一、基本概述

氫能煅燒（hydrogen-based Calcination）是一種革新性的工業熱加工技術，它將氫氣作為主燃料或輔助燃料，替代煤炭、天然氣等傳統化石燃料，在工業高溫窯爐中對礦物原料進行熱分解反應。該技術利用氫氣燃燒產生的高溫環境，使原料發生脫水、分解和礦物相重構等一系列復雜的物理化學反應。

二、分類信息

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三、詳細解釋?

“氫能”是深度脫碳的全球共識技術，尤其對鋼鐵、水泥等高耗能產業至關重要。傳統化石燃料燃燒產生大量二氧化碳，而氫氣燃燒的化學方程式為：微信截圖_20250707093856.png，產物只有水。氫能煅燒的核心特點是利用氫氣高熱值（142MJ/kg，約為煤炭的4-7倍）和零碳排放燃燒特性，推動高耗能行業低碳轉型。

依據氫氣的制備來源與技術路徑，氫能煅燒可分為綠氫煅燒與藍氫煅燒兩大技術路線。綠氫煅燒采用可再生能源電解水制氫，全生命周期內可實現近零碳排放；藍氫煅燒通過化石能源制氫并耦合碳捕獲與封存技術（CCS），達成低碳排放目標。

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圖1 氫能分類

在不同領域的工業應用中，氫能煅燒體現出以下核心優勢：

一是具有深度減排潛力。在水泥、冶金等高耗能行業，碳排放主要來自化石燃料煅燒過程，采用氫能煅燒可以減少這部分碳排放。在水泥、鋼鐵行業，可用綠氫替代焦炭作為還原劑，推動流程轉型，助力行業深度脫碳，支撐國家“雙碳”目標。

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圖2 雙供氫系統水泥熟料煅燒窯爐工藝流程布置

二是具備工藝兼容性與能效提升優勢。氫能煅燒能夠與現有工業裝備兼容。氫氣燃燒火焰溫度可達2100℃，比天然氣高出170℃，且火焰長度縮短，可有效提升熱效率，但氫氣火焰輻射較弱，仍需優化燃燒器設計來進一步提升熱效率。試驗表明，當氫替代率達到一定標準時，窯內熱輻射強度增加，有助于提升熟料品質，縮短產業化周期。

三是可實現多領域協同應用。在儲能領域，可利用風光棄電（因電網消納能力不足、系統調節受限或市場機制不完善等原因，被迫放棄部分風力發電和光伏發電）制綠氫，解決間歇性能源消納問題，提升電網靈活性。

四、應用領域及發展前景

從不同方面看，氫能煅燒技術均體現出顯著應用價值和潛力。

第一，從技術演進和產業滲透看，氫能煅燒技術在水泥行業、鋼鐵冶金領域、建筑供熱系統等多領域有顯著應用潛力。

第二，從綜合效益評估，氫能煅燒技術對高碳排放工業減排效果顯著，可改善區域空氣質量，為實現《巴黎協定》溫控目標提供技術支持。

第三，在國際貿易方面，該技術可降低歐盟碳邊境調節機制（CBAM）對國內產業的沖擊，催生萬億級氫能裝備制造市場，增強國家產業競爭力。

第四，在能源安全方面，構建“風光發電-綠氫制備-工業應用”閉環能源體系，可降低對進口化石能源的依賴，強化國家能源自主可控能力。

中國政府高度重視氫能煅燒技術發展。2022年2月，國家發展和改革委員會發布的《水泥行業節能降碳改造升級實施指南》明確提出需加快研發該技術。2022年11月，工業和信息化部等四部門聯合發布的《建材行業碳達峰實施方案》（工信部聯原〔2022〕149號）也明確要求研發氫能煅燒技術。

當前，氫能煅燒技術已完成從實驗室研究到工程示范的跨越，在水泥熟料煅燒、鋼鐵直接還原等應用場景中，其碳減排效果已經得到工程驗證。

受制于綠氫制備成本、耐高溫抗氫脆材料耐久性，以及氫儲運加注基礎設施等關鍵瓶頸，大規模商業化應用仍面臨挑戰。但隨著政策激勵機制的不斷完善，以及全產業鏈協同創新的深化推進，預計在2030年前，氫能煅燒技術將實現規模化應用，為全球高耗能產業的低碳轉型提供具有中國特色的技術解決方案。

