鋼鐵工業(yè)是碳排放大戶，在全球范圍內(nèi)，鋼鐵工業(yè)的碳排放占總排放的5%～6%，在中國(guó)15%的CO排放是鋼鐵工業(yè)中產(chǎn)生的。理論上，冶煉1t鐵水需要消耗414kg碳，而事實(shí)上，由于工業(yè)條件的限制以及冶煉過(guò)程中的原燃料與電力消耗，即便扣除循環(huán)回收的二次能源消耗，噸鐵的消耗也在695kg左右，相當(dāng)于CO：排放1.58t。鋼鐵工業(yè)是一個(gè)相對(duì)成熟的行業(yè)，工業(yè)規(guī)模、設(shè)備水平及自動(dòng)化程度已經(jīng)發(fā)展到較高的水平，盡管鋼鐵行業(yè)不斷探索諸如蓄熱燃燒技術(shù)、高爐噴吹煤粉技術(shù)、高爐煤氣余壓發(fā)電技術(shù)、高爐煤氣聯(lián)合循環(huán)發(fā)電技術(shù)、干炮焦技術(shù)、轉(zhuǎn)爐負(fù)能煉鋼技術(shù)等以促進(jìn)整體工序的節(jié)能減排，但其實(shí)際應(yīng)用及減排能力有限。2030年碳達(dá)峰及2060年碳中和任務(wù)的追近推動(dòng)了低碳冶金技術(shù)的發(fā)展，其中氫冶金技術(shù)成為最受關(guān)注的領(lǐng)域。鋼鐵冶煉流程中，以高爐為代表的生鐵冶煉工序貢獻(xiàn)了80%以上的生鐵。以2020年為例，生鐵產(chǎn)量達(dá)8.88億t，以生鐵為原料生產(chǎn)得到的粗鋼占總粗鋼產(chǎn)量的83.4%，雖然較上年度占比（88.9%）下降，但仍在中國(guó)鋼鐵行業(yè)結(jié)構(gòu)中占絕對(duì)比重。高爐工序中的碳排放量占鋼鐵全流程總碳排放量的73.6%，加上相關(guān)聯(lián)的燒結(jié)（11.5%）及焦化（4.4%），鋼前工藝碳排放占比90%左右。因此解決以高爐為核心的生鐵冶煉工藝的碳排放問(wèn)題是整個(gè)鋼鐵行業(yè)減排的核心。

高爐煉鐵工藝中的碳排放主要來(lái)源于焦炭的消耗。焦炭是高爐生產(chǎn)過(guò)程中必不可少的原料，其作用包括：

（1）作為高爐骨料，對(duì)料柱起透氣和支撐作用；

（2）參與直接還原作用，并為間接還原提供CO還原氣；

（3）燃燒放熱提供還原反應(yīng)、生鐵及爐渣熔化所需熱量；

（4）生鐵滲碳的碳源。現(xiàn)階段，主要鋼鐵企業(yè)高爐燃料比為536kg/t，其中焦比為372kg/t。焦炭作為高質(zhì)燃料，在生產(chǎn)過(guò)程中伴隨高污染、高排放問(wèn)題。高爐冶煉中針對(duì)如何降低焦比、擺脫焦炭依賴進(jìn)行過(guò)長(zhǎng)期的探索，其中最主要的方式是“以氣代炭”和“以煤代炭”，代表性的工藝有高爐噴吹燃料工藝和非焦冶煉工藝。

