在全球低碳甚至零碳转型背景下，直接还原铁（DRI）生产技术作为钢铁行业实现低碳生产的一种重要技术，越来越引起各国的重视。直接还原铁技术主要通过使用天然气或氢气、煤基还原剂等作为还原剂，直接还原铁矿石生产固态金属铁。直接还原铁工艺相比传统的高炉—转炉流程，具有碳排放更低、灵活性更高和原料适应性强的优点，尤其在以氢气作为还原剂时，几乎可以实现零碳排放。
世界上直接还原铁的生产始于1969年，2018年以来，随着多座大型设备的投产，直接还原铁的产量快速增长。据世界钢铁协会统计，2023年全球直接还原铁产量达13650万吨，同比增长9.5%。其中，印度增长最快，产量高达4933万吨，同比增长16.7%，占全球总产量的36%；其次是伊朗，产量为3345万吨，同比增长1.7%，占全球总产量24.7%；俄罗斯产量为778万吨，同比增长0.9%；沙特阿拉伯产量为681.2万吨，同比增长1.5%。全球直接还原铁产量增长最快的为印度和伊朗，这两个国家的直接还原铁产量占全球产量的一半以上。
直接还原铁生产技术
当前直接还原铁生产技术主要有气基（天然气或氢气）直接还原炼铁法、煤基直接还原法。
气基直接还原炼铁法的生产能力和实际产量占主导地位，例如米德莱克斯（Midrex）法、希尔（Hyl）法、Energiron法等，其中前两种占绝对优势，前两种占全球DRI产量的75%以上，如果采用天然气为原料，和传统高炉—转炉炼钢流程相比，二氧化碳排放量可降低50%～70%。气基工艺主要应用于中东、伊朗、俄罗斯等天然气资源丰富的地区。例如，2023年伊朗采用Midrex工艺生产了3014万吨DRI，占其总产量的90%。在碳中和背景下，气基DRI搭配电炉（EAF）被视为生产“绿色钢铁”的重要路径。
煤基工艺（煤还原）占比约为25%，该工艺以块矿或球团矿为原料，在高温（950摄氏度～1100摄氏度）下还原，产品含碳低（0.05%～0.3%），但受限于原料高品位要求（铁含量大于66%），主要集中在高品位铁矿资源丰富的国家。尽管印度推动煤基DRI发展，但其高能耗和高排放问题与全球减碳趋势存在冲突，未来可能面临转型压力。
据统计，2023年使用Midrex工艺生产的直接还原铁占据了全球直接还原铁产量的57.8%，Hyl和Energiron工艺占比为14.3%，回转窑工艺占比为27.9%。
随着技术的进步和成本的降低，氢基直接还原技术将成为钢铁行业实现低碳转型的重要路径之一，例如欧洲、中国、印度等地都有多个氢基直接还原项目正在规划或建设中。
全球直接还原铁主要项目
直接还原铁的生产过程相对传统高炉炼铁工艺更加环保，能够有效降低能源消耗和二氧化碳排放，这就促使更多钢铁企业新建直接还原铁项目。
美国奥钢联在得克萨斯州科珀斯克里斯蒂投资7.4亿美元，建设了采用Midrex技术的直接还原铁厂，2016年已建成投产，每年可生产200万吨高质量的热压块铁（HBI），计划后期改为氢还原，进一步减少二氧化碳排放。
中国宝武宝钢股份湛江钢铁在2023年12月23日投产的年产100万吨氢基竖炉，直接还原铁金属化率为94%，平均含铁量达86.5%，采用全球首创“氢冶金电熔炼工艺（HyRESP）,是中国首套采用氢气生产的最大零重整竖炉。
河钢集团张宣科技年产120万吨的全球首例富氢气体（焦炉煤气）零重整竖炉直接还原氢冶金示范工程自2023年5月份顺利连续生产绿色DRI产品后，2024年9月份成功应用绿氢作为还原气体实现稳定生产，直接还原铁金属化率超94%，验证了绿电—绿氢—绿钢工艺的可行性。
安赛乐米塔尔西班牙公司正在希洪基地建造230万吨/年的绿色氢基DRI厂（后面配套110万吨电炉），计划2025年投产。该项目是安赛乐米塔尔欧洲公司到2030年将二氧化碳排放量减少35%计划的一部分。
加拿大安赛乐米塔尔在多法斯科厂投资18亿加元新建的250万吨产能DRI炉采用直接还原铁—电弧炉炼钢模式，最初将使用天然气运行，具备“氢冶金”能力，可在绿色氢供应充足且成本效益可行时转换使用。
