七月底，日本JFE Steel公布了一项看似并不起眼的试验成果。
在东日本制铁所千叶地区，一座处理能力仅15公斤/小时的小型直接还原竖炉连续运行三天，利用来自山梨县米仓山的绿氢，生产出约一吨直接还原铁。这是日本首次利用绿氢完成直接还原铁生产，也是GREINS国家项目的重要阶段性成果。
消息发布后，大多数报道都围绕着”日本首次”“绿氢炼铁”“碳中和”几个关键词展开。
相比这些标题，日本官方材料里反复出现的另一个词，却没有引起太多关注。
低品位铁矿石（Low-grade Iron Ore）。
JFE参与的不是一个单纯验证绿氢炼铁的项目，而是一项名为”利用低品位铁矿石进行直接氢还原技术开发”的国家研究计划。
首先我们探讨一件事，当前全球1.4亿吨直接还原铁从哪里来，又为什么无法直接复制到氢冶金时代？
直接还原已经是一项成熟的大规模工业技术，却很少有人继续追问：这些铁是在哪里生产的，使用了什么能源，吃的是谁家的矿，又有多少能够被视为未来氢冶金的现成基础？
答案并不像1.408亿吨这个数字看起来那么整齐。
其中约5470万吨来自印度，3410万吨来自伊朗。两个国家合计生产8880万吨，占全球总量的63%。俄罗斯以800万吨居第三位，随后是沙特阿拉伯的650万吨、埃及的640万吨、美国的520万吨、墨西哥的470万吨和阿尔及利亚的460万吨。全球直接还原铁生产因此高度集中，印度和伊朗两国的产量已经超过其余所有国家的总和。
然而，印度和伊朗生产的“直接还原铁”属于两套差异很大的工业体系。
印度生产的5470万吨直接还原铁中，约4550万吨来自煤基回转窑，天然气路线只有约940万吨。煤基回转窑大量使用本国铁矿和非炼焦煤，设备规模较小，分布在奥里萨邦、恰蒂斯加尔邦、贾坎德邦等矿产和煤炭资源较集中的地区。它解决的是印度缺少优质炼焦煤、废钢又不足的问题，并没有摆脱煤炭。按Midrex的分类，这部分产品属于“高碳排放DRI”。
伊朗的3410万吨则全部来自天然气路线，约九成使用MIDREX工艺，其余包括本国开发的PERED工艺。伊朗拥有廉价天然气，也建设了从铁矿开采、选矿、球团到直接还原和电炉炼钢的国内产业链。Gol-e-Gohar、Chadormalu和Sangan等矿区生产的精矿和球团，大量供应本国竖炉，产品通常在相邻钢厂以热态直接装入电炉。
俄罗斯的情况与伊朗相近。其800万吨直接还原铁全部来自天然气工艺，主要依托Metalloinvest旗下Lebedinsky GOK、Mikhailovsky GOK等矿山和球团设施，原料与竖炉之间具有较强的内部配套关系。俄罗斯生产的部分产品被压制成热压块铁出口，但大部分直接服务国内钢铁生产。
沙特、埃及、阿联酋、卡塔尔、阿曼和阿尔及利亚构成了另一片直接还原密集区。这里拥有天然气、港口和大型竖炉，却不一定拥有足够的本土铁矿，因此形成了与伊朗、俄罗斯不同的模式：从巴西、加拿大、瑞典或其他矿区进口高品位球团及球团精粉，在中东和北非完成还原，再将DRI、HBI或钢材供应本地和出口市场。
这三类生产体系共同构成了今天的1.408亿吨：
Midrex统计显示，约9508万吨直接还原铁由竖炉生产，其中MIDREX装置生产7620万吨，约占全部竖炉产量的80.1%；全球其余四千多万吨主要来自印度煤基回转窑。按还原能源划分，天然气路线约占65.7%，煤基路线占34.3%。过去四年，煤基DRI的占比反而有所上升，因为印度回转窑产量增长快于其他地区的天然气竖炉。
这组数据澄清了一个经常出现的误会。全球已经生产1.4亿吨DRI，并不等于全球已经拥有1.4亿吨能够轻易切换到绿氢的产能。
印度那4550万吨煤基DRI很难通过更换燃料直接变成氢基DRI。回转窑的设备结构、热量来源、物料运动方式和原料要求都与氢气竖炉不同，转型通常意味着重新建设装置。具有氢气改造潜力的主体是约9500万吨竖炉产量，其中相当一部分又集中在伊朗、俄罗斯和天然气资源国，而不是目前高调规划绿钢项目的欧洲、日本和东亚沿海地区。
