【深度观察】氢能 | 铸造企业的未来之路？

要先了解氢能，我们不妨从其“颜色”开始入手。我们看到有关氢能的新闻资讯的时候，往往伴随着“黑氢”“绿氢”、“蓝氢”等“五颜六色”的氢能，那么他们究竟是什么呢？让我们一探究竟。

“棕氢”是指通过使用（褐）煤作为原料来生产的氢气。与黑氢一样，这种生产方法也涉及高碳排放。棕氢的生产通常涉及将煤炭燃烧或气化，然后捕获并分离产生的氢气。虽然相较传统方法更为高效，但同样不被认为是可持续的氢能来源。

“灰氢”是指由天然气水蒸气重整制氢，将天然气（甲烷）压缩、脱硫后与一定压强的水蒸气在转化炉内通过催化反应制氢。根据数据显示，通过天然气水蒸气重整制氢，生产1吨氢气,会释放大约10吨二氧化碳。目前，全球产量最多的氢就是“灰氢”。

“蓝氢”的前序生产工艺与“灰氢”类似，即通过天然气制氢。但在生产过程中采取了碳捕获和储存（CCS）技术。CCS技术可以捕获产生的二氧化碳，将其储存在地下，从而减少碳排放。蓝氢被认为是一种中间类型的氢，因为它在减少碳排放方面比传统的灰氢更有效，但仍然依赖于化石燃料。

“绿氢”是指通过使用可再生能源（如太阳能或风能）来电解水，产生氢气的方法。这是一种零排放的氢，因为它不涉及化石燃料，只产生水蒸气。绿氢被认为是最环保和可持续的氢类型，因为它完全符合碳减排和气候变化应对的要求。

“蓝绿氢”是结合了蓝氢和绿氢的特点。它是通过使用可再生能源来生产氢气，但同时采用碳捕获和储存技术来降低碳排放。蓝绿氢的碳排放水平介于蓝氢和绿氢之间，因此被认为是一种渐进型的选择。

“黄氢”是指通过公共电网的电力供应，电解水生产氢气。电力能源来源于化石燃料的燃烧即为“黄氢”；能源来源于核能即为“紫氢”。

“紫氢”是通过核能源（核裂变或核聚变）来生产氢气的方式。它是一种潜在的清洁能源，因为核反应不产生温室气体排放。尽管核能源在某些国家中被用于氢生产，但安全和核废料处理等问题仍然是紫氢的挑战。

“橙氢”是通过使用微生物或生物反应来生产氢气的方式。这包括生物发酵或生物甲烷制氢。生物制氢通常使用有机废弃物，如农业废弃物或污水污泥，来产生氢气。

了解完各“色”的氢能，我们也会发现氢能并不能等同于绿色能源。各国在氢能发展路径的“颜色”选择上也呈现出截然不同的态度。

自2019年始，世界绝大多数经济体均发布了最新的氢能战略，以期在氢能这一全新的能源赛道寻求突破。

中国：政策支持，未来可期

援引《氢能产业发展中长期规划（2021-2035年）》（以下简称《规划》）的内容，我国是世界上最大的制氢国，年制氢产量约 3300万吨，其中，达到工业氢气质量标准的约 1200 万吨。可再生能源装机量全球第一，在清洁低碳的氢能供给上具有巨大潜力。国内氢能产业呈现积极发展态势，已初步掌握氢能制备、储运、加氢、燃料电池和系统集成等主要技术和生产工艺，在部分区域实现燃料电池汽车小规模示范应用。

但总体看，我国氢能产业仍处于发展初期，相较于国际先进水平，仍存在产业创新能力不强、技术装备水平不高，支撑产业发展的基础性制度滞后，产业发展形态和发展路径尚需进一步探索等问题和挑战。同时，一些地方盲目跟风、同质化竞争、低水平建设的苗头有所显现。面对新形势、新机遇、新挑战，亟需加强顶层设计和统筹谋划，进一步提升氢能产业创新能力，不断拓展市场应用新空间，引导产业健康有序发展。

