神户制钢与米塔尔合建氢能炼铁实证工场 推动无碳炼铁技术落地,

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9月21日消息,神户制钢和欧洲阿塞洛尔·米塔尔集团宣布,将通过氢能代替煤炭,共同开发可减少二氧化碳(CO2)排放量的炼铁技术。神户制钢将与米塔尔在德国建设实证工场来进行技术合作。目前欧洲各国都在推进开发利用低环境负荷的氢能来炼铁,米塔尔建设的实证工场将成为世界最大规模的氢能炼铁实证工场。

到17日为止,神户制钢100%出资的美国钢铁设备制造企业米德雷克斯与米塔尔达成了协议,米塔尔在德国汉堡市的工场开发使用氢能炼铁法的实证工场,由米德雷克斯公司提供设备和技术,预计将达到年产10万吨的生产能力。

在全球“脱煤碳”潮流的背景下,欧洲各国都在积极开发无碳炼铁法。传统的高炉炼铁是以铁矿石和煤炭获取的焦炭为原料制铁,在还原反应时会产生大量的二氧化碳(CO2),使用天然气代替煤炭还原也会产生一定量的CO2。如果使用氢能的话,可以实现CO2零排放。

日本也在努力推进氢能炼铁法的实用化。日本新能源・产业技术综合开发机构(NEDO)于今年3月在东京召开新闻发布会,发布会主要是公布氢能炼钢研究项目的进展情况。据称,炼钢过程中的二氧化碳排放量占整个日本二氧化碳排放量的13%,2016年日本因钢铁排放的二氧化碳约为1.4亿吨。

NEDO联合5家日本钢铁企业、设备制造企业(神户制钢,JFE钢铁,新日铁住金,新日铁住金工程)于2008年开始启动验证测试。在2016年,应用新日铁住金君津制铁所建造的试验用熔炼炉进行了最终阶段的测试。该项目的目标是:在2030年前后实现二氧化碳减排约30%的技术和熔炼炉1号机组的投产使用,并在2050年前实现技术的普及。

据悉,日本钢铁协会推动的低碳工艺技术以COURSE50(创新炼铁工艺技术)为基础,以氢气替代部分焦炭的氢还原炼铁技术为主,配合使用碳捕集、存储与利用技术。其中,最关键的工艺技术是氢还原炼铁技术。日本钢铁协会根据以下公式计算氢还原炼铁技术的成本:Fe2O3+3/2H2+48kJ→Fe+3/2H2O

日本钢铁协会估算生产1吨生铁需要601标准立方米氢气,补偿吸热反应需要67标准立方米氢气,加热融化到1600摄氏度需要85标准立方米氢气,共计需要753标准立方米氢气,按照75%的热效率计算,产生1吨生铁需要的氢气量为1000标准立方米。到2100年,全球氢气需求量为1.2万亿标准立方米/年。

日本钢铁协会还按照当前的炼焦成本估算出钢铁行业可以接受的氢气成本为7.7美分/标准立方米。

COURSE50工艺降碳路径

在推动COURSE50项目的同时,日本钢铁协会还将推动一些基础性研究,到2100年实现这些技术的全部应用,实现全社会低碳排放。这其中的核心技术包括零排放发电技术,核电、可再生能源发电技术,无碳制氢技术,利用核电和可再生能源低成本、大批量制氢技术等。

我国钢企在氢能利用方面的动作

氢能作为新兴的战略能源,具有零污染、零排放的优势,被视为21世纪最具发展潜力的清洁能源之一。中国也在推进氢能冶炼技术。2019年4月28日,生态环境部等5部委联合发布《关于推进实施钢铁行业超低排放的意见》,意在进一步降低钢铁行业各生产环节的污染物排放。钢铁企业尤其是特大型钢铁企业为了适应国内国际形势,也开始积极参与氢能利用项目。

2019年1月份,宝武集团与中核集团、清华大学签订《核能—制氢—冶金耦合技术战略合作框架协议》,三方将强强联合,资源共享,共同打造核冶金产业联盟。

2019年3月份,河钢与中国工程院战略咨询中心、中国钢研、东北大学联合组建氢能技术与产业创新中心,共同推进氢能技术创新与产业发展。河钢将重点在氢气存储与运输、燃料电池汽车、富氢冶金技术等领域开展研究。

两家中国钢铁企业涉足氢能利用,思路各异。宝武集团主要采用核能电解制氢工艺,但也不排除其他方面的应用扩展。河钢当前主要依托钢铁企业自身副产品制氢,制氢工艺成熟、成本相对较低。在应用方面,河钢前期将主要在氢燃料电池产业链进行布局,后期才会发展到富氢冶金技术领域。

因为拟采用的制氢工艺不同,两家中国钢企所选择的重点合作伙伴也有所差异。目前这两家中国钢企的前期项目研究尚未得到政府基金或专项科研基金的支持。与国外企业相比,在氢能制取的电解槽、燃料电池电极等方面,国内还有差距,有必要吸引电解槽设备供应商、燃料电池供应商或相关研究机构加入。

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