德邦国际绿色钢铁：氢能与电力炼铁如何推动技术创新

（转自：电力国际汇epintl）德邦国际

钢铁行业迈向碳中和的进程正在加速推进，近年来，基于氢能与电力炼铁技术发展速度显著快于以往。这些技术创新为实现真正可持续的绿色钢铁生产开辟了道路。

全球主要钢铁生产企业、矿业集团以及冶金技术供应商正积极研发专有技术，并战略性地投资于新兴钢铁企业。他们的关注重点尤其聚焦在新型氢能炼铁与电冶铁等新工艺的发展上。

这一趋势体现出了有意为之的多元化战略，其重点已超越传统的电弧炉（EAF）炼钢工艺，旨在应对高排放的高炉炼铁这一核心挑战。通过拓展技术组合，这些行业龙头企业正积极布局，以便在碳约束日益严格的市场环境中保持其竞争优势。

根据IDTechEx的预测，到2035年，基于氢能的绿色钢铁产量预计将达到4600万吨。

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氢基直接还原铁：迎难而上的转型先锋

采用天然气作为还原剂的竖炉直接还原铁（DRI）生产技术已在全球获得广泛应用。中东地区凭借丰富且低成本的天然气资源德邦国际，在技术应用和生产规模上处于领先地位，北美和北非地区紧随其后。印度虽仍主要依赖回转窑煤基直接还原铁工艺，但也保持着可观的生产规模。

氢基直接还原铁（H2-DRI）工艺是钢铁生产向绿色转型的必然发展方向，因而成为当前绿色钢铁项目最受青睐的技术。Midrex和Energiron竖炉工厂已成功验证氢气或富氢气体的应用可行性，瑞典SSAB公司的HYBRIT项目和中国河钢集团的项目均佐证了这一点。

欧洲在规划的绿色钢铁项目数量上处于领先地位，中东、美国和中国也开展了大量相关项目。然而，除Stegra公司博登工厂等个别案例外，这些项目大多将先采用天然气作为过渡，待条件成熟后再转向低碳氢气。这一转型进程的快慢主要取决于绿氢与蓝氢的供应情况及相关配套基础设施的建设进度。

这正是绿色钢铁转型面临的主要挑战——钢铁企业需要以每公斤2-3美元的价格获取大量低碳氢气，而当前绿氢价格仍高达每公斤4-8美元，两者差距悬殊。

这一经济现实促使企业重新审视其绿色钢铁项目，最显著的例子是阿塞洛尔米塔尔（ArcelorMittal），尽管获得了近30亿欧元的欧盟补贴，该公司仍推迟了最终投资决策（FID）。因此，围绕工业集群的低碳氢能基础设施的扩建与降本，将是决定直接还原铁（DRI）生产基地能否大规模采用氢能的关键因素。

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氢基替代技术发展势头强劲

相较于传统竖炉氢基直接还原铁（H2-DRI）工艺德邦国际，当前替代技术主要聚焦流化床直接还原反应器与氢等离子体熔融还原（HSPR）工艺两大方向。其中，流化床氢基直接还原技术已研发多年，目前全球已有数座小型工业示范装置投入运行。浦项制铁（POSCO）、奥钢联（Voestalpine）和美卓奥图泰（MetsoOutotec）等企业正在该领域积极开展技术研发。

流化床氢基直接还原铁工艺的主要优势在于能够直接使用低品位铁精粉作为原料，这与需要高品质球团矿的竖炉工艺形成鲜明对比。然而，该技术在商业化规模应用方面仍面临重大挑战。

高温等离子体还原熔炼（HSPR）提供了一种创新的替代方案，能够利用铁矿粉，同时实现还原与熔炼的同步进行，直接生产熔融生铁。这一工艺无需像直接还原铁（DRI）工厂那样配备独立的电弧炉（EAF）。HSPR有望通过高温等离子体技术降低氢气消耗，并实现部分电气化。目前，该技术的研发由福斯塔尔宾（Voestalpine）和K1-MET领衔，多家初创企业也计划进入该领域。然而，与流化床直接还原铁相比，HSPR技术的成熟度仍处于早期阶段。

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电冶铁技术成为创新焦点

电冶铁技术通过对铁矿石进行电解，消除了使用氢气作为还原剂的需求。全球范围内多种技术路径正在研发中。值得关注的是，总部位于美国的初创企业BostonMetal正在率先推进熔融氧化物电解（MOE）技术，以及另一家美国初创企业Electra正在研发的“电解-电镀”复合湿法冶金技术。

这些公司已获得来自多位知名投资者的大量资金支持，投资方包括突破能源投资（BreakthroughEnergyVentures）、必和必拓（BHP）、阿塞洛尔米塔尔（ArcelorMittal）以及矿业、钢铁和风险投资领域的多家其他机构。

许多行业观察人士认为，这些技术具有潜在的颠覆性，因为它们可以完全绕过氢气的需求，并能与现有钢铁厂无缝对接。然而，开发这些解决方案的公司仍需多年努力，才能实现技术的规模化应用并达到成本竞争力。

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其他创新技术与最新进展

当前，多家企业与科研机构正在开发铁矿石还原的混合工艺方案。其中包括力拓集团的“生物炼铁”（BioIron）技术——该技术将微波能与生物质还原剂结合使用，以及Calix公司的“零排放炼钢技术”（ZESTY）等电加热工艺——该工艺采用电加热氢基竖炉的新型还原法。

IDTechEx预测，尽管市场上将涌现出多种技术，但只有那些能够解决钢铁行业核心挑战，并在成本上与传统基于天然气的直接还原铁（DRI）、电弧炉（EAF）炼钢及高炉炼铁相当的技术，最终才能获得成功。

尽管钢铁行业的脱碳进展令人期待，但该行业仍面临诸多重大挑战，并将在未来多年持续依赖以煤炭为基础的高炉基础设施。尽管存在这些障碍，IDTechEx预测，到2035年，基于氢能的绿色钢铁产量将达到4600万吨——这一数字虽具备重要意义，但仍不足以帮助实现2050年全球净零排放目标。