中国 钢企应如何融入氢能产业链？

 氢能产业链主要包括制氢、储运、加注和下游应用等环节，其产业链如图1所示。

 制氢环节

 制氢主要包括工业尾气副产氢、化石原料制氢、电解制氢等。其中，前两种方式由于成本低、技术成熟、可大规模制备等优势，在未来较长时期内仍将作为供氢主体，但由于制氢方式以化石原料为载体，占比将逐年下降。可再生能源电解制氢作为全周期零排放技术，将有效缓解我国弃风、弃电等问题，使氢能成为连接间歇性可再生能源与现有能源体系的耦合点，实现多种能源跨地域、跨时间的优化配置，推动我国能源转型升级。预计到2050年，我国可再生能源电解制氢比例将逐步提升至70%。2020年~2050年主要制氢方法的产氢比例如图2所示。

 储运环节

 一是储氢环节。常用的储氢方式有气态、液态、固体储氢3类。其中，气态储氢由于具备充放氢速度快、容器结构简单等优点而被广泛运用，低温液态储氢主要应用于航天工程领域，有机液体和固体储氢仍处于示范应用阶段。各储氢方式的优劣势及发展趋势见表1。

 二是氢能运输。氢能运输主要有气态、液态和固体3种运输方式。目前，我国主要采用20兆帕长管拖车气态运输，与发达国家45兆帕长管拖车的单车运氢能力仍有明显差距。未来，随着管道建设日趋完善，我国将逐步形成高压气态、管道和液态多种运氢技术协同发展的格局。各种氢能运输方式特点见表2。

 加注环节

 截至2020年底，我国累计建成可运营加氢站118座，其中投入运营的加氢站101座，加氢站存量仅次于日本的146座（数据统计截至2020年9月），居世界第2位。预计到2030年，我国将建成加氢站1500座。主要国家和组织的加氢站建设规划见表3。

  主要下游应用领域

  一是氢燃料电池汽车。氢燃料电池汽车作为氢能重要的下游应用领域，已进入示范导入期。2020年，受疫情和政策调整的影响，我国燃料电池汽车产、销量分别下滑至1199辆、1177辆，同比分别减少57.7%、57.0%。未来，随着加氢站等基础设施建设日益完善，制氢、储氢等环节技术的不断突破，燃料电池汽车低排放、加氢时间短、续航里程长的优势将逐渐显现，产销量将呈现上升趋势。氢燃料电池汽车将以客车和城市物流车为切入领域，逐步建立完备的燃料电池材料、部件、系统制备与生产产业链。据《节能与新能源汽车技术路线图2.0》预测，到2035年，我国燃料电池汽车保有量将达到100万辆左右。

 二是氢冶金。在环保政策趋严的背景下，氢冶金技术可助力实现不同程度的减排，成为钢铁绿色发展的重点之一。氢冶金主要包括富氢还原高炉和气基直接还原竖炉两类。其中，前者仍以焦炭作为主要还原剂，但相比传统高炉炼铁，碳减排幅度可达10%以上；后者采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（DRI），再通过电炉冶炼，吨钢二氧化碳排放量可减少40%以上。

 在国家、地方相关政策鼓励引导氢能与燃料电池产业大力发展的趋势下，钢铁企业涉足氢能源，有利于完成自身技术转型与业务拓展，探索新的产业发展路径，追赶国际先进冶金水平。我国钢铁企业融入氢能产业链SWOT（企业战略分析法，S即优势、W即劣势、O即机会、T即威胁）分析见表4。

总体上看，氢能产业仍处于培育阶段，钢铁企业应抢抓氢能产业发展的契机，提前谋划，持续跟踪氢能源发展动向，积极融入氢能产业链，利用国家先期发展优惠政策和自身优势，加快培育氢能产业，推动企业低碳转型，拓展新业务新领域，抢占产业发展先机。

 那么，应如何融入氢能产业链呢？

 一是适时介入制氢环节。钢铁企业具有制氢成本低、制气经验丰富等优势，其氢气来源主要为焦炉煤气。目前，焦炉煤气主要用于制氢、制LNG（液化天然气）、发电3种途径，若以10000标准立方米/小时富余焦炉煤气测算，上述3种途径的年效益分别约为2500万元、1000万元、800万元。由此可见，采用焦炉煤气制氢可获得最佳效益。但受市场及提纯技术的影响，目前焦炉煤气中的氢气主要用于回炉助燃、城市煤气、发电及化工生产中。未来，钢铁企业要综合考虑氢能产业发展趋势、市场规模和应用领域，适时介入制氢环节，加大碳捕集、利用与封存（CCUS）技术及蒸汽甲烷重整技术（SMR）的研发投入，全面提升氢产率，降低反应能耗，减少温室气体排放，实现“蓝氢”的制备。

