综述：氢能炼钢转型中需考虑区域供应链与水资源利用

这篇综述深入探讨了氢能（H2）在钢铁行业脱碳中的关键作用，系统分析了氢能供应链（包括电解水制氢/SMR+CCS）、区域水资源压力及政策激励（如美国45V税收抵免）对实现绿色钢铁（H2-DRI）的影响，为全球钢铁行业低碳转型提供了多维度解决方案。

　　

氢能炼钢转型中需考虑区域供应链与水资源利用

引言

钢铁行业是全球温室气体排放的主要来源之一，贡献约7%的CO₂排放量。氢能（H₂）作为清洁还原剂和能源载体，为钢铁行业脱碳提供了新路径。然而，氢能供应链的复杂性、区域水资源压力及政策支持等因素尚未被充分研究，亟需系统性评估。

氢能炼钢技术进展

传统高炉-转炉（BF-BOF）工艺碳排放高达2000 kg CO₂/吨钢，而氢基直接还原铁-电弧炉（H₂-DRI-EAF）路线可将排放降至200 kg CO₂/吨钢以下。实验研究表明，氢还原铁矿石的最佳温度为900°C，且小颗粒矿石能提升反应效率。技术经济分析（TEA）显示，当氢成本降至1-2美元/kg时，H₂-DRI路线可与天然气直接还原（NG-DRI）实现成本持平。

氢能供应挑战

电解水制氢成本当前约5美元/kg，需通过降低电解槽成本（目标150美元/kW）和提升效率（>80%）来实现美国能源部（DOE）1美元/kg的目标。蒸汽甲烷重整结合碳捕集（SMR+CCS）的氢成本随捕集率升高（55%-90%）从1.4美元/kg增至2.2美元/kg。地理限制显著：美国中东部钢铁厂面临可再生氢资源与盐穴储氢设施短缺的双重挑战，而管道运输成本比卡车低两个数量级。

水资源影响

电解水制氢的水耗为9-105 L/kg H₂（取决于能源来源），而钢铁厂本身水耗为0.45-3.3 m³/吨钢。若氢能全面应用于钢铁行业，美国部分地区的水资源压力可能加剧，需优先考虑再生水利用。

未来展望

需开展跨区域氢能基础设施优化研究，结合政策激励（如氢能中心建设补贴）和水资源循环技术。同时，氢泄漏（供应链中约10%损失率）和甲烷逃逸（SMR路线）等环境风险需纳入全生命周期评估。中国等国的案例表明，氢能炼钢的水耗可达1.2-9.5 m³/吨钢，凸显全球协同规划的必要性。

结论

氢能炼钢的规模化部署依赖三大支柱：低成本氢能供应（1美元/kg）、区域性水资源管理，以及政策-技术-产业链的深度协同。未来研究应聚焦多环境因子耦合分析，为钢铁行业净零目标提供科学支撑。