近年來，氫能作為連接間歇性可再生能源與現(xiàn)有能源體系的重要耦合點，受到國家相關部門及地方政府的高度重視。作為清潔、高效、安全、可持續(xù)的二次能源，氫能廣泛應用于汽車、制造、交通等行業(yè)，發(fā)展氫能對新時代能源轉型，推動實現(xiàn)碳達峰、碳中和“30·60目標”具有重大意義。

　　作為世界最大的制氫國，我國氫氣產量占全球總產量的比例超過30%，初步形成了包括氫氣制備、儲運、應用等環(huán)節(jié)的全產業(yè)鏈示范應用。隨著能源結構逐步向以可再生能源為主的多元格局發(fā)展，氫氣的需求量將呈現(xiàn)上升態(tài)勢。據(jù)中國氫能聯(lián)盟預測，到2030年，我國氫氣需求量將達到3500萬噸，到2050年將接近6000萬噸，產業(yè)鏈年產值約12萬億元，將成為引領經濟發(fā)展的新增長極。

　　氫能產業(yè)鏈主要包括制氫、儲運、加注和下游應用等環(huán)節(jié)，其產業(yè)鏈如圖1所示。

　　制氫環(huán)節(jié)

　　制氫主要包括工業(yè)尾氣副產氫、化石原料制氫、電解制氫等。其中，前兩種方式由于成本低、技術成熟、可大規(guī)模制備等優(yōu)勢，在未來較長時期內仍將作為供氫主體，但由于制氫方式以化石原料為載體，占比將逐年下降。可再生能源電解制氫作為全周期零排放技術，將有效緩解我國棄風、棄電等問題，使氫能成為連接間歇性可再生能源與現(xiàn)有能源體系的耦合點，實現(xiàn)多種能源跨地域、跨時間的優(yōu)化配置，推動我國能源轉型升級。預計到2050年，我國可再生能源電解制氫比例將逐步提升至70%。2020年~2050年主要制氫方法的產氫比例如圖2所示。

　　儲運環(huán)節(jié)

　　一是儲氫環(huán)節(jié)。常用的儲氫方式有氣態(tài)、液態(tài)、固體儲氫3類。其中，氣態(tài)儲氫由于具備充放氫速度快、容器結構簡單等優(yōu)點而被廣泛運用，低溫液態(tài)儲氫主要應用于航天工程領域，有機液體和固體儲氫仍處于示范應用階段。各儲氫方式的優(yōu)劣勢及發(fā)展趨勢見表1。

　　二是氫能運輸。氫能運輸主要有氣態(tài)、液態(tài)和固體3種運輸方式。目前，我國主要采用20兆帕長管拖車氣態(tài)運輸，與發(fā)達國家45兆帕長管拖車的單車運氫能力仍有明顯差距。未來，隨著管道建設日趨完善，我國將逐步形成高壓氣態(tài)、管道和液態(tài)多種運氫技術協(xié)同發(fā)展的格局。各種氫能運輸方式特點見表2。

　　截至2020年底，我國累計建成可運營加氫站118座，其中投入運營的加氫站101座，加氫站存量僅次于日本的146座（數(shù)據(jù)統(tǒng)計截至2020年9月），居世界第2位。預計到2030年，我國將建成加氫站1500座。主要國家和組織的加氫站建設規(guī)劃見表3。

　　主要下游應用領域

　　一是氫燃料電池汽車。氫燃料電池汽車作為氫能重要的下游應用領域，已進入示范導入期。2020年，受疫情和政策調整的影響，我國燃料電池汽車產、銷量分別下滑至1199輛、1177輛，同比分別減少57.7%、57.0%。未來，隨著加氫站等基礎設施建設日益完善，制氫、儲氫等環(huán)節(jié)技術的不斷突破，燃料電池汽車低排放、加氫時間短、續(xù)航里程長的優(yōu)勢將逐漸顯現(xiàn)，產銷量將呈現(xiàn)上升趨勢。氫燃料電池汽車將以客車和城市物流車為切入領域，逐步建立完備的燃料電池材料、部件、系統(tǒng)制備與生產產業(yè)鏈。據(jù)《節(jié)能與新能源汽車技術路線圖2.0》預測，到2035年，我國燃料電池汽車保有量將達到100萬輛左右。