 二是在储氢环节，钢铁企业前期可探索开展氢气运输服务。待氢能产业发展到一定规模后，钢企应加快介入氢气储运环节，规划建设配套液氢工厂，利用液氢运输槽车实现氢气液态运输。同时，为降低用氢成本，钢企可利用管道运输氢气至自建加氢站。

 三是加快发展氢冶金。氢冶金途径主要包括：气基竖炉生产直接还原铁，该技术较为成熟；高炉内喷吹氢气或焦炉煤气，处于研究、示范阶段。下一阶段，国内钢铁企业将通过与奥钢联、特诺恩、蒂森克虏伯等国外公司合作开展氢直接还原炼铁的示范应用。其中，2020年河钢集团与特诺恩签订合同，建设120万吨氢冶金示范性工程项目，包括1座年产60万吨的ENERGIRON直接还原厂。除制氢气—气基竖炉—电炉短流程新工艺外，钢企还可积极探索构建焦炉煤气制氢—还原铁粉—粉末冶金新材料—制品制件的新型产业链。

 四是开发氢能产业相关钢铁新材料。一是开发储氢运氢钢铁材料。据《中国氢能产业基础设施发展蓝皮书》预测，我国将于2030年实现管道及其他方式储存、管道运输，并于2050年实现长距离管道运输。由此可见，未来对于储运氢无缝钢管（30CrMo、316L等）的需求量将呈上升趋势，钢铁企业应加快新型储运氢材料的研发，突破氢气管道的技术瓶颈，抢占市场先机。二是开发氢燃料电池用金属双极板。双极板被称为燃料电池电堆的“骨架”，按照制造材料划分，可分为石墨板、金属板和复合板。钢企应围绕燃料电池核心部件金属双极板的核心基材，加快研发不锈钢双极板基板成型、切割、焊接、涂层、密封一系列解决方案。三是开发应用氢能新能源汽车综合用材。钢企应聚焦氢能新能源汽车车身轻量化、新材料开发、成型技术、超强钢开发与应用等，加快进行技术和产品的开发应用。

 五是融入城市氢能源发展。当前氢能产业迎来发展热潮，各地政府均在布局推动氢能源的发展，多地市提出氢能源发展规划，钢铁企业应依托自身副产氢资源优势，充分融入城市氢能源发展。一是发展钢化联产项目。钢企应以国家逐步推广乙醇汽油为契机，利用钢铁生产尾气制备乙醇。如中科院大连化物所研发的DMTE技术（“二甲醚经羰基化、加氢制备无水乙醇”技术）。按该工艺测算，27万吨一氧化碳和1.1万吨氢气可生产乙醇约10万吨，相当于节省标煤约30万吨，避免了约42万吨二氧化碳的产出，具有重大的绿色发展意义。二是探索氢能应用场景。目前，河钢首座加氢示范站于2020年8月在河北邯郸投入运营。今后，氢能源汽车购置成本将下降，若氢气售价在35元/千克以下，燃料电池寿命将达到8000小时以上，氢能源物流车全寿命成本与燃油车相当。由此可见，为进一步提升清洁运输比例，钢铁企业可以通过加氢站和重卡运输“柴改氢”等应用场景商业示范，积极探索氢能源汽车作为城市间、企业内部物流运输用车，降低运输过程中的污染物排放及碳排放。三是开展“氢进万家”研究。2021年4月，科技部与山东省共同签署了“氢进万家”科技示范工程框架协议，双方将进一步探索研究氢能的应用领域，特别是在电氢耦合、家庭热电联产和氢能社会等方面的应用，更多地让氢能进入日常生活。

 为实现碳中和目标，中国未来的能源结构将实现颠覆性的调整，以氢能为代表的清洁能源未来将有巨大的成长空间。钢铁行业是碳达峰、碳中和“30·60目标”实现的重点领域和责任主体，钢铁业的能源转型面临减碳的迫切需求。未来，节能减排技术领先、生产效率提高、能耗下降的钢铁企业，将能够实现碳配额的剩余，进而在碳交易市场上获得丰厚收益。由此可见，钢铁企业一方面应通过利用氢能等新能源实现节能减排，探索氢的高效生产，平衡氢的资源化与能源化价值，带动钢铁流程的能源消费变革，成为清洁能源的供给者；另一方面应积极拓展氢能资源优势，加快氢能应用场景的开发，推动用氢多样化，加快融入氢能产业链，共同推动氢能产业生态圈的构建，成为能源供给革命的示范者。