Ren等人评估了钢铁工业的低碳进展以及中国减少二氧化碳排放的方法，得出的结论是，钢铁工业消耗大量能源，占全球工业直接温室气体排放量的25%左右。如果主流技术突破并得到全面实施，则有可能将二氧化碳排放量减少约43%。此外，当这些技术与超低碳技术相结合时，二氧化碳排放量可能会下降80%-95%。预计到2050年，氢基技术或碳捕获、利用和储存技术将为中国钢铁工业的深度脱碳节省120亿-350亿美元的显著成本。图2所示的结构在大多数炼钢项目中都能使用。

Kushnir等人完成了瑞典钢铁工业技术创新系统（TIS）氢直接还原的研究。在瑞典的钢铁工业中，直接氢还原很可能取代传统焦炭高炉。Karakaya及其同事利用多层次视角（MLP）和技术创新系统（TIS）来研究瑞典钢铁行业的长期变化，非常详细地介绍了绿氢在未来场景中的物理特性。

为了减少温室气体的排放，全球钢铁工业必须促进使用冶炼废钢而不是铁水。除借鉴全球钢铁行业的优秀经验外，中国还必须做出自己的努力来保护其钢铁市场。环保、智能和可再生生产方法的发展，是该行业可持续发展的主要原因。

直接还原工艺（DR）可能是减少钢铁制造过程中二氧化碳排放的第一步。由于该工艺具有显著的适应性，可以逐步用绿氢替代天然气合成气。所用能源的碳强度对整体二氧化碳减排有显著影响。这表明能源方面的脱碳是钢铁工业绿色化的基础之一。

过去，钢铁行业的二氧化碳减排计划侧重于研究碳捕获和储存，并通过能效行动实现适度减排。在过去的五年里，电力和氢基炼钢获得了巨大的推动，因为①可再生能源成本持续下降，②碳捕获和储存尚未兴起，③更多的政府接受了雄心勃勃的减排目标。以煤为燃料的钢铁行业似乎不可能在2050年之前在全球范围内实现净零排放。核能和可再生能源可用于制造业脱碳。虽然原子能可在脱碳努力中发挥作用，但从以煤为燃料的钢铁工业的立场来看，情况仍然模糊。

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Bhaskar等人研究了钢铁工业通过使用绿氢直接还原铁的脱碳运作。他们认为，即使对目前使用的初级炼钢方法进行适度改进，也无法有效降低碳排放。通过水电解形成的绿氢被用作高炉中的还原剂，有可能显著减少钢铁生产过程中的二氧化碳排放。

Holappa等人对钢铁行业能源消耗和二氧化碳排放情况进行了研究，认为当前对抗全球变暖的战斗中，氢作为还原剂、燃料和能源储存已经获得了突出地位，同时在炼铁过程中也发挥着支持作用。从化石燃料转向电力是另一个全球趋势。氢气生产和绿色能源生产将紧密联系在一起。此外，用最新技术升级现有的钢铁厂是提高能源效率和减少二氧化碳排放的最有效途径。热回收、协调能量流管理以及CCS都可以降低燃料和还原剂中碳与氢的比例，可能减少40%-50%的碳排放量。低碳/无碳的铁生产只有在碳基冶金法进行重大转变的情况下才可行。通过氢还原和使用低碳或无碳能源熔炼相结合，可以实现这一目标。这需要对钢厂进行重大改造，从高炉切换到直接还原炉，以及使制造和储存氢气变得更加容易。Stießel等人认识到，为了在减少二氧化碳排放和提高经济效率方面取得巨大成就，必须在现有基础设施中最大程度地实施跨部门协作。到2030年，通过整合大量的可再生能源，开发经济和环境可持续的方法，将钢铁厂的排放物回收为可消费商品，特别是甲醇。在作为化学工业的原料之前，综合钢铁厂的相关碳流必须通过可再生能源来增强，以最大限度地减少二氧化碳排放和化学工业对化石燃料的依赖。一些国家正在开发独特的低碳炼铁方法，包括绿色富氢高炉、炉顶煤气循环氧气高炉（TGR-OBF）和铁碳结块新炉料（ICA）。各国对二氧化碳排放的控制已逐步深入。钢铁生产的首要步骤是高炉炼铁，发展以高炉为基础的低碳炼铁技术是有效的。尽管新型反应器可能在一定程度上有助于减少二氧化碳排放和生产低碳铁，但其商业应用面临许多阻碍。

氢可以由一系列可再生能源产生，包括水、光伏太阳能（PV）、垃圾、气、适度持续的水力发电、地热、波浪能。这些“绿色”资源与现有的生态友好型技术相结合，正迅速用于发电。之后，电解过程可以用来将水分离成氢和氧。