　　二是氫冶金。在環(huán)保政策趨嚴的背景下，氫冶金技術可助力實現(xiàn)不同程度的減排，成為鋼鐵綠色發(fā)展的重點之一。氫冶金主要包括富氫還原高爐和氣基直接還原豎爐兩類。其中，前者仍以焦炭作為主要還原劑，但相比傳統(tǒng)高爐煉鐵，碳減排幅度可達10%以上；后者采用氫氣與一氧化碳混合氣體作為還原劑，將鐵礦石轉化為直接還原鐵（DRI），再通過電爐冶煉，噸鋼二氧化碳排放量可減少40%以上。

　　在國家、地方相關政策鼓勵引導氫能與燃料電池產業(yè)大力發(fā)展的趨勢下，鋼鐵企業(yè)涉足氫能源，有利于完成自身技術轉型與業(yè)務拓展，探索新的產業(yè)發(fā)展路徑，追趕國際先進冶金水平。我國鋼鐵企業(yè)融入氫能產業(yè)鏈SWOT（企業(yè)戰(zhàn)略分析法，S即優(yōu)勢、W即劣勢、O即機會、T即威脅）分析見表4。

　　總體上看，氫能產業(yè)仍處于培育階段，鋼鐵企業(yè)應搶抓氫能產業(yè)發(fā)展的契機，提前謀劃，持續(xù)跟蹤氫能源發(fā)展動向，積極融入氫能產業(yè)鏈，利用國家先期發(fā)展優(yōu)惠政策和自身優(yōu)勢，加快培育氫能產業(yè)，推動企業(yè)低碳轉型，拓展新業(yè)務新領域，搶占產業(yè)發(fā)展先機。

　　那么，應如何融入氫能產業(yè)鏈呢？

　　一是適時介入制氫環(huán)節(jié)。鋼鐵企業(yè)具有制氫成本低、制氣經驗豐富等優(yōu)勢，其氫氣來源主要為焦爐煤氣。目前，焦爐煤氣主要用于制氫、制LNG（液化天然氣）、發(fā)電3種途徑，若以10000標準立方米/小時富余焦爐煤氣測算，上述3種途徑的年效益分別約為2500萬元、1000萬元、800萬元。由此可見，采用焦爐煤氣制氫可獲得最佳效益。但受市場及提純技術的影響，目前焦爐煤氣中的氫氣主要用于回爐助燃、城市煤氣、發(fā)電及化工生產中。未來，鋼鐵企業(yè)要綜合考慮氫能產業(yè)發(fā)展趨勢、市場規(guī)模和應用領域，適時介入制氫環(huán)節(jié)，加大碳捕集、利用與封存（CCUS）技術及蒸汽甲烷重整技術（SMR）的研發(fā)投入，全面提升氫產率，降低反應能耗，減少溫室氣體排放，實現(xiàn)“藍氫”的制備。

　　二是在儲氫環(huán)節(jié)，鋼鐵企業(yè)前期可探索開展氫氣運輸服務。待氫能產業(yè)發(fā)展到一定規(guī)模后，鋼企應加快介入氫氣儲運環(huán)節(jié)，規(guī)劃建設配套液氫工廠，利用液氫運輸槽車實現(xiàn)氫氣液態(tài)運輸。同時，為降低用氫成本，鋼企可利用管道運輸氫氣至自建加氫站。

　　三是加快發(fā)展氫冶金。氫冶金途徑主要包括：氣基豎爐生產直接還原鐵，該技術較為成熟；高爐內噴吹氫氣或焦爐煤氣，處于研究、示范階段。下一階段，國內鋼鐵企業(yè)將通過與奧鋼聯(lián)、特諾恩、蒂森克虜伯等國外公司合作開展氫直接還原煉鐵的示范應用。其中，2020年河鋼集團與特諾恩簽訂合同，建設120萬噸氫冶金示范性工程項目，包括1座年產60萬噸的ENERGIRON直接還原廠。除制氫氣—氣基豎爐—電爐短流程新工藝外，鋼企還可積極探索構建焦爐煤氣制氫—還原鐵粉—粉末冶金新材料—制品制件的新型產業(yè)鏈。

