當前，氫能主要應用于工業領域，如煉油、氨生產、甲醇生產、煉鋼等，絕大部分氫能來源于化石燃料。這里面煉油和氨生產對氫氣的使用量最大，大約能達到33%和27%。鋼鐵行業目前用氫量較少，僅為3%左右。 

 

　　在工業領域，鋼鐵、冶金、水泥等高耗能產業既是碳排放的大戶，又是深度減碳的難點。 

 

　　全球工業碳排放的45%來自鋼鐵、水泥等高耗能產業，其中高耗能產業碳排放的45%來自于工業原料的使用，35%是為生產高位熱能而排放，20%來自于生產低位熱能環節。 

 

　　人們常說的電能替代并不能解決高耗能產業的減碳問題。為什么這么說呢？因為即使使用可再生能源電氣化手段，也只能降低高耗能產業中低位熱能那部分碳排放，而這部分只占20%左右。對于工業領域因原料和高位熱能而產生的80%的碳排放，目前還是無能為力。（數據來源于麥肯錫《工業部門脫碳方案》） 

 

　　鋼鐵、冶金、石化、水泥的生產過程中需要大量的高位熱能，所謂高位熱能是指需要高于400℃的熱能，這部分熱能很難用電氣化的方式來解決。 

 

　　以鋼鐵行業為例，鋼鐵是工業的碳排放大戶，當前全球鋼鐵的75%采用高爐進行生產，在高爐所采用的“長流程”生產方式中，都是添加焦炭作為鐵礦石還原劑。在這種情況下，每生產一噸生鐵需要消耗1.6噸的鐵礦石、0.3噸的焦炭和0.2噸的煤粉。也就是說，生產每噸鋼鐵的碳排放強度達到2.1噸。 

 

　　高爐的還原過程所產生的碳排放占到鋼鐵生產全部碳排放的90%。因為碳排放過多，人們已經開始使用天然氣代替焦炭作為還原劑，然后通過電弧爐將海綿鐵轉化為鋼，這是人們為了減少煉鋼過程中碳排放的一種嘗試，可惜仍然無法達到深度脫碳。 

 

　　為了進一步解決鋼鐵行業的碳排放壓力，很多歐美國家開始探索氫冶金技術，而且取得了巨大的進展。 

 

　　（1）在最新的氫能煉鋼工藝中，在低于礦石的軟化溫度下，用氫氣直接作為還原劑可以將鐵礦石直接還原成海綿鐵，海綿鐵中碳和硅的含量較低，成分已經類似于鋼，可以替代廢鋼直接用于煉鋼。 

 

　　（2）用氫代替焦炭和天然氣作為還原劑，可以基本消除煉鐵和煉鋼過程中的絕大部分碳排放。如果隨著可再生能源成本下降，以及制氫工藝的成熟，能夠實現可再生能源電解水制氫，在軋鑄環節使用可再生能源發電，最后基本可以實現鋼鐵生產的近零排放。 

 

　　我國在利用氫能實現冶金工業深度脫碳方面也有很多嘗試。以中核集團、中國寶武集團為代表，這些企業正在探索利用氫氣取代碳作為還原劑的氫冶金技術，推動鋼鐵冶金基本實現二氧化碳的零排放。2019年1月，中核集團與中國寶武、清華大學簽訂了《核能—制氫—冶金耦合技術戰略合作框架協議》，就核能制氫——冶金耦合技術展開合作。 

 

　　氫能利用的挑戰