现有DRI生产的地理分布由三项条件塑造：廉价天然气、本地铁矿和可以稳定获得的DR级球团。未来氢基DRI将在这三项条件之上再增加廉价可再生电力和绿氢。很多传统钢铁中心并不同时具备这些条件，因而开始考虑把炼铁环节迁往矿山、港口或可再生能源富集地区，再以HBI的形式运输到用钢市场。
中东天然气直接还原产业能够扩张，离不开一条已经运行多年的跨洲原料链。
巴西是其中最重要的源头之一。Vale在巴西生产高品位球团精粉和直接还原球团，并在阿曼苏哈尔建有年产能900万吨的球团厂。巴西铁矿经海运抵达阿曼，在当地加工成球团，再供应中东、北非以及南亚、东南亚钢厂。Vale曾与阿联酋钢铁企业签订长期DR球团供应合同，近年来又以沙特和阿曼的“Mega Hub”为中心，继续扩展面向直接还原路线的球团和压块供应。
巴林钢铁则是另一座关键转换节点。它没有自己的大型铁矿，却拥有约1300万吨DR级球团有效产能。2019年，Anglo American与巴林钢铁签署20年协议，每年从巴西Minas-Rio供应800万吨超高品位直接还原球团精粉，由巴林钢铁制成球团，再卖给中东和北非的DRI生产商。约220万吨球团供应邻近的SULB直接还原厂，其余进入区域市场。
这条链条大致如下：
因此，今天中东生产的DRI并不是天然气单方面创造的成本优势。它还依靠巴西高品位精粉、巴林和阿曼的球团能力、低成本海运以及长期供应合同。天然气价格决定还原成本，矿石品位决定竖炉能不能稳定工作，球团设施则把矿山产品转化成竖炉可以接受的炉料。
这套供应链可以支撑目前的市场规模，却未必能够无缝承接未来大批欧洲和亚洲氢基项目。
DRI是一种多孔、高活性的金属化产品，长距离运输过程中容易氧化和发热。大量DRI因此在生产地附近直接进入电炉，尤其是伊朗、印度、俄罗斯和部分中东钢厂。适合远洋运输的通常是经过压实的热压块铁HBI。
2024年，全球HBI产量估计约1120万吨，仅占DRI总产量的8%左右；热态直接送入邻近电炉的HDRI约1700万吨，占12%。其余大部分为冷态DRI，并以本地消化为主。
这意味着全球1.408亿吨DRI主要是地区内部生产资料，并不是可以在海上自由调配的商品池。日本或欧洲新建一座电炉，不能简单地从“全球1.4亿吨产量”中购买所需还原铁。钢厂要么同步建设竖炉并锁定球团供应，要么依赖新增HBI出口项目。
未来绿钢产业由此出现了两种布局。
一种把氢基竖炉建在原有钢厂附近，欧洲和日本的许多项目属于这一类。钢厂能够继续利用现有港口、电炉、轧线和客户网络，却必须把高品位球团、绿氢或氢载体运到工业中心。
另一种把还原环节移向廉价能源和矿石所在地，例如中东、澳大利亚、巴西、加拿大北部或北欧，再将HBI运往传统钢铁市场。这种模式减少氢气长距离运输，却增加了HBI贸易、港口设施和跨境碳核算的复杂度。
无论采用哪一种布局，铁矿石都要满足直接还原的要求。
高炉可以通过烧结矿、球团、块矿和焦炭构建炉料结构，炉内温度足以熔化铁和脉石，杂质最终进入炉渣。矿石品位下降会增加焦炭消耗、炉渣量和排放，但高炉仍有较强的原料适应能力。
直接还原竖炉没有液态熔炼过程。球团或块矿从炉顶向下移动，还原气体从下方穿过料层，氧化铁在固态条件下转化成金属铁。炉料需要承受装料、摩擦、升温和还原造成的体积变化，同时保持足够的强度与透气性。粉化过多会堵塞气流，黏结会破坏物料下降，较高的二氧化硅和氧化铝又会被保留在DRI中，进入电炉后形成更多炉渣。
因此，业内通常把铁含量约67%以上、脉石和有害杂质较低、物理和冶金性能符合竖炉要求的产品称为DR级原料。67%并不是一条适用于所有装置的绝对边界，却代表了一种商业现实：在现有竖炉—电炉体系下，矿石品位每降低一点，后续钢厂就要为更多非铁物质支付运输、加热、熔化和造渣成本。
一吨DRI通常需要约1.4至1.5吨球团或其他含铁炉料。Midrex针对使用市场化矿石的新建项目进行情景分析时采用了每吨DRI消耗1.45吨、且几乎全部使用球团的假设。按这个比例计算，新增1000万吨DRI产量大约需要1450万吨合格球团。
如果全球氢基和天然气基DRI再增加1亿吨，矿山和球团环节需要提供约1.45亿吨新增炉料。这已经超过2024年全球跨境球团贸易量。IIMA统计显示，当年全球球团跨境贸易约1.14亿吨，而且这些球团并非全部达到DR/EAF等级，也并非全部可以从现有客户手中转移出来。