高爐噴吹工藝就是通過(guò)向高爐中噴吹氣體、液體或固體粉狀燃料來(lái)代替一部分集炭，以降低焦比的工藝。在20世紀(jì)50年代開(kāi)始進(jìn)人工業(yè)規(guī)模的應(yīng)用，并在60年代作為重大煉鐵技術(shù)在多國(guó)普及噴吹的燃料包括天然氣、重油、煤粉，一些國(guó)家根據(jù)國(guó)際市場(chǎng)的氣、油、煤的價(jià)格選擇更經(jīng)濟(jì)的燃料，中國(guó)基本以噴吹煤粉為主。噴吹燃料對(duì)焦炭的代替一方面是在風(fēng)口燃燒帶氧化燃燒產(chǎn)生熱量，一方面是形成CO、H₂還原氣參與間接還原反應(yīng)。前者是噴吹燃料的主要作用，但隨著燃料中氫含量的增加，后者的影響逐漸增大。目前在中國(guó)，高爐噴煤平均達(dá)到143.16kg/t，寶鋼達(dá)到了190～200kg/t，處于國(guó)際先進(jìn)水平。天然氣豐富的北美、俄羅斯、烏克蘭等國(guó)家和地區(qū)采用高爐噴吹天然氣工藝，一般噴吹量為40～110kg/t，最高為155kg/t，同時(shí)還伴隨煤粉的噴吹。針對(duì)商爐噴吹焦?fàn)t煤氣的研究和應(yīng)用，國(guó)外如法國(guó)索爾梅廠、前蘇聯(lián)馬凱耶沃鋼鐵公司、美國(guó)埃德加-湯姆森鋼鐵廠都進(jìn)行過(guò)工業(yè)試驗(yàn)。20世紀(jì)60年代，中國(guó)的本鋼、鞍鋼開(kāi)展過(guò)商爐噴吹集爐煤氣試驗(yàn)。近年，日本大阪大學(xué)及新日鐵公司、瑞典MEFOS、奧鋼聯(lián)林茨廠和維也納大學(xué)以及中國(guó)多家科研機(jī)構(gòu)和鋼鐵企業(yè)對(duì)高爐噴吹焦?fàn)t煤氣展開(kāi)了較為深人系統(tǒng)的研究和工業(yè)化試驗(yàn)，但很少有成熟工業(yè)化應(yīng)用的報(bào)道?；谥袊?guó)高爐噴吹燃料工藝是“以煤代焦”的現(xiàn)狀，雖然從一定程度上降低了焦比，對(duì)改善環(huán)境有積極意義，但是并沒(méi)有從根本上改變高爐的碳消耗，對(duì)碳減排起到的作用有限。

由于高爐透氣性和順行要求，焦炭的骨料功能在一定程度上是無(wú)法代替的。為了實(shí)現(xiàn)無(wú)焦冶煉，逐漸發(fā)展了以熔融還原、直接還原為代表的非焦治煉工藝。

（1）熔融還原工藝中以COREX工藝為代表，其產(chǎn)品為鐵水，能夠代替高爐-轉(zhuǎn)爐流程中的部分高爐鐵水。工藝分為豎爐的還原和熔煉造氣爐的熔融兩個(gè)工序。豎爐利用熔煉造氣爐產(chǎn)生的煤氣對(duì)鐵礦石進(jìn)行預(yù)還原，生成海綿鐵，然后海綿鐵及煤進(jìn)人熔煉造氣爐進(jìn)行熔煉產(chǎn)生鐵水和煤氣。COREX可以看做高爐從爐腰位置一分為二，減少焦炭的骨料作用，從而擺脫對(duì)優(yōu)質(zhì)鐵礦及焦炭的依賴。目前，世界成熟應(yīng)用的COREX工藝有限，主要有：其中南非1臺(tái)C-2000、韓國(guó)1臺(tái)C-2000、印度2臺(tái)C-2000、中國(guó)1臺(tái)C-3000，位于寶鋼，2017年世界熔融還原鐵水產(chǎn)能為710萬(wàn)t。COREX本質(zhì)上是以煤基還原為主，以非焦媒作為主要燃料，實(shí)現(xiàn)了“以煤代焦”，工藝上存在預(yù)還原發(fā)展不充分，物料黏結(jié)并造成順行困難以及熔煉造氣爐中軟熔帶過(guò)厚等問(wèn)題，生產(chǎn)中仍需要配加一定量的焦炭以改善透氣性和順行。熔融還原工藝對(duì)“碳代替”及實(shí)現(xiàn)碳減排的實(shí)際應(yīng)用意義有限。

