清华大学环境学院温宗国团队揭示不均衡可再生能源供应对氢基还原铁技术减碳潜力的影响
2025/06/05
408钢铁行业主要依赖化石能源作为燃料及铁矿石还原剂，是典型的难减排行业。氢基还原铁技术使用氢气作为还原剂，在炼铁环节不造成碳排放，被视为实现钢铁行业深度减排的关键技术。为确保氢基还原铁技术的脱碳效果，需要保证充足的、基于可再生能源的绿氢供应。然而，我国可再生能源分布极为不均，且通过管道进行氢气跨区域运输的技术尚不成熟。因此，氢基还原铁技术的推广受限于可再生能源分布，需要开展高分辨率的空间分析，探究最优的氢基还原铁技术部署及可再生能源供应方案。
为解决上述问题，清华大学环境学院温宗国教授团队提出了一系列在不同可再生能源类型、不同技术应用规模情景下的氢基还原铁技术部署方案，并详细评估方案的碳减排、生产成本及水资源消耗（图1），研究揭示了可再生能源分布对氢基还原铁技术部署的限制作用，并强调了制定合理技术应用规模的必要性。
图1.研究框架（包括钢铁单元数据库、可再生能源评估、可再生能源供应-需求模型、氢基还原铁技术推广方案制定、碳减排效果评估、水耗评估六个模块）
研究团队建立了钢铁生产单元模型，着重分析了现有高炉炼铁工艺情况，并开发核算方法评估太阳能、风能和生物质能源在0.1°×0.1°分辨率，对基于氢基还原铁技术的炼铁工艺的制氢供应潜力。结果表明，我国太阳能、风电的年发电潜力，以及可用于制氢的生物质能的年产生量能够满足当前全国氢基还原铁技术的制氢需求，但其分布呈现高度的地区不平衡特性，必须开展可再生能源的供需匹配分析以制定氢基还原铁技术部署方案。
研究团队设定了六种氢基还原铁技术的部署情景，包括三种可再生能源供应（太阳能、风能、生物质能）以及两种应用规模（温和、激进）的组合，同时开发了可再生能源空间供需匹配模型，以确定各情景下需改造的炼钢单元及需要部署可再生能源的区域。结果表明，在温和的技术应用规模下，三种可再生能源均可以满足技术的氢能需求。然而，若采用激进的技术应用规模，则不得不依赖额外的补充能源投入。这些补充能源占系统整体能源需求的1/3到1/2，会显著影响氢基还原铁技术的碳减排效果、经济成本与水耗。
图2.六种氢基还原铁技术部署方案的氢能需求量及能源投入构成
研究团队评估了各情景下氢基还原铁技术部署方案的碳减排潜力、成本与水耗。对于碳减排潜力指标，太阳能-温和情景和风能-温和情景的减排效益最大。然而，采取激进的应用规模会大幅增加排放水平。相对地，利用生物质能制氢方案的排放更高，这是由于生物质能的运输和处理过程会造成额外的隐含碳排放。
对钢铁生产成本开展评估，结果表明，太阳能-温和情景和风能-温和情景的单位成本最低，与当前的高炉-转炉炼钢的成本相当。若考虑未来碳排放权交易的收益，应用氢基还原铁技术的收益将更为显著。然而，由于外购电网电价相较可再生能源发电更高，太阳能-激进与风能-激进情景的钢铁生产成本大幅提升。此外，由于生物质气化与蒸汽重整-碳捕集和封存制氢工艺成本较高，使用生物质能用于氢基还原铁技术的单位成本也较高。
图3.氢基还原铁技术部署方案成本及构成