提高能源效率对清洁环境至关重要，经过深思熟虑并执行的过渡措施也是如此。然而，为了保持可持续发展，社会需要创造可再生能源，并不断研究和实施革命性的技术。寻找和建立新市场至关重要。也许最关键的是，如果要维持绿色氢经济，必须尽快建立结合能源、气候、淡水、垃圾和运输的新基础设施。最有希望的选择之一似乎是氢能源系统，它可能对环境和可持续性收益作出重大贡献。图5显示了如何使用绿色能源来收集驱动氢合成所需的四种能源。Dincer探索了多种制氢方式，如下所示：

1）水分电解；

2）等离子弧击穿；

3）水热解；

4）热催化分解硫化氢生成氢和硫；

5）生物质热催化转化；

6）热化学水分离；

7）生物质气化和生物燃料改造；

8）硫化氢分裂的热化学循环；

9）光伏电解；

10）光催化破水；

11）光解和光电化学制氢；

12）生物光解和光发酵；

13）夜间发酵，嗜热和酶消化制氢；

14）高热电解；

15）水电解和水的混合热化学方法；

16）人工光合作用制氢。

为加快采用新方法，需要对技术提供者和客户提供奖励和补贴。其次，向氢作为燃料来源过渡的速度将受到氢经济进展的范围和一致性的影响。从理论上讲，生产可再生氢是可能的。然而，为了让政府确定哪些可再生能源以及在多大程度上有助于氢经济的发展，需要进行彻底的规划。在启动任何氢气分布网络之前，必须先探讨建立可再生能源项目的经济问题。

绿氢可以用作传统化石燃料（如煤或天然气）的替代品。它还可以直接用于与炼钢过程本身相关的特定化学过程中，进一步降低二氧化碳排放总量。氢对铁的物理和机械特性有相当大的影响。在常温下，它可以通过提高螺旋位错迁移率来软化铁；但在低温下，它也会由于核心相互作用而使铁变硬。氢气对铁制造的影响因氢气的种类和浓度而异。通常，大量的氢气可能会由于吸收到晶界或晶粒内产生氢化物而引起钢部件脆化，这可能会导致在应力情况下开裂和失效。氢气还通过提高点蚀电位来影响耐腐蚀性，如果不使用足够的保护涂层或抑制剂（例如铬酸盐）进行适当控制，可能会导致局部腐蚀速率增加。绿氢在钢铁工业中的应用有可能在全球范围内每年减少2.3亿吨二氧化碳的排放。

热解气化是一种通过加热将生物质转化为合成气（一氧化碳和氢气的混合物）的技术。这个过程包括将木屑颗粒在无氧气氛中加热到600-900℃，这使得它们分解成它们的组成元素，如CO₂、H₂O和CH4等气体。由此产生的气体产物随后被用于不同的目的，如能源生产或化学合成操作。热气化技术采用两个独立的过程：外气缸空气气化和内气缸蒸汽气化。在外气缸空气气化中，热燃烧气体被直接注入反应器室，在那里它们与原料在较高的温度水平下发生反应；而在内缸蒸汽气化中，反应容器内出现过热的水蒸气，引发化学反应，分解其中存在的复杂分子，形成合成气，通常含有85%-90%的氢和一氧化碳。

此外，制造生物燃料的常见转化过程包括热解、气化、超临界水气化（SCWG）和水热液化（HTL）。尽管这些过程有希望提高效率，但也带来了各种操作问题，例如，与操作环境相关的过程安全方面、因固体沉积而堵塞、腐蚀、原料的泵送能力等，这些都是阻碍其商业应用的因素。解决这些挑战的方法需要不同的反应器布局，以最大限度地减少堵塞或改善工艺条件，避免其他相关问题。这些工艺保证了效率，但也带来了各种阻碍其工业化的问题。

另一种产氢方法是生物暗发酵。暗发酵是由厌氧孢子形成细菌进行的产氢过程。这些细菌代谢碳源，产生气体和短链酸作为副产物，如果反应器中的环境合适，可以对其进行调节。研究人员提出并解决了一个基于酸碱物质平衡的模型，以估计滞后相持续时间，评估H₂生成效率，并使用生长介质在搅拌间歇式反应器的给定操作条件下持续150-200h来预测其动力学。

绿氢很可能被用于替代化石燃料等，因为它对生态无害，并且有可能最大限度地减少二氧化碳的排放。钢铁行业是全球能源的主要用户，占全球能源消耗的5%，占人类造成的二氧化碳排放量的4%-5%。因此，在未来，对工业来说，最大限度地提高能源效率和抵消二氧化碳排放至关重要。限制与钢铁生产相关的能源摄入和碳排放的有效策略是，回收各种钢铁生产过程中的高温废热，并将其储存在熔渣和相关产品中。