氢冶金的探索发展之路

核心观点

氢冶金是钢铁行业碳中和有效途径，冶金建设国家队技术及工艺行业领先，未来市场空间广阔，需要重点去挖掘集核心门槛技术、产业规模、成本控制等表现卓越的优质企业。

01产业背景：

“双碳”政策下，氢能需求量有望从2030年的5%提升至2060年的20%。《中国氢能源及燃料电池产业白皮书2020》指出在2030年碳达峰情景下，我国氢气的年需求量将达到3715万吨，在终端能源消费中占比约为5%；在2060年碳中和情景下，我国氢气的年需求量将增至1.3亿吨左右，在终端能源消费中占比约为20%。2050年我国氢能年经济产值将超过10万亿元，可减排约7亿吨二氧化碳，累计拉动33万亿元经济产值，且预计2050年平均制氢成本不高于10元/公斤。

氢能产业链包括上游制氢、中游储运氢以及下游用氢，主要应用领域包括工业、交通、建筑、发电，其中工业占比最大。根据中国氢能源及燃料电池产业创新战略联盟，在2060年碳中和情景下，我国氢气的年需求量将增至1.3亿吨左右。其中，工业领域用氢占比仍然最大，约7794万吨，占氢总需求量60%；交通运输领域用氢4051万吨，建筑领域用氢585万吨，发电与电 平衡用氢600万吨。

碳中和催化钢铁行业低碳升级，氢冶金技术是实现钢铁行业零碳排放的有效途径。我国钢铁行业碳排放量居制造业31个门类首位，占全国碳排放总量的15%以上。根据冶金工程研究院，钢铁行业碳达峰初步定在2025年。氢冶金即用氢气取代碳作为还原剂和能量源炼铁，还原产物为水，可实现零碳排放（基本反应式为Fe2O3+3H2=2Fe+3H2O，还原剂为氢气，产物为铁和水）。

我国当前的氢冶金工艺主要有高炉富氢冶炼和直接还原两种：高炉富氢减碳幅度为10%-20%，效果有限；气基竖炉工艺能够从源头控制碳排放，相较于高炉富氢还原减碳幅度可达50%以上，是迅速扩大直接还原铁生产的有效途径。

高炉富氢还原，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，高炉富氢还原炼铁在一定程度上能够通过加快炉料还原，减少碳排放，但由于该工艺是基于传统的高炉，焦炭的骨架作用无法被完全替代，氢气喷吹量存在极限值，一般认为高炉富氢还原的碳减排幅度可达10%-20%，效果不够显著。

气基直接还原竖炉即通过使用氢气与一氧化碳混合气体作为还原剂，将铁矿石转化为直接还原铁，再将其投入电炉进行进一步冶炼。氢气作为还原剂的加入使碳排放得到了有效控制。相较于富氢还原高炉，吨二氧化碳排放量可减少50%以上。2018年气基直接还原铁产量约占直接还原铁总产量的80%，具有显著的发展潜力和竞争力。

02投资逻辑—以氢冶金行业的代表企业中国中冶为例：

公司作为“做冶金建设国家队、基本建设主力军、新兴产业领跑者，长期坚持走高技术高质量发展之路”的战略定位。公司始终以卓越的科研、勘察、设计、建设能力为依托，加快转型升级，形成了以工程承包、房地产开发、装备制造、资源开发四大板块为“梁”，以冶金工程、高端房建、中高端地产、交通市政基础设施、矿山建设与矿产开发、核心技术装备与中冶钢构、环境工程与新能源、特色主题工程为“柱”的“四梁八柱”关联互补、协同效应显著的综合性业务格局。

中国中冶作为全球最大最强的冶金建设承包商和冶金企业运营服务商，稳占国内90%、全球60%的冶金市场，牢牢巩固“冶金建设国家队”的绝对地位。作为国家创新型企业，拥有 5 项综合甲级设计资质和 39 项特级施工总承包资质，科技投入持续加强。

公司紧跟国内钢铁行业绿色转型和智能制造的步伐，始终站在国际水平的高端和整个冶金行业领先的高度，用独占鳌头的国际一流核心技术、持续不断的创新研发自主可控能力、无可替代的冶金全产业链整合集成优势，承担起引领中国冶金实现智能化、绿色化、低碳化、高效化发展的“钢铁强国”责任。着力强化建筑绿色化、智能化、工业化升级。深入挖掘钢铁冶金、矿业在水、气、尘、土以及能源循环利用等方面的技术优势持续移植、转化。

公司氢冶铁相关专利共42项（其中发明专利29项，实用新型专利13项），2020年研发投入133亿元。专利包括但不限于采用氢气生产热态海绵铁的系统、利用CH4非催化富氧转化生产海绵铁的直接还原工艺、COREX熔融还原炉煤气用于生产甲醇的方法和装置、以CO为主还原煤气生产直接还原铁方法、竖炉还原气的制备系统等。公司将研发投入用以绿色发展和智能制造引领的技术创新，2020 年继续加大科技投入，全年科技投入共计人民币 133 亿元，占全年营业收入比重为 3.3%；其中研发投入为人民币 124 亿元，占全年营业收入的比重为 3.1%。

中标全球首例氢能源开发利用示范项目, 探索出世界钢铁工业发展低碳、甚至“零碳”经济的最佳途径，是中冶京诚在该领域技术研究十年磨一剑的结果。中冶京诚一直致力于低碳冶金的研究，第一阶段2012年前完成了熔融还原炼铁和超高富氧制气炉试验降低炼铁过程中消耗的碳。第二阶段为2013-2018年对新型煤制气/氧煤炼铁/气基竖炉还原/基于DRI的电炉工艺及装备进行了技术开发。第三阶段为2019-2020年完成了基于干法的煤气精制技术世界首套装置，同时掌握了CO2脱出和深加工的工艺技术，同期完成了基于富氢气体的氢能利用技术和工程开发。

中冶赛迪基于数十年的技术积累，提出了以“氢能制备→氢能冶炼→CCUS”为主线，通过富氢还原低碳高炉、氢基竖炉直接还原、基于高效预还原的氢基熔融还原三大技术路径，实现绿色低碳氢冶金的技术路线图，开展了氢冶金从理论到工艺、装备的核心技术研发。中冶赛迪制定了明确的减碳路线图：预计到2030年，实现富氢还原低碳高炉减少CO?排放≥35%，氢基直接还原减少CO?排放≥60%的目标，通过未来进一步开展碳捕集利用技术（CCUS）初步实现零碳冶炼。

03总结：

氢冶金是钢铁行业碳中和有效途径，冶金建设国家队技术及工艺行业领先，未来市场空间广阔，需要重点去挖掘集核心门槛技术、产业规模、成本控制等表现卓越的优质企业。

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