在碳達峰與碳中和的背景下，中國鋼鐵行業碳減排壓力巨大。氫冶金是清潔的革命性鋼鐵生產技術，利用氫代替碳作為冶金過程燃料和還原劑，反應產物是水。與傳統的碳冶金相比，可以從根本上減少碳排放，實現清潔生產目標。

澎湃新聞記者獲悉，近日，全球低碳冶金創新聯盟成員單位上海大學與位于河北省昌黎縣循環經濟產業園的民營企業昌黎縣興國精密機件有限公司（下稱“興國公司”），聯合完成了我國首次以純氫為噴吹氣源的高爐富氫冶煉技術開發試驗。

據悉，試驗中系統運行正常，相關數據達到預期標準。通過此次試驗，實現了降低焦比10%以上、減少二氧化碳排放量10%以上和鐵產量增加13%以上。同時，獲得了鋼鐵生產中大規模安全使用氫氣的寶貴經驗。

從全球范圍來看，據公開報道，此前的2019年11月11日，蒂森克虜伯鋼廠杜伊斯堡9號高爐正式啟動純氫氣注入試驗，這是全球首次高爐注入氫氣試驗。蒂森克虜伯用氫氣代替煤粉作為還原劑，從而減少鋼鐵生產過程中的二氧化碳排放。

“氫與傳統煉鐵過程的耦合是此次項目試驗中的關鍵難題之一。”上海大學材料學院教授張玉文介紹說，氫氣和鐵礦石發生氧化還原反應吸熱，會造成高爐溫度下降。怎樣最大程度使用氫氣，還保障爐溫是技術難點。為此，技術團隊在試驗中采用富氧噴氫、裝料調控等手段解決了高爐富氫與傳統煉鐵過程的耦合協調問題。

另外需要注意的是，要進行半工業化或工業化規模的純氫冶金試驗，大規模的氫源是基礎，但大規模使用氫，存在生產安全隱患。張玉文提到，這次試驗也突破了大規模氫氣供應和氫氣安全使用難題。

他表示，此次富氫冶煉試驗純氫氣的噴吹量達到每小時1800立方米，噸鐵250立方米，系統研究了氫氣噴吹量變化對高爐冶煉過程的影響行為。

據興國公司總經理周國成對媒體介紹，目前已經完成試驗高爐解剖前的準備工作，解剖后就能獲取爐內爐料結構和性狀變化的試驗數據。

值得關注的是，從上世紀90年代起，上海大學省部共建高品質特殊鋼冶金與制備國家重點實驗室在徐匡迪院士的領導下率先并持續開展了基于氫冶金的低碳煉鐵新技術研究，圍繞氫冶金、富氫煤氣重整改質和還原鐵礦石、經濟規模制氫、CO2捕捉分離和利用等關鍵技術的基礎理論和工藝的長期研究已形成了雄厚的積累和知名的行業影響力。早在1999年北京香山科學會議上，徐匡迪即提出了鐵礦石氫還原工藝設想，并在2002年國家自然基金科學會議（上海）上再次提出氫冶金的技術思想。

據上海大學官網介紹，從全球氫冶金研發開展情況看，目前主要有兩條技術路線，一條是基于高爐煉鐵開展高爐噴吹富氫（或純氫）技術，另一條是基于非高爐的富氫（或純氫）氣基還原工藝技術。

而高爐煉鐵工藝技術成熟、生產能力大、效率高，未來幾十年高爐仍將是支撐中國對鋼鐵材料龐大需求的主流煉鐵裝備。目前，以碳冶金和礦石為基礎的高爐—轉爐流程產鋼量約占90%，其中高爐煉鐵CO2排放量最大的工序，約占整個鋼鐵生產CO2排放總量的70%-90%。這也意味著，高爐低碳冶煉是規模化實現中國鋼鐵工業低碳的首要路徑。

此前的2020年10月，上海大學省部共建高品質特殊鋼冶金與制備國家重點實驗室專門成立了“氫冶金技術研究與成果轉化中心”。

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