最后，研究团队探究了部署氢基还原铁技术的水资源压力。结果表明，氢基还原铁技术在激进的应用规模下的水耗量远高于温和规模。这一结果充分体现了该技术在节水-降碳目标间的冲突关系，并会加剧个别地区的水资源冲突问题。综上所述，应当设置合理的氢基还原铁技术推广目标，以实现低碳、高效益、低水耗的转型模式。
图4. 氢基还原铁技术部署方案的整体水耗情况及单位减碳水耗
相关研究成果以“不均衡的可再生能源供应限制了氢基还原铁技术的减碳潜力”（Uneven renewable energy supply constrains the decarbonization effects of excessively deployed hydrogen-based DRI technology）为题，于5月27日发表于《自然·通讯》（Nature Communications）。
清华大学环境学院2022届博士毕业生王奕涵和陈晨为论文第一作者，中国人民大学生态环境学院副教授陶媛和温宗国为论文通讯作者。
鏂囩珷鏉ユ簮清华大学锛屽垎浜彧涓哄鏈氦娴侊紝濡傛秹鍙婁镜鏉冮棶棰樿鑱旂郴鎴戜滑锛屾垜浠皢鍙婃椂淇敼鎴栧垹闄ゃ
-
2026骞4鏈堥珮褰曠敤妫绱㈠揩鍥介檯瀛︽湳浼 32
-
2026骞寸鍏眾璁＄畻鏈恒佹帶鍒跺拰鏈哄櫒浜 102
-
2026璧勬簮銆佸寲瀛﹀寲宸ヤ笌搴旂敤鏉愭枡鍥介檯 1529
-
2026骞翠汉宸ユ櫤鑳芥暀鑲叉妧鏈笌鏁版嵁绉戝 535
-
2026骞村浘鍍忓鐞嗕笌鏁板瓧鍒涙剰璁捐鍥介檯 1294
-
2026骞存満姊板伐绋嬶紝鏂拌兘婧愪笌鐢垫皵鎶鏈 5759
-
2026骞存潗鏂欑瀛︺佷綆纰虫妧鏈笌鍔ㄥ姏宸 1546
-
2026骞寸浜屽眾鏃犵嚎涓庡厜閫氫俊鍥介檯浼氳 2307
-
2026骞村鏉愬埗閫犮3D鎵撳嵃涓庡垱鏂拌 03-13
-
2026骞磋溅杈嗗伐绋嬩笌鏂拌兘婧愭苯杞﹀浗闄呬細 03-13
-
2026骞寸簿瀵嗘満姊般佷华鍣ㄤ华琛ㄤ笌浼犳劅鎶 03-13
-
2026骞存満鍣ㄤ汉鎶鏈佹櫤鑳借澶囦笌鑷姩 03-13
-
2026骞撮氫俊绯荤粺銆佺綉缁滀笌淇″彿澶勭悊鍥 03-13
-
2026骞存櫤鑳藉埗閫犮佸伐涓氫簰鑱旂綉涓庢暟瀛 03-13
-
2026骞寸幆澧冩不鐞嗐佺敓鎬佷慨澶嶄笌纰充腑鍜 03-13
2026骞村尯鍧楅摼鎶鏈笌鍩虹妯″瀷鍥介檯瀛︽湳浼氳锛.
2026骞存暟鏅虹粍缁囦笌绠＄悊鍥介檯瀛︽湳浼氳 (IC.
IEEE鍑虹増锝滅浜屽眾瑙嗚銆佸厛杩涙垚鍍忓拰璁＄畻鏈烘妧.
绗叚灞婄敓鐗╁尰瀛︿笌鐢熺墿淇℃伅宸ョ▼鍥介檯瀛︽湳浼氳锛圛.
绗簩灞婃帶鍒剁郴缁熶笌鐢垫皵宸ョ▼鍥介檯瀛︽湳浼氳(ICC.
IEEE鍑虹増锝滅浜屽眾鍏堣繘鑳芥簮绯荤粺涓庣數鍔涚數瀛愬浗.
绗簩灞婅蒋浠跺伐绋嬩笌璁＄畻鏈哄簲鐢ㄥ浗闄呭鏈細璁紙SE.
绗叚灞婂厛杩涙潗鏂欎笌鏈烘鐢靛瓙鍥介檯瀛︽湳浼氳锛圛CA.
绗簩灞婁汉宸ユ櫤鑳姐佷汉鏈轰氦浜掍笌鑷劧璇█澶勭悊鍥介檯瀛.
2026骞寸涔濆眾浜哄伐鏅鸿兘涓庡ぇ鏁版嵁鍥介檯浼氳 (.
2026骞寸浜斿眾浜戣绠椼佽绠楁満瑙嗚鍜屽浘鍍忓鐞.
2026骞村姩鍔涘涓庢満姊板伐绋嬪浗闄呭鏈爺璁ㄤ細 (.
2026骞寸鍏眾璁＄畻鏈哄浘褰㈠銆佸浘鍍忎笌鍙鍖栧浗.
绗叓灞婁俊鎭瀛︺佺數姘斾笌鑷姩鍖栧伐绋嬪浗闄呭鏈細璁.
绗笁灞婃満鍣ㄥ涔犱笌鏅鸿兘璁＄畻鍥介檯瀛︽湳浼氳锛圡LI.
