钢铁行业每年约排放28亿吨CO₂，约占全球能源系统总排放的8%，是实现全球减碳目标的重要领域之一。目前，通过提高能源效率和增加废钢利用率可以在短期内实现减排，但钢铁生产主要依赖的高炉—转炉工艺未来需依赖包括氢气使用和二氧化碳捕集利用等新技术，才能实现深度减排。
以往的研究多集中在单独喷吹氢气或二氧化碳的效果，但忽略了两者共喷对高炉温度分布和生产效率的协同影响，尤其在不同的碳排放强度条件下对温室效应潜力（GWP）的影响。因此，如何实现高效的氢气和CO₂共喷，优化高炉操作并降低碳排放成为新的研究课题。
最近，Ramboll Iberia公司的Volodymyr Shatokha教授及其团队通过一维稳态模型，提出了在高炉风口共喷氢气和CO₂的技术，利用生命周期评估（LCA）分析不同氢气/CO₂质量比对高炉温度、焦炭消耗、生产效率及温室气体排放的影响。研究发现，适当的氢气与CO₂共喷可以减少焦炭消耗，提高生产效率，同时降低碳排放。
相关研究成果以“A Study on the Potential of Carbon Dioxide Utilization Through its Co-Injection with Hydrogen into the Blast Furnace Tuyeres”为题目发表于Steel Research International 期刊2024年第95卷第11期。论文作者为：Volodymyr Shatokha。
该论文的主要研究结果与结论如下：
焦炭消耗：单独喷吹CO₂会导致焦炭消耗增加，而与氢气共喷可显著降低焦炭消耗，特别是在氢气/CO₂质量比大于0.19时，焦炭消耗减少效果明显。
温室效应潜力（GWP）：在碳排放强度高的电网条件下，单独喷吹CO₂会增加GWP，而氢气/CO₂比大于0.24的共喷可显著降低GWP，尤其在绿电供能的情况下效果最佳。
生产效率：单独喷吹CO₂降低高炉生产率，但氢气/CO₂比大于0.24的共喷显著提高了生产效率，为未来工业应用提供了可行性。
粘结带位置优化：氢气共喷可调控高炉内的温度梯度，使粘结带位置上移，改善气体通透性，从而优化炉内操作条件。
论文中的主要图片和表格如下：
图1. 高炉内热交换条件示意图
图2. CO₂和氢气注入对高炉热交换参数的影响
图3. 不同H₂/CO₂质量比的共喷对高炉生产参数的影响
图4. CO2注入对焦比、生产率、直接CO2排放、炉顶煤气热值和RAFT的影响
图5. 生命周期评估边界示意图
图6. 氢气预热对焦比与CO2注入速率关系的影响
图9. 生命周期评估边界
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