目前，與氫能煅燒相關的產業鏈布局正逐步完善。在上游制氫環節，電解水制氫項目已在全國大規模規劃建設。截至2024年底，全國各地累計規劃超600個，主要集中在西北和華北地區。在中游儲運環節，雖仍面臨挑戰，但企業與科研機構積極探索高壓氣態、固態儲氫等技術，部分項目已取得階段性成果。在下游應用領域，工業窯爐改造、燃燒器設計等相關企業不斷加大研發投入，以適配氫能燃燒特性，促進氫能煅燒技術在各行業落地。

未來，氫能煅燒可從多方面開展技術創新:

第一，在降低制氫成本方面，可結合風力、太陽能發電與電解水制氫，充分利用自然能源，同時研發不依賴貴金屬的新型催化劑，使氫氣制備更經濟。

第二，在技術融合方面，推進氫能與碳捕集技術結合，在水泥生產中用氫氣替代傳統燃料減少碳排放，并通過碳捕獲與封存（CCS）收集剩余二氧化碳，實現近乎零排放，提升環保效益。值得注意的是，目前CCS能耗約占工廠總能耗15%–25%，需統籌優化能效。

第三，在提升材料性能方面，針對氫脆和高溫對材料影響的問題，科學家將優化管道和耐火材料，使其更抗“氫腐蝕”、耐高溫，保障生產穩定，為氫能煅燒技術廣泛應用奠定基礎。

五、綠色應用難點?

目前，氫能煅燒技術的廣泛應用還面臨諸多挑戰。

第一，在經濟性方面，綠氫制取成本高于傳統化石能源，尤其是電解槽里的一些關鍵材料，如質子交換膜（PEM）技術所需的鉑催化劑，成本居高不下。

第二，在氫氣儲存和運輸方面，高壓氣態儲氫常用20MPa的高壓，對安全性要求極高，而固態儲氫技術尚未成熟，這也使得成本難以降低。

第三，在材料與裝備適配性方面：氫氣易引發“氫脆”問題，氫原子鉆進金屬會削弱金屬結構強度，因此需要研發抗氫脆的新材料，如Ni-Mo合金（鎳鉬合金），或采用陶瓷涂層或復合材料緩解氫脆。此外，氫氣燃燒時火焰輻射弱、流速快，與傳統燃料燃燒差別大，這意味著水泥回轉窯、玻璃熔窯等工業窯爐的傳熱結構和燃燒器需要針對性設計和改造。另外，氫能煅燒的基礎設施建設相對滯后，加氫站數量少，輸氫管網覆蓋范圍小，跨區域的氫氣儲運網絡幾乎未成型，不利于大量運輸氫氣。

第四，相關技術標準在行業內尚未統一規范，安全操作標準和規范也有待完善，這些問題也亟待解決。

本詞條貢獻者：

吳吉明 中國工程師聯合體學術委員會委員、中國土木工程學會科普專家委員會特邀專家，北京土木建筑學會常務副秘書長，高級工程師

本詞條審核專家：

劉 東 中冶京誠工程技術有限公司首席專家，教授級高工，亞太工程組織聯合會青委，北京工程師學會青委

董文鈞 北京科技大學材料科學與工程學院教授

參考來源：

[1]國家發展和改革委員會.《水泥行業節能降碳改造升級實施指南》.2022.

[2]中華人民共和國工業和信息化部，國家發展和改革委員會，生態環境部，住房和城鄉建設部.《建材行業碳達峰實施方案》（工信部聯原〔2022〕149號）.2022.

[3]《中國氫能技術發展研究報告2024》（中國產業發展促進會氫能分會聯合30余家氫能產業龍頭企業和科研院校共同編寫）

[4]汪瀾.綠氫煅燒水泥熟料關鍵技術初探[J].中國水泥,2022(04)：46-48.

[5]Taylor Energy Syngas Process[EB/OL]．Sustainable Energy Research & Development，[2025-07-03]. https://taylorenergy.org/fischer-tropsch-alliance/

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來源: 科普中國

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