一、基本概述
绿氢冶金（Green Hydrogen Metallurgy）是指以可再生能源电解水生产的“绿色氢气”作为还原剂和能源，替代传统冶金工艺中使用的焦炭或煤等化石燃料，通过氢基直接还原、熔融还原或高炉富氢工艺生产钢铁的低碳技术。
二、分类信息
三、详细解释
传统钢铁生产工艺是以焦炭或煤作为还原剂和能源，与铁矿石中的氧化铁发生反应，生成铁和二氧化碳。氢冶金技术则利用氢气取代碳作为还原剂，核心反应原理为氢气还原铁矿石，反应产物为铁和水，
能从源头降低污染物与二氧化碳的排放量，是钢铁工业实现零碳排放的重要途径。
现阶段，氢冶金使用的氢气以煤制氢、工业副产氢等“灰氢”为主，生产过程中也会伴随大量二氧化碳排放，而绿氢冶金技术以可再生能源电解水制取的“绿氢”为还原剂，制取过程中没有碳排放更有助于实现钢铁工业的碳中和目标。
目前主流的绿氢冶金技术分为两种：高炉富氢冶炼与气基直接还原。
高炉富氢冶炼即通过喷吹天然气、焦炉煤气等富氢气体参与炼铁过程。相关实验表明，该工艺能够通过加快炉料还原来减少一定程度的碳排放。但高炉富氢冶炼基于传统的高炉，焦炭的骨架作用无法被完全替代，氢气喷吹量存在极限值，因此其碳减排幅度只有10%～20%，效果有限。
气基直接还原是指使用氢气与一氧化碳混合气体作为还原剂，将铁矿石直接转化为还原铁，再将其投入电炉进行进一步冶炼。
相较于高炉富氢冶炼，气基直接还原技术不需要炼焦、烧结、炼铁等环节，能够从源头减少碳排放，相较于高炉富氢还原减碳幅度提升≥50%，减排潜力大。但这种技术也存在一些问题，比如气基竖炉存在吸热效应强（需额外补充热量，增加能耗）、入炉氢气气量增大（氢气消耗量较大，且对氢气的储存、运输和供应系统提出更高要求）、生产成本升高、氢气还原速率下降、产品活性高和难以钝化运输等。
四、应用价值及前景
从长远发展来看，氢能与钢铁产业的合作是双赢的结果。一方面，氢能可以帮助钢铁企业节能减排、延伸业务、完成转型，另一方面，钢铁企业可以为氢能提供更多的落地应用，丰富氢能下游产业链，促进其发展。
从中国钢铁企业应用进展来看，绿氢冶金技术有助于显著减少碳排放，推动碳资源化利用，促进绿色短流程新工艺发展，实现无化石能源冶炼，开辟钢铁-化工-氢能耦合降碳路线。此外，氢能的应用对中国钢铁企业的物流交通也取得了良好的节能环保成效。
目前由于环境和成本等各种因素，钢铁工业还没有实现“一氢到底”，但随着碳达峰、碳中和任务的迫近，钢铁工业将逐渐从“减碳”向“代碳”过渡，在这一过程中，绿氢冶金是最具前景的技术路线之一。
五、绿色应用难点及建议
钢铁行业绿氢冶金应用主要面临的挑战包括：绿氢经济性仍有待提升、技术应用缺乏经验、氢能储存运输成本高、氢基直接还原铁产品下游市场需求不足等。
目前，国内部分钢铁企业已发布绿氢冶金规划，建成示范工程并投产，取得一定的创新突破，但示范工程尚处于工业性试验阶段，还存在基础设施不完善、相关标准空白、成本较高、安全用氢等问题，而且现阶段考虑气源、制备、储运、成本等因素所用氢气多数为“灰氢”，距离实现“绿氢冶金”还有很长的路要走，未来还需深入研究分布式绿色能源利用、氢气制备与存储、氢冶金、二氧化碳脱除等领域的关键技术，形成以氢能为核心的新型钢铁冶金生产工艺。
对于钢铁行业绿氢冶金未来发展与应用，提出三点建议：
一是系统推进。应从制氢、储氢、运氢、用氢等全产业链系统推进氢能利用，特别是应统筹钢铁生产实际应用场景，系统推进“产学研用金”深度融合。
二是发挥市场化机制。现阶段绿氢冶炼工艺成本仍远高于传统生产工艺，应充分发挥市场化机制在技术创新等领域的作用，进一步优化金融、人才等资源配置，促进绿氢冶金的发展。
三是强化国际合作。应进一步聚焦具体突破环节，强化包括理念、科研、技术、路径及管理方法等在内的国际交流，推动国际深度合作。
本词条贡献者：
吴宏辉 北京科技大学碳中和研究院教授
本词条审核专家：
董文钧 北京科技大学材料科学与工程学院教授
参考来源：
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[5] 中国腐蚀与防护网. 一文详解氢冶金[EB/OL]. (2024-10-11).http://www.ecorr.org.cn/news/science/2024-10-11/192119.html
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