（2）直接還原工藝根據(jù)能源種類分為氣基直接還原和煤基直接還原，其中以氣基直接還原工藝為主。據(jù)2017年數(shù)據(jù)顯示，全球DRI（直接還原鐵）總產(chǎn)量為0.87億，其中氣基還原產(chǎn)量占比為82.4%（其中MIDREX工藝64.8%，HYL工藝16.9%），中國(guó)產(chǎn)量?jī)H為60萬(wàn)t。同樣由于受天然氣資源條件的限制，中國(guó)在生產(chǎn)中應(yīng)用的直接還原工藝幾乎都是基于煤基的隧道窯法或回轉(zhuǎn)器法，總產(chǎn)能為120萬(wàn)t～150萬(wàn)t 。氣基直接還原工藝是以還原氣作為還原劑，還原爐內(nèi)熱量主要來(lái)自還原氣的物理熱，實(shí)現(xiàn)鐵礦石到金屬鐵的還原過(guò)程。在國(guó)外，主要以天然氣催化裂解產(chǎn)生的還原氣為主，在中國(guó)則進(jìn)行了煤制氣+還原豎爐工藝的嘗試，如寶鋼的B-L法。采用煤制氣的氣基還原工藝雖然是對(duì)氣基還原豎爐工藝進(jìn)行了適應(yīng)國(guó)情的改進(jìn)，但是仍處于“碳冶金”范疇，對(duì)煉鐵工序“碳代替”的意義有限。國(guó)外天然氣為主要能源的還原豎爐工藝采用天然氣裂化制取還原氣，其中CO+H₂體積分?jǐn)?shù)大于95%，尤其是H₂能夠達(dá)到55%，某種意義上實(shí)現(xiàn)了部分“碳代替”。

在上述兩種工藝路徑中，無(wú)論是高爐噴吹燃料還是熔融還原或直接還原，都是針對(duì)基于“碳冶金”的技術(shù)改進(jìn)，其出發(fā)點(diǎn)是減少對(duì)焦炭的依賴。高爐作為煉鐵主要工藝流程，其工藝、設(shè)備、操作制度均達(dá)到較高的水平，對(duì)能源的利用效率也相對(duì)較高，碳消耗達(dá)到了482kg/t鐵水的水平，已接近理論碳消耗的414kg/t鐵水值。在“碳代替”的嘗試中，雖然有效降低了高質(zhì)燃料焦炭的消耗，控制了生產(chǎn)成本，但是從“碳減排”角度，其貢獻(xiàn)十分有限。尤其在中國(guó)缺油少氣的資源背景下，無(wú)論是噴吹煤粉、熔融還原還是基于煤制氣的氣基直接還原工藝，其本質(zhì)是“以煤代焦”而非“碳代替”。但是在國(guó)外資源豐富的地區(qū)，“以氣代碳”通過(guò)天然氣作為燃料的應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)了H₂作為還原劑比重的提升。實(shí)現(xiàn)碳減排的途徑需要以氫氣作為還原劑進(jìn)行碳代替，即“以氫代碳”。高爐噴吹天然氣或焦?fàn)t煤氣以及天然氣裂解制氣的氣基直接還原工藝中已經(jīng)能夠看到氫冶金技術(shù)的影子。因此發(fā)展“以氫代碳”的還原工藝是氫冶金的主要發(fā)展路徑。徐國(guó)迪院士指出，真正實(shí)現(xiàn)低碳鋼鐵冶金技術(shù)，就必須改變以碳為主要載體的鐵冶金過(guò)程，可供選擇的替代還原劑只有氫?，F(xiàn)階段，由于天然氣資源的透乏、電解制氣成本高昂，氫冶金技術(shù)發(fā)展較為緩慢。但是作為焦炭生產(chǎn)和消費(fèi)大國(guó)，中國(guó)有較為豐富的焦?fàn)t煤氣資源，焦?fàn)t煤氣中H₂體積分?jǐn)?shù)為55%～60%，發(fā)展焦?fàn)t媒氣還原技術(shù)，是現(xiàn)階段從“碳代替”到“氫冶金”的重要過(guò)渡途徑。

