基本原理:氫氣替代一氧化碳做還原劑。鋼鐵冶煉是指在高溫下,用還原劑將鐵礦石還原得到生鐵,再將生鐵按一定工藝熔煉以控制其含碳量(一般小于 2%),最終得到鋼的生產過程。鐵礦石有赤鐵礦(Fe2O3)和磁鐵礦(Fe3O4)等。傳統的高爐煉鐵選用焦炭作為原料之一,通過焦炭燃燒提供還原反應所需要的熱量并產生還原劑一氧化碳(CO),在高溫下利用一氧化碳將鐵礦石中的氧奪取出來,將鐵礦石還原得到鐵,并產生大量的二氧化碳氣體(CO2)。目前的煉鋼企業大都采用該技術,因此鋼鐵行業碳排放量大,污染嚴重。
氫氣工藝將會極大地減少碳排放。目前氫氣煉鋼已經被應用到成熟的工業生產方案中,主要的方案設計有兩種:部分使用氫氣和完全使用氫氣。在部分使用氫氣的設計方案中,氫氣占到還原劑的 80%,其余氣體原料為天然氣,因此該設計方案下依然會有部分二氧化碳排出。
儲氫材料儲氫就是利用氫氣與儲氫材料之間發生物理或者化學變化從而轉化為固溶體或者氫化物的形式來進行氫氣儲存的一種儲氫方式。儲氫材料最大的優勢就是儲氫體積密度大,相同質量的氫氣用儲氫材料儲存占用空間最少,并且操作容易、運輸方便,同時兼具成本低與安全性高的特點,恰好克服了高壓氣態儲氫和低溫液態儲氫的缺點,但它仍然存在一些技術問題亟待解決。目前儲氫材料主要可以分為物理吸附儲氫和化學氫化物儲氫兩種,其中物理吸附儲氫又可分為金屬有機框架(MOFs)和納米結構碳材料,化學氫化物儲氫則分為金屬氫化物和非金屬氫化物兩種。