大連化物所與鞍鋼集團等合作開發的“氫冶金”項目工藝路線實現全流程貫通

8月28日，由我所與鞍鋼集團等單位合作開發的“綠電綠氫流化床氫冶金萬噸級中試線”（以下簡稱“氫冶金”）項目實現工藝路線全流程貫通。鞍鋼集團在遼寧省營口市鲅魚圈區召開新聞媒體溝通會，中國科學院重大科技任務局代表，沈陽分院分黨組書記、院長毛志遠，我所李燦院士、副所長王峰、項目技術負責人姚婷婷研究員等出席會議。會上正式宣布，“氫冶金”項目工藝路線全流程貫通，穩定產出金屬化率達95%的綠色直接還原鐵產品，實現了從實驗室研發到中試規模的跨越。

“氫冶金”項目改變傳統鋼鐵生產工藝路線，采用“綠電制氫-綠氫還原”短氫流程工藝，以綠氫替代傳統焦炭還原鐵礦粉，實現了從“碳冶金”到“氫冶金”的轉變，生產過程中碳排放降低90%以上。其中，制氫工段采用李燦團隊研發的高效堿水電解技術，還原工段依托中國科學院過程工程研究所朱慶山研究員團隊開發的流化床直接還原鐵新技術。

李燦團隊自2001年起致力于太陽能光解水、電解水制氫基礎研究，近十年來在電催化分解水的催化劑、電解堆結構、與電網系統耦合集成等方向取得系列進展。2020年，團隊開發的高效電解水制氫技術已達到1000標立方米/小時，并應用于千噸級“液態陽光”甲醇合成項目，初步探索了波動性離網光伏條件下電解水制氫的運行條件，綜合性能指標達到當時國際領先水平。

針對氫冶金工藝的特殊要求，團隊在原子級摻雜鎳基催化劑、大面積電極成型、寬負荷工藝與智能控制等方面實現關鍵技術創新，提升了催化劑活性和穩定性，實現制氫系統從低負荷到滿負荷的連續切換，適配氫冶金全流程負荷波動及綠電的間歇性特點。李燦團隊與一重集團大連核電石化有限公司合作，組裝了新一代高性能電解槽，單槽產氫量及電流密度較傳統裝置提高50%以上，制氫能力達1576標立方米/小時，負荷范圍寬至26%至100%，全負荷直流電耗為3.87至4.40千瓦時/標方氫，持續穩定運行超2000小時，實現了低能耗、高穩定性和靈活調負荷等關鍵技術。

“氫冶金”技術是冶金領域的重要轉型，也是綠色低碳發展的重要方向，為我國綠色低碳鋼鐵發展提供了技術保障。

該項目得到國家自然科學基金、國家重點研發計劃、中國科學院A類先導專項“基于高比例可再生能源的儲能關鍵技術與示范”、遼寧省揭榜掛帥、遼寧濱海實驗室等項目的資助。（文/姚婷婷、喬春戈 圖/李黎明）