1999年第125次香山科學(xué)會(huì)議上，徐國(guó)迪院士提出了鐵礦氫還原工藝設(shè)想，并且在2002年國(guó)家自然科學(xué)基金委員會(huì)在上海大學(xué)舉辦的冶金戰(zhàn)略論壇上，徐匡迪院土再次提出了氫冶金的技術(shù)思想。2018年，干勇院士指出，21世紀(jì)是氫時(shí)代，氫冶金就是氫代替碳還原生成水，不但沒(méi)有排放，而且反應(yīng)速度極快。目前主要鋼鐵生產(chǎn)國(guó)都在積極探索“以氫代碳”的工藝，并在“以氣代焦”的技術(shù)基礎(chǔ)上，逐漸提高氫氣在還原氣中的比重，形成富氫冶煉并逐步向全氫治煉工藝發(fā)展，形成了“高爐富氫治煉工藝”和“全氫直接還原工藝”兩大技術(shù)路線。

（1）日本COURSE50項(xiàng)目啟動(dòng)于2008年，采用焦?fàn)t改質(zhì)煤氣作為還原劑噴吹進(jìn)高爐的富氫還原技術(shù)以及碳捕集技術(shù)（CCS）。目前已于2016年進(jìn)行了第一次試驗(yàn)，確立了氫還原效果最大化的操作技術(shù)，基本實(shí)現(xiàn)預(yù)定碳減排目標(biāo)，碳減排結(jié)果為9.4%。計(jì)劃到2030年在首座高爐實(shí)施富氫還原煉鐵工藝，以減少30%的CO₂：排放量并在2050年實(shí)現(xiàn)工業(yè)化。

（2）德國(guó)蒂森克房伯鋼鐵“以氫代媒”項(xiàng)目于2019年11月11日，第一批氫氣被注入杜伊斯堡9號(hào)高爐，標(biāo)志著“以氫（氣）代媒（粉）”作為高爐還原劑的試驗(yàn)項(xiàng)目正式啟動(dòng)。項(xiàng)目計(jì)劃到2030年碳排放減少30%，2050實(shí)現(xiàn)鋼鐵生產(chǎn)過(guò)程的零碳排放。

（3）韓國(guó)COOLSTAR項(xiàng)目于2017年12月啟動(dòng)，目標(biāo)實(shí)現(xiàn)CO₂。減排15%。其中浦項(xiàng)鋼鐵主導(dǎo)了“以高爐副生煤氣制備氫氣實(shí)現(xiàn)碳減排技術(shù)”課題，通過(guò)焦?fàn)t煤氣等改質(zhì)還原氣體實(shí)現(xiàn)高爐富氫冶煉，浦項(xiàng)鋼鐵、浦項(xiàng)工科大學(xué)、延世大學(xué)等已開(kāi)展氫氣回收等工藝研究。

（4）德國(guó)Dilinger和Saaratahl公司“氫氣生產(chǎn)生鐵”項(xiàng)目計(jì)劃使用富氫焦?fàn)t煤氣注入高爐的富氫冶煉工藝，以及下階段在2個(gè)高爐中使用純氫氣等工藝，在2035年碳排放減少40%。目前來(lái)看，高爐富氫冶煉技術(shù)多是以焦?fàn)t媒氣改質(zhì)或者天然氣裂解制氫得到的還原氣進(jìn)行高爐風(fēng)口噴吹。根據(jù)日本等國(guó)的研究和試驗(yàn)，在同時(shí)噴吹煤粉而且爐頂媒氣不循環(huán)利用的情況下，焦?fàn)t煤氣的適宜噴吹量為50m³/t（HM）左右，而天然氣的適宜噴吹量為100m³/t（HM）左右，H₂同樣也有一個(gè)適宜的噴吹量，相關(guān)研究正在開(kāi)展。高爐通過(guò)噴吹富氫還原氣實(shí)現(xiàn)碳減排的潛力受到限制，般認(rèn)為高爐富氫還原的碳減排幅度能夠達(dá)到10%~20%。