绗叚灞婅嚜鍔ㄥ寲鎺у埗銆佺畻娉曚笌鏅鸿兘浠跨敓鍥介檯瀛︽湳浼氳.
2026 骞寸涓夊眾璁＄畻锛屾満鍣ㄥ涔犱笌鏁版嵁绉戝鍥.
绗崄涓夊眾鍏堣繘鍒堕犳妧鏈笌鏉愭枡宸ョ▼鍥介檯瀛︽湳浼氳 .
绗簩灞婁汉宸ユ櫤鑳戒笌浜у搧璁捐鍥介檯瀛︽湳浼氳 锛圓I.
2026骞撮噺瀛愯绠椾笌浜哄伐鏅鸿兘鍥介檯瀛︽湳浼氳锛圛.
2026骞寸鍏眾璁＄畻鏈鸿瑙変笌妯″紡鍒嗘瀽鍥介檯瀛︽湳.
绗竷灞婃満姊颁华琛ㄤ笌鑷姩鍖栧浗闄呭鏈細璁(ICMI.
2026骞寸鍥涘眾浜氭床鏈哄櫒瀛︿範銆佺畻娉曚笌绁炵粡缃戠粶.
2026骞寸鍥涘眾浜氭床璁＄畻鏈鸿瑙夈佸浘鍍忓鐞嗕笌妯.
2026骞翠汉宸ユ櫤鑳戒笌鏁版嵁鎸栨帢鍥介檯瀛︽湳浼氳锛圓.
2026骞寸浜斿眾缃戠粶銆侀氫俊涓庝俊鎭妧鏈浗闄呬細璁.
2026骞存櫤鑳芥満鍣ㄤ汉涓庢帶鍒舵妧鏈浗闄呬細璁(CI.
2026骞翠紶鎰熷櫒鎶鏈佽嚜鍔ㄥ寲涓庢櫤鑳藉埗閫犲浗闄呬細.
-
2026骞翠腑绉戦櫌鏈熷垔鍒嗗尯琛紙鏂伴攼10
-
2025骞翠袱闄㈤櫌澹閫夋湁鏁堝欓変汉4281
-
2025鏈鏂癑CR鍒嗗尯鍙婂奖鍝嶅洜瀛11266
-
濂藉鏈:绉戠爺缃戝潃瀵艰埅|瀛︽湳澶存潯鍒5427
-
2025骞村浗闄呮湡鍒婇璀﹀悕鍗曞彂甯!5541
-
2025骞翠腑绉戦櫌鏈熷垔鍒嗗尯琛ㄩ噸纾呭彂18728
-
涓浗绉戝崗銆婇噸瑕佸鏈細璁洰褰曪紙2011157
-
鍚夋灄澶у鏍￠暱寮犲笇锛氬鏈細璁腑鐨勬彁6696
-
涓浗绉戝ぇ鐮斿埗鍑烘満鍣ㄤ汉鐏靛阀鎵嬫寚灏栧叚03-11
-
鐮旂┒鎻ず閬椾紶澶氭牱鎬у浣曢噸濉戝井鐢熺墿03-11
-
鐮旂┒鍙戠幇鍙岄叞鑳虹被鏉铏墏褰卞搷铚滆渹铚03-11
-
鐮旂┒鎻ず鑱氱劍鍏夊満涓唴绂鑷棆绾圭悊03-11
-
鏂板瀷纾佹祦浣撴満鍣ㄤ汉鐮磋В涓村簥闅鹃03-11
-
鍗椾含澶у鐗╃悊瀛﹂櫌娓╅敠鐢熻棰樼粍鍦ㄤ簹03-11
-
鍗椾含澶у鐗╃悊瀛﹂櫌楂樺姏娉€佽鍥芥枃鍥03-11
-
西北大学 24355
-
山本五一公司 18289
-
第十三届"分布式计算及其应用"国 24190
-
FF 8382
-
WILL 8173
-
中国建筑科学研究院建材所 2246
-
中国农业科学院农业信息研究所 21382
-
甘肃方舟旅游公司 24254
-
工程信息研究院 23487
-
广州比特城建筑工程咨询有限公司 23241
-
三匠联合国际会展（北京）有限公司 21409
-
中国科学院沈阳自动化研究所 18267
-
中国造纸协会 2218
-
北京林业大学 18648
-
中国健康产业论坛 24360
-
中国风险投资研究院 18287
-
西南大学 21240
-
百奥泰国际会议（大连）有限公司 24325
-
天津科技大学 21407
-
上海微展信息科技有限公司 21441