根据《规划》目标显示，到 2025 年，形成较为完善的氢能产业发展制度政策环境，产业创新能力显著提高，基本掌握核心技术和制造工艺，初步建立较为完整的供应链和产业体系。氢能示范应用取得明显成效，清洁能源制氢及氢能储运技术取得较大进展，市场竞争力大幅提升，初步建立以工业副产氢和可再生能源制氢就近利用为主的氢能供应体系。燃料电池车辆保有量约 5 万辆，部署建设一批加氢站。可再生能源制氢量达到10-20 万吨/年，成为新增氢能消费的重要组成部分，实现二氧化碳减排 100-200 万吨/年。

再经过 5 年的发展，到 2030 年，形成较为完备的氢能产业技术创新体系、清洁能源制氢及供应体系，产业布局合理有序，可再生能源制氢广泛应用，有力支撑碳达峰目标实现。

到 2035 年，形成氢能产业体系，构建涵盖交通、储能、工业等领域的多元氢能应用生态。可再生能源制氢在终端能源消费中的比重明显提升，对能源绿色转型发展起到重要支撑作用。

美国：以“灰氢”路径为主。

自20世纪70年代以来，美国一直在推动氢能源技术的发展。作为全球最大的能源消费国，美国政府高度重视氢能源的研发与应用。近年来，美国在氢能源基础设施建设、政策扶持和科研投入方面均走在世界前列。据预测，到2030年，美国氢能源市场规模将达到500亿美元，到2050年将达到2.5万亿美元。

为推动氢能源行业的发展，美国政府出台了一系列支持政策。首先，联邦政府为氢能源的研发与制造提供了丰厚的资金支持。此外，各州政府也积极参与到氢能源的发展中，如加利福尼亚州为氢燃料电池汽车提供了购车补贴和税收优惠。宾夕法尼亚州则在可再生能源生产及消费方面给予了企业税收减免等优惠政策。这些政策有力地促进了氢能源的快速发展。

目前，美国的氢能源行业已进入快速成长期。据统计，截至2022年底，美国共有270个正在运营的氢气生产设施，另有130个在建或规划中。这些设施主要分布在加利福尼亚、纽约、宾夕法尼亚等州。此外，美国有超过25家专注于氢能源研发与制造的上市公司，其中包括多家全球领先的氢能源技术企业。

然而，水电解技术正在快速发展，预计未来将逐渐成为主流制备方式。在储存和运输方面，美国已在多个城市建立了氢气储存和配送网络，以确保氢能源的稳定供应。

法国：以“紫氢”路径为主

自法国总统马克龙第二个任期开始，就一直关注法国核能的发展，包括维护和延长既有核电站的运行寿命，以及新建核反应堆。在欧洲可再生能源指令（Red III）最终批准上，以法国为代表的部分欧盟国家，支持推动核能生产氢（“紫氢”）的“脱碳”途径。法国政府也有意并积极推动法国电力公司完全国有化，以期推动“紫氢”能源的发展。

德国：以“绿氢”路径为主

2019年9月，德国联邦政府出台了“气候保护计划2030”，以期达成2030年温室气体排放比1990年减少55%的目标，文中提到了氢能对发展气候友好型经济的重要性，并宣布将发布氢能战略；2020年6月，德国联邦内阁经过长达半年的酝酿后，批准并出台了具有里程碑意义的《国家氢能战略》（以下简称“战略”）。

绿氢将成为未来投资的重点。德国政府在战略中认定，只有在可再生能源基础上制取的氢（“绿氢”）才是长期可持续的，对于德国的核心工业（例如钢铁和化学工业）以及交通运输部门达成脱碳目标至关重要。战略提到，在未来的十年内世界上将会形成一个全球和欧洲氢能市场。在这个市场上除了绿氢，也将交易碳中和氢（例如“蓝氢”）。所以，德国联邦政府在氢能发展方面的主要方向就是发展氢能技术，利用“绿氢”，支持“绿氢”顺利的市场推广，以及创造相应的价值链。