（1）瑞典HYBRIT項(xiàng)目于2016年啟動(dòng)利用可再生電力通過(guò)電解水生產(chǎn)氫氣用于直接還原鐵工藝，目標(biāo)實(shí)現(xiàn)瑞典和芬蘭CO排放總量降低10%和7%。項(xiàng)目已于2020年8月在瑞典盧勒奧開(kāi)始中試，并計(jì)劃2024年進(jìn)入示范階段。

（2）德國(guó)薩爾茨基特鋼鐵公司SALCOS項(xiàng)目在2016-2019年的GrInHyl.0及Grln-Hy2.0項(xiàng)目實(shí)現(xiàn)綠色制氫的基礎(chǔ)上進(jìn)一步開(kāi)展氫還原制備直接還原鐵-電爐煉鋼短流工藝。

（3）奧鋼聯(lián)H2FUTURE項(xiàng)目于2017年初發(fā)起，由奧鋼聯(lián)、西門子、Verbund、奧地利電網(wǎng)（APG）公司、K1-MET和ECN等聯(lián)合，通過(guò)可再生電力能源通過(guò)PEM電解槽制備氫氣，用于氫直接還原鐵工藝及鋼鐵工藝其他環(huán)節(jié)。目標(biāo)到2050年減少80%CO₂排放。2019年11月奧地利林茨奧鋼聯(lián)鋼廠6MW電解制氫裝置投產(chǎn)。

（4）安賽樂(lè)米塔爾集團(tuán)于2020年制定全面計(jì)劃，計(jì)劃在2030年碳排放減少30%，以及2050年歐洲鋼廠碳中和。計(jì)劃除采用了碳捕集與封存技術(shù)路線外，提到了將鋼鐵生產(chǎn)過(guò)渡到以氫為還原劑的直接還原鐵和基于電爐煉鋼工藝。項(xiàng)目啟動(dòng)了包括風(fēng)電生產(chǎn)綠色氫氣以及MIDREX氫基直接還原鐵中試工廠等項(xiàng)目。

（5）韓國(guó)COOLSTAR項(xiàng)目中包括“替代型鐵原料電爐煉鋼技術(shù)”課題，通過(guò)氫氣還原生產(chǎn)DRI，逐步代替廢鋼，提升電爐鋼工藝能效減少CO排放。釜慶大學(xué)利用副產(chǎn)煤氣制備DRI。全氫直接還原工藝是氣基還原豎爐工藝的升級(jí)，通過(guò)將還原氣體從原來(lái)的天然氣裂解制氣、焦?fàn)t煤氣改質(zhì)制氣以及煤制氣逐步提升H₂/CO體積分?jǐn)?shù)比，并最終實(shí)現(xiàn)全氫還原技術(shù)。應(yīng)用最為廣泛的MIDREX工藝中多數(shù)還原氣的H₂/CO體積分?jǐn)?shù)比為1.5（H₂：55%，CO:35%）；委內(nèi)瑞拉FMOMIDREX工廠由于使用水蒸氣重整技術(shù)，H₂/CO體積分?jǐn)?shù)比在3.3～3.8水平（H體積分?jǐn)?shù)最高為80%）。Midrex公司也在積極開(kāi)發(fā)全氫冶煉的MIDREX H₂?工藝，實(shí)際生產(chǎn)中為了控制爐溫和增碳，人爐還原氣中的氫氣體積分?jǐn)?shù)約為90%。

