氢气炼钢，钢铁行业碳中和的终极大杀器？

钢铁行业是全球碳排放的主要工业部门之一，我国作为全球最大的钢铁生产国，占全国碳排放总量的15%左右，占全球钢铁碳排放总量的60%以上。

据悉，我国钢铁行业碳达峰实施方案及碳中和技术路线图的制定工作已基本完成，即将向社会公布，并全面开始实施。

在各种减碳技术路线中，新兴的“氢气炼钢”技术因只排水不排碳，有望成为钢铁行业绿色化转型的重要途经之一。东方证券日前发布了《钢铁碳中和》3篇报告，对氢气炼钢技术的减排前景作了深度分析，报告核心观点摘录如下：

报告认为，“氢气炼钢”就是减少碳输入，以氢还原代替碳还原，还原反应的碳排放也随之被“水排放”而替代，有望成为钢铁产业低碳绿色化转型升级的有效途径之一。在碳中和不断升温的背景下，逐渐成为各国重点关注和鼓励发展的方向。

报告指出，氢气炼钢以氢代替炭作为还原剂，将还原反应中的碳排放转为水排放。由于钢铁行业的碳排放主要集中在炼铁环节，而炼铁的碳排放主要来自碳还原反应，若氢还原能完全替代碳还原，理论上可降低高炉+转炉的长流程和DRI+电弧炉短流程的碳排放约34-62%、49%，减排潜力较大。

氢气炼钢当前的发展思路还是以提升氢气在还原反应中的占比为主。100%氢气代碳存在客观障碍，也存在技术和经济上的挑战，暂无法实现。现阶段主要发展方向应在高炉富氢和气基竖炉富氢，其中高炉富氢减排潜力较为有限，一般在10%-20%，而气基竖炉富氢更适宜推广氢气炼钢，国外已试验了90%的氢气占比是可行的。

国内氢气炼钢短期内应仍以灰氢+高炉富氢工艺为主，具备电价、煤炭资源优势的地区和钢企可先行发展气基竖炉还原工艺。由于国内暂不具备大规模发展气基竖炉的条件，短期内国内钢铁行业将仍以长流程占主导，节能减排技术也应基于高炉+转炉的设备之上，研究和实践表明灰氢+高炉富氢工艺是较为经济的减排方式。气基竖炉富氢工艺未来将随着废钢可用性增加、电弧炉占比的提升、电价和氢气变得更加低廉而迎来较大发展空间，在此趋势来临之前，对具备电力、煤炭资源优势的之前可先行发展气基竖炉工艺，为未来国内大规模推广积累技术、人才等经验。

发展创新型冶金技术是我国钢铁行业实现“碳中和”的必然选择。钢铁“碳中和”是一项系统而又复杂的艰巨任务，需有赖于冶金、碳循环及利用、氢能等多学科、多领域技术的综合利用。由于冶金领域是钢铁生产的碳输入源头，大幅提高废钢比例或对冶金技术进行创新型革新不可避免。

氢气冶金为重，电炉炼钢为辅。全废钢可代替铁矿石成为最绿色的“铁源”，并且全废钢的短流程技术成熟，但为何大型钢企并未将大力发展电弧炉作为短期减碳部署？我们认为电弧炉大发展的条件——废钢资源、廉价电力、电弧炉装备升级均尚不成熟。

富氢高炉工艺或是未来十年主流技术，氢基直接还原铁或在2030后迎来大发展。钢铁“碳中和”目标宏大，但仍需分步实施，结合2030-2035减排30%的目标，富氢高炉工艺可基于我国钢铁行业现有资产，在未来十年或迎来快速成长。氢基直接还原铁为氢冶金终极技术，但由于我国直接还原铁基础仍较为薄弱，预计或在2030年之后迎来大规模推广。

碳中和重新焕发冶金工程活力，高炉改造市场规模未来十年或达千亿。若高炉富氢改造到2030年在我国渗透率能达50%，参考八一钢铁高炉改造投资密度并考虑一定的优化空间，未来十年我国高炉富氢改造市场空间或达4400亿。其中安全高效的煤气加热装置是高炉富氢发展下出现的新应用，为更具有成长弹性的细分领域。

氢基直接还原铁将牵动上下游同步升级革新，远期投资或涉及万亿。氢基直接还原铁投资强度约为高炉改造的1.3倍，市场空间显然更广，并且为实现“零碳”还将带动下游工序电弧炉改造升级、上游清洁能源制氢的配套投资。其中高温气冷堆制氢具备安全性强、制氢规模大、能源利用效率高的优势，也成为氢冶金宏伟版图的发展方向之一。

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