　　四是開發(fā)氫能產業(yè)相關鋼鐵新材料。一是開發(fā)儲氫運氫鋼鐵材料。據(jù)《中國氫能產業(yè)基礎設施發(fā)展藍皮書》預測，我國將于2030年實現(xiàn)管道及其他方式儲存、管道運輸，并于2050年實現(xiàn)長距離管道運輸。由此可見，未來對于儲運氫無縫鋼管（30CrMo、316L等）的需求量將呈上升趨勢，鋼鐵企業(yè)應加快新型儲運氫材料的研發(fā)，突破氫氣管道的技術瓶頸，搶占市場先機。二是開發(fā)氫燃料電池用金屬雙極板。雙極板被稱為燃料電池電堆的“骨架”，按照制造材料劃分，可分為石墨板、金屬板和復合板。鋼企應圍繞燃料電池核心部件金屬雙極板的核心基材，加快研發(fā)不銹鋼雙極板基板成型、切割、焊接、涂層、密封一系列解決方案。三是開發(fā)應用氫能新能源汽車綜合用材。鋼企應聚焦氫能新能源汽車車身輕量化、新材料開發(fā)、成型技術、超強鋼開發(fā)與應用等，加快進行技術和產品的開發(fā)應用。

　　五是融入城市氫能源發(fā)展。當前氫能產業(yè)迎來發(fā)展熱潮，各地政府均在布局推動氫能源的發(fā)展，多地市提出氫能源發(fā)展規(guī)劃，鋼鐵企業(yè)應依托自身副產氫資源優(yōu)勢，充分融入城市氫能源發(fā)展。一是發(fā)展鋼化聯(lián)產項目。鋼企應以國家逐步推廣乙醇汽油為契機，利用鋼鐵生產尾氣制備乙醇。如中科院大連化物所研發(fā)的DMTE技術（“二甲醚經羰基化、加氫制備無水乙醇”技術）。按該工藝測算，27萬噸一氧化碳和1.1萬噸氫氣可生產乙醇約10萬噸，相當于節(jié)省標煤約30萬噸，避免了約42萬噸二氧化碳的產出，具有重大的綠色發(fā)展意義。二是探索氫能應用場景。目前，河鋼首座加氫示范站于2020年8月在河北邯鄲投入運營。今后，氫能源汽車購置成本將下降，若氫氣售價在35元/千克以下，燃料電池壽命將達到8000小時以上，氫能源物流車全壽命成本與燃油車相當。由此可見，為進一步提升清潔運輸比例，鋼鐵企業(yè)可以通過加氫站和重卡運輸“柴改氫”等應用場景商業(yè)示范，積極探索氫能源汽車作為城市間、企業(yè)內部物流運輸用車，降低運輸過程中的污染物排放及碳排放。三是開展“氫進萬家”研究。2021年4月，科技部與山東省共同簽署了“氫進萬家”科技示范工程框架協(xié)議，雙方將進一步探索研究氫能的應用領域，特別是在電氫耦合、家庭熱電聯(lián)產和氫能社會等方面的應用，更多地讓氫能進入日常生活。

　　為實現(xiàn)碳中和目標，中國未來的能源結構將實現(xiàn)顛覆性的調整，以氫能為代表的清潔能源未來將有巨大的成長空間。鋼鐵行業(yè)是碳達峰、碳中和“30·60目標”實現(xiàn)的重點領域和責任主體，鋼鐵業(yè)的能源轉型面臨減碳的迫切需求。未來，節(jié)能減排技術領先、生產效率提高、能耗下降的鋼鐵企業(yè)，將能夠實現(xiàn)碳配額的剩余，進而在碳交易市場上獲得豐厚收益。由此可見，鋼鐵企業(yè)一方面應通過利用氫能等新能源實現(xiàn)節(jié)能減排，探索氫的高效生產，平衡氫的資源化與能源化價值，帶動鋼鐵流程的能源消費變革，成為清潔能源的供給者；另一方面應積極拓展氫能資源優(yōu)勢，加快氫能應用場景的開發(fā)，推動用氫多樣化，加快融入氫能產業(yè)鏈，共同推動氫能產業(yè)生態(tài)圈的構建，成為能源供給革命的示范者。

 

　　（前兩名、后一名作者單位分別為冶金工業(yè)規(guī)劃研究院、泰山鋼鐵）