采用高爐富氫冶煉技術(shù)中受高爐冶煉工藝的限制，高爐通過(guò)噴吹富氫還原氣實(shí)現(xiàn)碳減排的潛力受到限制，而且焦炭作為高爐煉鐵工藝的基礎(chǔ)原料其作用是不可替代的，一般認(rèn)為高爐富氫還原的潛在碳減排幅度為10%～20%。因此在長(zhǎng)期愿景下，各國(guó)均提出了向氫基直接還原制備DRI和電爐煉鋼短流程的過(guò)渡，以及蒂森克房伯提出的高爐2.0概念也是計(jì)劃建造直接還原鐵生產(chǎn)設(shè)備并配套綜合冶煉裝備、生產(chǎn)出“electric hot metal”鐵水供應(yīng)現(xiàn)有煉鋼廠。直接還原鐵-電爐鋼短流程工藝中由于不需要高爐鐵水，省去了高爐工藝以及配套的燒結(jié)和焦化等流程，對(duì)降低鋼鐵工業(yè)碳排放有積極意義。據(jù)調(diào)研煉鐵工序占鋼鐵工業(yè)總能耗的70%以上，采用DRI/廢鋼-電爐煉鋼流程，相比傳統(tǒng)高爐-轉(zhuǎn)爐流程，噸鋼能耗減少50%，全氫冶煉能夠?qū)崿F(xiàn)碳減排80%以上。中國(guó)的鐵鋼比達(dá)到0.85，而除中國(guó)以外的世界平均鐵鋼比僅為0.539。其主要原因是，中國(guó)電爐鋼比遠(yuǎn)低于國(guó)外先進(jìn)水平。然而目前中國(guó)鋼鐵累積量已經(jīng)達(dá)到90億t，每年廢鋼量已超2億t，甚至2017年廢鋼開(kāi)始出口。直接還原鐵的不足是中國(guó)發(fā)展短流程工藝的短板，同時(shí)直接還原鐵是冶煉潔凈鋼、超潔凈鋼的優(yōu)質(zhì)原料和廢鋼殘留元素的稀釋劑。2007年，世界直接還原鐵產(chǎn)量為6500萬(wàn)t，中國(guó)年產(chǎn)不足50萬(wàn)t，而到2017年，世界直接還原鐵產(chǎn)量為8700萬(wàn)t，中國(guó)仍僅為60萬(wàn)t。隨著電爐鋼短流程的發(fā)展，直接還原鐵的年需求量在2000萬(wàn)t以上，且長(zhǎng)期需求呈增長(zhǎng)態(tài)勢(shì)。鋼鐵短流程工序的結(jié)構(gòu)變化與氫冶金實(shí)現(xiàn)碳減排的技術(shù)愿景達(dá)到了統(tǒng)一，是世界各國(guó)鋼鐵行業(yè)發(fā)展的重要方向。

隨著碳達(dá)峰、碳中和任務(wù)的追近，鋼鐵工業(yè)只有逐漸從“減碳”過(guò)渡到“代碳”才能從根本上實(shí)現(xiàn)碳減排。以高爐富氫冶煉技術(shù)為代表的氫冶金工藝是對(duì)現(xiàn)有鋼鐵工業(yè)在工藝層面的重要突破口，然而高爐富氫冶煉技術(shù)在實(shí)際應(yīng)用中也存在諸多間題：如爐料低溫還原的粉化問(wèn)題、H₂間接還原發(fā)展程度低及H₂利用率低、高爐噴吹風(fēng)口溫度降低及如何進(jìn)行熱補(bǔ)償措施、氫還原產(chǎn)物水蒸氣對(duì)現(xiàn)有工藝設(shè)備的腐蝕問(wèn)題等仍是該工藝工業(yè)化應(yīng)用前或需解決的關(guān)鍵技術(shù)難題。雖然焦炭骨料作用的不可替代性使高爐富氫冶煉工藝的碳減排潛力只有10%～20%，但作為基于80%以上生鐵來(lái)自高爐的工業(yè)現(xiàn)狀的技術(shù)升級(jí)，尤其對(duì)實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰、碳中和過(guò)渡時(shí)期具有重要應(yīng)用意義。以全氫直接還原鐵技術(shù)為代表的氫冶金工藝符合鋼鐵工業(yè)短流程發(fā)展的需求，是鋼鐵工業(yè)從快速發(fā)展到成熟的重要途徑。全氫還原豎爐的關(guān)鍵問(wèn)題是氫還原的強(qiáng)吸熱效應(yīng)對(duì)豎爐反應(yīng)器溫度場(chǎng)的影響，同時(shí)溫度場(chǎng)的波動(dòng)又會(huì)影響H₂的還原作用，影響H₂利用效率。氣基還原豎爐的熱量基本通過(guò)還原氣的物理熱帶入，如何解決熱量補(bǔ)償問(wèn)題尤其關(guān)鍵。同時(shí)提高H₂人爐溫度帶來(lái)的H₂耐高溫、耐氫蝕性、防逸散等要求更高，對(duì)加熱、輸送等設(shè)備帶來(lái)更大壓力；如何控制H₂在豎爐中的流速，提升還原反應(yīng)發(fā)展程度，提高H₂還原率及利用效率；如何進(jìn)行滲碳等都是目前出現(xiàn)并需要解決的關(guān)鍵問(wèn)題。Midrex公司的全氫冶煉MIDREX H₂?工藝最高也只達(dá)到90%氫占比。全氫直接還原鐵技術(shù)是對(duì)現(xiàn)有高爐為主的煉鐵工藝的革新，是各個(gè)國(guó)家實(shí)現(xiàn)全氫冶金工藝中最為重要的技術(shù)途徑。以上從技術(shù)層面閘述了鋼鐵工藝中實(shí)現(xiàn)氫冶金的技術(shù)難題，如何低成本地獲取氫氣尤其是綠氫是鋼鐵工業(yè)的成本難題，也是中國(guó)乃至全球面臨的技術(shù)瓶頸。目前全球綠氫制備的主要發(fā)展路徑是通過(guò)可再生能源產(chǎn)生的電力以及核能電力進(jìn)行電解水產(chǎn)生。在氫冶金技術(shù)發(fā)展和綠氫制備技術(shù)發(fā)展并行的過(guò)渡階段，采用鋼鐵工業(yè)中的副產(chǎn)氫氣尤其是焦?fàn)t煤氣等灰氫資源是這一階段的重要?dú)錃鈦?lái)源。