战略明确表示，德国将以共有的氢能路线图作为指南针，致力于将本国打造为全球市场上“绿氢”技术的领先供应者。

能源问题始终是铸造行业绕不开的话题，能源成本、环保政策和能源结构对铸造企业生产造成了重要影响。“极致能效、超低排放、产能置换”日渐成为对我国铸造企业的基本要求。氢能的发展或许能够为铸造企业打开提质增效、节能减排的一扇窗。一、 使用氢气作为还原剂。在进行钢铁冶炼作业时，氢气能够直接作为还原剂，具有高效反应、环保安全、产物无毒、灵活性高、不添加杂质等优点。二、 使用氢气作为燃料。氢气取代天然气，用于燃气式熔炼炉的加热燃料。三、 使用氢能作为电力供应。运用氢能直接为工厂电弧炉、感应炉、感应加热设备等电力设施设备供电。

在欧洲，铸造行业已经尝试开始使用氢能作为铸件生产的能源。一方面，氢能的使用与欧洲日趋收紧的环境政策有关；另一方面，自俄乌战争爆发以来造成的欧洲能源危机，深刻地改变了地缘政治和能源格局，部分欧盟国家加快了新能源开发利用的脚步。

根据2018年对欧洲铸造企业的调查显示，在铸件生产中，仅21%的铸件是由电炉熔炼，54%是由天然气熔炉熔炼，25%为焦炭熔炼。在“欧洲绿色协议”（Great Deal）、“减碳55%”（Fit for 55）和“REPowerEU”能源计划等一系列欧盟能源政策的发布后，欧洲各界普遍将铸造行业视作“脱碳”的“杠杆”行业之一。根据欧盟发布的各工业部门“脱碳”规划，其中针对铸造行业的熔炉电气化解决方案，要求铸造企业加大对工业炉的投资，熔炉电气化的前提是能源来自于可再生能源。部分欧洲国家，如德国，已经开始限制以天然气为燃料的熔炉的使用，以减少对化石能源的依赖，可替代的能源包括绿色燃料、生物甲烷或“绿氢”。

SALCOS^®项目将分为三个阶段来实现。第一阶段将在2026年前完成，包括炼钢厂、电弧炉（此前已完成前两项）和一座绿氢工厂。在2033年年底前，要实现无CO2排放炼钢，提前于政府的强制要求日期。

二、中国宝武钢铁集团作为全球最大的钢铁公司，2022年就公布了其碳减排目标的两条技术路径，即富氢碳循环氧气高炉HyCROF和氢还原电熔炼工艺HyRES。

目前HyCROF工艺在已分离二氧化碳未得到处理的条件下能够实现30%左右的减碳能力。宝武同时也正在积极布局绿电资源，力争通过更多技术手段实现约70%的工艺减碳，并结合CCUS（碳捕获、利用与封存）技术最终实现高炉冶炼流程的碳中和。

氢还原电熔炼工艺HyRESP，是一种将氢和电高效协同、资源适应性更广的氢冶金工艺。“以矿石为原料的氢冶金将日益重要，是面向未来的钢铁碳中和终极方案，也是宝武碳中和路线图中的重要技术方向。

三、德国、法国、卢森堡三国共同发起格兰德地区氢能倡议，共投资35亿欧元，使该地区的氢能项目能够项目联系，协同增效，从长期来看，目的是在该区域建立氢能经济产业园。该项目位于德国萨尔州，拟计划从2027年起，每年生产350万吨“绿钢”，电炉等设备设施的改造也将于2027年完成。

尽管，氢能在钢铁行业的应用成效已经初见端倪，但是，在其兄弟行业铸造业的应用仍是一片蓝海。氢能在钢铁业的有益实践为铸造厂的氢能应用提供了参考借鉴。我们可以大胆地想象，也许就在未来，一座座储氢罐、一片片光伏板、一个个风电塔将成为铸造厂配套的标配，氢储能系统耦合风、光等可再生能源参与电网削峰平谷、调峰调频，持续为铸造厂提供源源不断的绿色电力；运用可再生能源产生的电力，电解水产生氢气，为熔炼提供源源不断的燃料。到那个时候，铸造业必然会摘掉“高能耗、高排放、高污染”的标签。

我们共同期待着“双碳”目标下，氢能的技术革新，成为绿色环保、安全高效、经济适用的新能源，让铸造业这一赓续千年的古老行业焕发绿色青春，让绿色成为铸造业的“底色”！