應用焦爐煤氣提取的灰氫也具有較好的減碳作用：灰氫煉鐵，理論上可減少碳排放27%;灰氫重卡，理論上可減少碳排放21%。當前，氫能產業(yè)鏈技術尚不成熟，灰氫的價格并不低，綠色度也不夠，焦爐煤氣制氫受到煉焦產能減少的影響。鋼鐵企業(yè)發(fā)展氫能產業(yè)，不能急也不能緩。
作為能源消費大戶，鋼鐵行業(yè)是我國31個制造業(yè)門類中碳排放量最大的行業(yè)，其排放量約占全國排放總量的15%。氫冶金是當前全球鋼鐵行業(yè)技術研發(fā)的熱點，尤其在歐洲，面臨碳減排壓力，歐洲鋼鐵企業(yè)紛紛將目光聚焦利用氫氣作為還原劑，開發(fā)氫煉鐵工藝技術，以期在鋼鐵生產中實現(xiàn)“氣候中性”的目標。隨著氫能價值的提高，國內越來越多的鋼廠和獨立焦化企業(yè)重新審視焦爐煤氣價值，進行副產制氫。
一、應用焦爐煤氣提取的灰氫也具有較好的減碳作用
(一)灰氫煉鐵，理論上可減少碳排放27%
采用傳統(tǒng)的高爐煉鐵技術，噸鐵碳排放量約1.35噸二氧化碳。
煤熱解煉焦產生焦炭、焦爐煤氣、焦油、粗苯等產品，產生其中焦爐煤氣體積分數(shù)的60%左右為氫氣，常用多級變壓吸附工藝提取高純度氫氣。因此，煉焦過程能源消耗和碳排放需要按照相關國際標準在產品之間進行分配。在相關文獻的數(shù)據基礎上，對電力排放因子進行更新，煤熱解制備1公斤氫氣的碳排放量為5.48公斤，其中直接碳排放為3.05公斤，消耗電力、蒸汽、水產生的間接碳排放為2.43公斤。如采用管道輸送，每標方氫氣的耗電量不到0.1千瓦時，折合碳排放量0.058公斤。因此，煤熱解制氫+管道輸氫的碳排放量為5.54公斤二氧化碳/公斤氫氣。
按照理想的狀態(tài)，假設還原和加熱鐵礦石都采用焦爐煤氣提取的灰氫，目前還原1噸鐵礦石大約需要500標方—550標方氫氣，加熱需要500標方氫氣，那么制備1噸直接還原鐵需要約93.75公斤氫氣，相應的碳排放量為519.38公斤二氧化碳?？紤]到后續(xù)煉鋼時還需要先將直接還原鐵熔化，而熔化1噸直接還原鐵又需要耗電700千瓦時—800千瓦時，相應會增加碳排放464.8公斤二氧化碳。那么，用灰氫制備1噸直接還原鐵水，碳排放量約984.18公斤二氧化碳。
可見，制備相近品質的鐵水，即使采用灰氫，理論上可降低高爐工序近27%的碳排放量。
(二)灰氫重卡，理論上可減少碳排放21%
常見的49噸柴油發(fā)動機車型百公里油耗在32升左右，1升柴油約為0.86公斤，而1噸柴油的碳足跡為3.82噸二氧化碳，那么百公里碳足跡為105公斤二氧化碳。
在相關文獻的數(shù)據基礎上，分別測算煤炭生產、煤炭運輸、煤熱解制氫(含變壓吸附提氫)、氫氣壓縮、氣氫拖車運輸、氫氣加注環(huán)節(jié)的碳排放量，折合1公斤氫氣的碳排放量分別為1.65公斤、0.03公斤、5.48公斤、0.64公斤、0.46公斤、0公斤，即送到加氫站的灰氫的碳足跡為8.26公斤二氧化碳/公斤氫氣。
隨著氫燃料電池汽車的技術進步，車輛的綜合氫耗水平有望逐步下降。根據我國節(jié)能與新能源汽車技術路線圖，49噸載重量重卡的百公里氫耗將從目前的10公斤氫氣分別降至2025年的8公斤，2030年的7.5公斤。那么，重卡使用灰氫，當前100公里車程的碳足跡約82.64公斤二氧化碳。
可見，對于49噸載重量重卡，即使采用灰氫，理論上仍可降低單位車程的碳足跡近21%。
二、當前困境
一是技術尚不成熟。目前，全氫直接還原技術還存在諸多技術難題，而且經濟上也難以承受。
二是灰氫的價格并不低。氫冶金方面，據測算，傳統(tǒng)高爐的燃料成本不到1000元/噸，而采用焦爐煤氣制氫后全氫氣煉鐵的燃料成本高達1400元/噸，短期內沒有競爭力。重卡方面，49噸柴油發(fā)動機車型百公里油耗在32升左右，0號柴油價格不到8元/升，百公里油費約256元;據測算，焦爐煤氣制氫的綜合成本介于9~15元/公斤，在儲運及加注環(huán)節(jié)，長管拖車氣態(tài)儲運成本約8元/公斤，加注成本約11元/公斤。在不考慮補貼的情況下，即使按照成本價算，氫能重卡百公里耗氫費用也要超過柴油重卡。據不完全統(tǒng)計，當前我國氫氣終端銷售價格為50-80元/公斤，如按照市售氫價，百公里氫耗超過500元，遠高于柴油重卡。
三是綠色度不夠。目前，焦爐煤氣制備氫氣，碳足跡比“清潔氫”的碳足跡4.9公斤二氧化碳/公斤氫要高出不少。
四是焦爐煤氣制氫受到煉焦產能減少的影響。“十四五”及未來一段時間焦化行業(yè)面臨節(jié)能降碳壓力和下游鋼鐵行業(yè)產量壓減的影響，國內焦炭產量將進入平臺區(qū)，焦爐煤氣制氫將受到煉焦產能減少的影響。
三、建議
“雙碳”背景下，鋼鐵企業(yè)面臨巨大的減排壓力，同時也面臨著經濟綠色低碳轉型的壓力，應統(tǒng)籌好發(fā)展和減排的關系、短期目標和長期目標的關系。
快，加速布局加氫站和氫能重卡賽道。柴油車對環(huán)境的影響是長期存在的突出問題。一方面，服務自身物流運輸。鋼鐵企業(yè)物流量大，每個鋼廠都有大量汽油車和柴油車。另一方面，服務社會。在港口、碼頭、工業(yè)園區(qū)等區(qū)域，重型柴油車密集。鋼鐵企業(yè)可利用氫能資源優(yōu)勢，加快布局加氫站和氫能重卡，優(yōu)先在物流園區(qū)、港口和港口城市開展“柴改氫”。
慢，在技術尚不成熟的氫冶金賽道，結合自身資源稟賦條件和技術優(yōu)勢，加大研發(fā)投入，蓄勢待發(fā)，不急于投資建設。預計2030年左右，可能會迎來高爐富氫碳循環(huán)技術改造的高峰期;對具備電力、煤炭資源優(yōu)勢的企業(yè)可先行先試開發(fā)氣基豎爐工藝。未來，全氫冶金將迎來較大發(fā)展空間。