德国安赛乐米塔尔计划在不来梅建造1座DRI工厂，向不来梅的电弧炉及艾森许滕施塔特的2座新电弧炉供应DRI，预计2026年开始运营，新装置每年将生产380万吨粗钢。
比利时安赛乐米塔尔根特投资11亿欧元，建设1座年产250万吨的直接还原铁工厂和2座电弧炉，项目实施后将逐步淘汰现有A高炉，预计每年可减少300万吨二氧化碳排放。
美国安赛乐米塔尔计划在阿拉巴马州卡尔弗特建设1座采用氢基直接还原铁工艺的高端无取向电工钢智能工厂，预计2027年投产，年产15万吨高端无取向电工钢，可使每吨钢材的碳排放较传统工艺降低62%。
法国安赛乐米塔尔计划投资17亿欧元用于敦刻尔克和滨海福斯工厂的低碳转型，在敦刻尔克将建设1座年产250万吨的氢直接还原铁炉和两座电弧炉，建成后取代目前正在运行的2座高炉。预计该项目在2027年投产，2030年可使该公司的二氧化碳排放量减少近40%，即每年减少780万吨。
德国萨尔茨吉特钢铁公司为了从传统炼钢向电炉炼钢转型，实现2033年零碳排放的钢铁生产计划，在Flachstahl工厂建造一座210万吨/年的DRI厂，使用氢气和天然气作为还原剂，计划2026年7月份投产。投产后将能大量生产绿色钢材，为欧洲难减排行业的降碳起到示范作用。
德国迪林根钢铁公司在迪林根工厂建造一座250万吨/年的DRI工厂和一座电弧炉，将于2027年投产，届时该公司将关闭该厂的高炉和转炉。
为了生产碳中和钢材，荷兰塔塔钢铁公司在艾默伊登建设DRI厂，到2030年用1套DRI设备（250万吨/年）和1座电弧炉（300万吨/年）取代2座焦化厂（共260万吨/年）中的1座和7号热风炉（350万吨/年）。DRI厂最初以天然气为燃料，计划后期将氢还原引入工艺中。
瑞典LKAB计划在瑞典北部耶利瓦勒的HYBRIT开发项目中建造1座135万吨/年的DRI示范工厂，到2030年从球团矿供应商转型为海绵铁供应商，产能达到540万吨/年的水平。该示范工厂将为瑞典钢铁公司（SSAB）生产无化石燃料钢材提供原料。
瑞典Stegra公司（前身为H2GreenSteel）在瑞典北部博登厂区建造1座基于Midrex技术的210万吨/年的DRI厂，用100%绿氢生产直接还原铁，配备1座电解制氢厂、1座电弧炉炼钢车间、1套CSPNexus装置、1套冷轧设备和1套加工综合设施。计划2025年投产，2030年从球团矿供应商转型为海绵铁供应商，产能达540万吨/年。
2023年4月份，日本神户制钢协同三井物产拟在阿曼合作开发低碳直接还原铁项目，生产规模为年产500万吨，暂以天然气作为还原剂，未来将考虑以氢气替代天然气，并结合碳捕集、利用与封存技术，进一步减少二氧化碳排放。
韩国浦项制铁计划在2025年第1季度动工建设氢还原（HyREX）钢厂，预计2027年完工，届时直接还原铁的产能为每小时36吨。计划2030年实现HyREX技术商业化生产，2040年直接还原铁产能增加至250万吨/年，到2050年，其HyREX氢还原炼铁技术全面应用于生产。
直接还原铁发展预测
根据国际能源署可持续发展情境中的直接还原铁产量数据，采用传统技术生产的直接还原铁的产量将保持正增长至2040年，但其后随着氢基直接还原铁和带有碳捕获、利用和储存（CCUS）工艺的成熟，传统直接还原铁产量将下降，以氢气为还原剂的直接还原铁产量可能会逐渐增加。预计2050年全球直接还原铁总产量为4.11亿吨，与2023年的13650万吨相比，将增长201%，高炉铁产量将从2023年的12.87亿吨降至2050年的6.65亿吨。
我国直接还原铁产业起步较晚，因天然气资源条件有限和高炉工艺成熟，发展相对缓慢，在“双碳”背景下，随着电炉炼钢工艺的持续增加，以及市场对高品质钢材的需求增长，尤其在汽车制造（轻量化部件）、高端钢材（如不锈钢、高强钢）领域需求显著，预计未来5年我国直接还原铁需求年均增速将超过10%。
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