问题因而落到了一个十分具体的数量关系上：钢铁公司宣布一座200万吨DRI工厂，矿业系统就需要额外准备约290万吨合格球团；十座同等规模的项目，需要接近3000万吨。矿山扩产、选矿提质、球团建设、港口和铁路必须同时推进，任何一个环节延误，都可能让竖炉建成后缺少稳定原料。
目前能够向国际市场稳定提供DR/EAF级球团的主要生产体系，包括Vale、Samarco、加拿大铁矿公司IOC、ArcelorMittal Mines Canada、瑞典LKAB和巴林钢铁。俄罗斯、伊朗和印度也生产大量球团，但主要被国内钢厂消化，能够进入国际市场的余量有限。俄乌冲突又削弱了乌克兰球团供应的稳定性。
Midrex与IIMA在2025年更新的供应情景中，列出了未来十年最有可能增加的DR级球团来源：IOC提高产能和DR级产品比例；ArcelorMittal加拿大矿山扩大高品位球团；Vale提高巴西Tubarão和阿曼工厂的DR级产量；Samarco逐步恢复至约2600万吨满产水平；LKAB增加Kiruna球团供应；美国Mesabi Metallics、阿曼Jindal Vulcan以及埃及Suez Steel等新项目投入运行。
这些增量大多附带条件。
Samarco需要完成停产后的持续复产；IOC和ArcelorMittal加拿大矿山需要达到设计能力；LKAB已经把由球团供应商转向海绵铁生产商的时间推迟到2040年代；乌克兰企业需要增加浮选能力并解决战争、融资和物流问题；一些新建球团厂甚至尚未锁定长期矿源。
矿石存在于地下，不等于市场上存在可供竖炉使用的球团。它要经过开采、破碎、磨矿、磁选或浮选、脱水、造球和焙烧，才能从普通矿石变成DR级产品。低品位矿可以通过选矿提高铁含量，但回收率、尾矿量、水耗、电耗和资本支出都会增加。
Vale在阿曼规划的选矿厂提供了一个清楚的例子：项目拟每年处理1800万吨低品位矿，产出1260万吨高品位精矿。也就是说，约540万吨物料会在提质过程中被分离出去，后续还需要把精矿加工成球团或压块，才能进入直接还原装置。
因此，未来的供应瓶颈不会表现为“世界没有铁矿石”。全球铁矿储量仍然庞大，普通粉矿供应也可能长期充裕。矛盾将集中在能够以合理成本转化为低杂质、高强度DR炉料的那部分资源，以及把这些资源加工成球团、压块或其他合格炉料的工业能力。
Midrex早期情景曾判断，到2030年前后，现有DR级球团厂可能逐步接近满负荷，供需缺口随新建DRI项目投产而扩大；到2050年，DR/EAF级球团需求甚至可能超过目前全球全部球团产量。欧洲部分项目延期后，短期压力有所减轻，但这只是把需求向后推移。仅ArcelorMittal搁置或延后的欧洲、加拿大项目就对应约1200万吨DRI产能，需要每年约1750万至1800万吨球团。
钢铁脱碳进度越慢，球团市场获得的准备时间越长；一旦多个大型项目在相近年份恢复建设，矿山端很难像电解槽工厂那样快速复制产能。新矿开发通常需要多年审批、基础设施和融资，球团厂也要面对天然气、电力、环保和长期矿源问题。
这正是JFE把低品位矿写进研究课题的背景。
日本没有可以支撑大型直接还原产业的本土铁矿，现有高炉又长期使用澳大利亚和巴西的多种粉矿、块矿和球团。如果未来直接照搬传统MIDREX路线，日本将进入一个更窄的原料市场，与欧洲、中东、北美以及亚洲新建项目争夺同一批高品位球团。
JFE在千叶炼出的一吨绿氢还原铁因此更像一枚探针。它伸向的不是已经成熟的DR级球团市场，而是一个更难处理的问题：能否让氢基直接还原摆脱对少数高品位矿源的高度依赖。
这个问题一旦找到答案，绿钢产业可以使用更广泛的铁矿资源。若答案迟迟没有出现，未来钢铁工业的技术路线将更多地由巴西、加拿大、瑞典和少数高品位矿区决定。
氢气价格决定钢厂愿不愿意启动竖炉，铁矿石则决定竖炉启动后能装进去什么。
这次技术尝试更像是在为另一种未来做准备。
📅 2026年8月5日 写于Duisburg
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