件下，计划到2035年将碳排放量减少40％。

韩国钢铁业低碳发展路径

钢铁行业作为韩国碳减排的重点领域，采取的主要措施是：逐步用液化天然气取代重油，加快现有设备升级改造和以氢还原炼铁技术为代表的新工艺的研发推广，持续推进生产方式转变和产业结构调整。

目前，韩国钢铁行业正在积极开发采用氢还原冶炼的创新技术。2017年韩国钢铁行业开始研究氢还原冶炼技术，并将其作为国家核心产业技术加紧研发。其中，“以高炉副产煤气制备氢气”和“用替代型铁原料电炉炼钢”两项关键技术作为政府课题进行研究。

韩国的氢还原冶炼技术研发计划在2017-2020年进行实验室开发，在2024年之前进入中试阶段，2024-2030年完成商业应用的前期研究，在2030年之后开发具有经济性且切实可行的应用型技术，并投入商业化应用。该技术预计最多减排15％的二氧化碳。

该技术开发课题由韩国金属材料研究合作社统管，浦项钢铁公司、现代钢铁公司、SAC环保热能技术公司等22家相关产学研机构和企业共同参与。CO O LSTAR项目是该课题的核心技术项目。为减少钢铁工业的二氧化碳排放，该项目计划在高炉（第一部分，浦项钢铁主管，预计投资415亿韩元）、副产煤气改质与精制（第二部分，SAC主管，预计投资290亿韩元）、电炉（第三部分，现代钢铁公司主管，预计投资180亿韩元）三大领域分别进行技术开发。其中，第一部分的关键技术为氢气应用技术，第二部分的关键技术为氢气制备技术、副产煤气精整及分离技术，第三部分的关键技术为氢气-直接还原铁（DRI）制备技术、DRI电炉利用技术、转炉大批量利用废钢技术等。项目的实施周期为2017年12月-2024年11月，最终目标是实现钢铁冶炼的高效、环保，同时确保产品质量和生产稳定。

韩国专家认为，氢还原冶炼技术开发的前提是低成本、大批量制备氢气，而目前这一问题在全球范围内尚未突破。此外，该项目涵盖多种技术，从研发到实际应用，仍然存在许多亟待解决的难题和潜在风险，存在较大的不确定性，一旦该技术研发应用成功，将对韩国工业结构产生巨大影响。

（内容来源于世界金属导报、信息资源网）