以上對(duì)鋼鐵工業(yè)中實(shí)現(xiàn)碳減排工藝進(jìn)行了梳理和湖源。鋼鐵工業(yè)在20世紀(jì)50年代就開(kāi)始了以“（焦）炭代替”為驅(qū)動(dòng)的工藝探索，逐漸形成了高爐噴吹燃料工藝和非焦冶煉工藝兩種技術(shù)方向，成為了氫冶金技術(shù)的維形。后續(xù)在圍繞“以氣代碳”發(fā)展了從高爐噴吹燃料工藝到高爐富氫冶煉工藝、從非焦冶煉工藝到全氫直接還原工藝兩大氫冶金技術(shù)路線。

（1）高爐噴吹燃料技術(shù)通過(guò)噴吹天然氣、煤粉等燃料代替了焦炭的部分燃燒消耗，在一定程度上降低了焦比；為了徹底擺脫對(duì)焦炭的依賴、形成了熔融還原、直接還原工藝。但以上工藝仍處于“碳冶金”范騰中，實(shí)現(xiàn)了部分的“以媒代焦”和“以氣代焦”，對(duì)碳減排的貢獻(xiàn)十分有限。

（2）通過(guò)高爐富氫冶煉工藝逐步提高入爐氫氣比重，能夠?qū)崿F(xiàn)碳減排，但降幅潛力僅為10%～20%。作為全球范圍生鐵供應(yīng)占比70%以上的高爐工藝，其減排總量仍十分可觀。

（3）發(fā)展全氫直接還原鐵-電爐煉鋼短流程能夠降低碳排放80%以上。雖然目前直接還原鐵在鋼鐵產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)中占比不足10%，但從長(zhǎng)遠(yuǎn)來(lái)看，對(duì)于改變鋼鐵產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)、擺脫“碳冶金”依賴，實(shí)現(xiàn)碳中和目標(biāo)具有重要意義。

（4）氫冶金的核心功能是發(fā)展以氫氣作為還原劑的工藝應(yīng)用，擺脫“碳冶金”依賴，實(shí)現(xiàn)“以氫代碳”。世界范圍內(nèi)，經(jīng)濟(jì)的綠氫來(lái)源都是目前氫冶金的關(guān)鍵限制技術(shù)。尤其中國(guó)天然氣資源的匱乏，使焦?fàn)t煤氣成為從“碳代替”到“氫冶金”的重要過(guò)渡途徑。