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氫煉鐵的氫咋解決?成本低嗎?

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隨著德國蒂森克虜伯正式啟動了世界第一次在煉鐵工藝中使用氫氣代替煤炭,也就意味著將來鋼鐵生產進入了新的時代。

在傳統的高爐工藝中,生產一噸生鐵需要大約300公斤焦炭和200公斤煤粉,新工藝的應用將減少大量碳排放,然而這一技術在很多年前也備受質疑,比如氫氣的獲取。


在自然界中,煤炭是自然存在的,而氫氣只能通過化學、物理等反應方法獲取,最簡單的就是電解水,然而電解水就的能耗也不小,常規的電解水制氫技術每標準立方需要3.5-5度電。


在林茨的奧鋼聯廠區,由奧鋼聯,西門子,VERBUND和奧地利電網組成的H2FUTURE項目聯盟與研究合作伙伴K1-MET和ECN一起建造世界上最大的“綠色”氫氣生產試驗設施的計劃。



西門子為該項目開發了目前世界上最大的PEM(質子交換膜)電解模塊,每小時可生產1200立方米的“綠色”氫氣,將電能轉化為氫氣方面實現80%的輸出效率。


當前,日本鋼鐵協會推動的低碳工藝技術以COURSE50為基礎,以氫氣替代部分焦炭的氫還原煉鐵技術為主,配合使用碳捕集、存儲與利用技術。其中,最關鍵的工藝技術是氫還原煉鐵技術。日本鋼鐵協會根據以下公式計算氫還原煉鐵技術的成本:Fe2O3+3/2H2+48kJ→Fe+3/2H2O


COURSE50工藝降碳路徑


日本鋼鐵協會估算生產1噸生鐵需要601標準立方米氫氣,補償吸熱反應需要67標準立方米氫氣,加熱融化到1600攝氏度需要85標準立方米氫氣,共計需要753標準立方米氫氣,按照75%的熱效率計算,產生1噸生鐵需要的氫氣量為1000標準立方米。到2100年,全球氫氣需求量為1.2萬億標準立方米/年。


日本鋼鐵協會還按照當前的煉焦成本估算出鋼鐵行業可以接受的氫氣成本為7.7美分/標準立方米,按當前匯率計算也就相當于0.56元/標準立方。


對于PEM制氫成本我們沒有找到相關數據,而日本物質材料研究機構(NIMS)與東京大學和廣島大學合作,共同對結合了光伏發電和蓄電池的制氫系統進行了技術經濟效益評估,2030可以達到1.04-1.64元/標準立方。所以,從成本角度上考慮還是很難替代當前的主要冶煉工藝。


日本鋼鐵工業協會減碳技術實施路線圖


而奧鋼聯的這一項目主要是通過西門子在該地建立風力發電機組,利用夜間用電低谷期將過剩的發電容量用于生產氫氣,并儲存在儲氫設備中。


國內眾多企業沒有上馬類似的項目,其主要原因也是因為成本不合適的問題。不過也不是沒有完全不研究該工藝,


我國鋼企在氫能利用方面的動作


2019年4月28日,生態環境部等5部委聯合發布《關于推進實施鋼鐵行業超低排放的意見》,意在進一步降低鋼鐵行業各生產環節的污染物排放。鋼鐵企業尤其是特大型鋼鐵企業為了適應國內國際形勢,也開始積極參與氫能利用項目。


2019年1月份,寶武集團與中核集團、清華大學簽訂《核能—制氫—冶金耦合技術戰略合作框架協議》,三方將強強聯合,資源共享,共同打造核冶金產業聯盟。


2019年3月份,河鋼與中國工程院戰略咨詢中心、中國鋼研、東北大學聯合組建氫能技術與產業創新中心,共同推進氫能技術創新與產業發展。河鋼將重點在氫氣存儲與運輸、燃料電池汽車、富氫冶金技術等領域開展研究。


根據相關報道,我國核電成本有望降低至0.1元/度,到時,氫煉鐵成本上有望低于傳統煉鐵工藝。


下面我們來看一個: 電能轉換為氫氧氣體的視頻

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