2022年3月3日

2019年時点のエネルギー原単位の推計（鉄鋼部門-スクラップ電炉鋼）(公財)地球環境産業技術研究機構(RITE)
システム研究グループ
TEL: 0774-75-2304 E-mail: sysinfo@rite.or.jp
秋田大学大学院国際資源学研究科
小田潤一郎
TEL: 018-889-3277 E-mail: oda@gipc.akita-u.ac.jp

1. はじめに

背景・目的

2

背景
 早期かつ実効性のあるGHG排出削減を進めるためには、世界の地域別GHG削減ポテンシャル、その基礎となるエネルギー原単位の把握が必要である
 既に提示した一貫製鉄所のエネルギー原単位の推計結果に加え、今回提示する電炉鋼の結果を用いることにより、鉄鋼業全体でのGHG削減ポテンシャルを算定することが可能となる
 カーボンニュートラルへの言及が増えつつあるが、その前にこのような基礎情報を広く共有することが重要である

目的
 電炉鋼の比較可能なエネルギー原単位の推計値(2019年)を主要製鉄国別に示し、温暖化対策の議論に資すること

1. はじめに分析の枠組み

3

 エネルギー原単位は、粗鋼生産量当たりの一次エネルギー消費量（単位：GJ/t粗鋼）とする
 電力は全地域で 1MWh=3.6GJ÷0.333=10.8GJ にて一次エネルギーへ換算
 スクラップを鉄源とし、普通鋼の鉄鋼製品を製造する場合を想定（次の【】内が評価対象）
スクラップ収集・運搬→事前処理→炉前に配送→【予熱→電炉→二次精錬→CC→加熱炉→熱延】→仕上・最終加工→鉄鋼製品出荷
 以下の手法を組み合わせることにより、地域別のエネルギー原単位を推定する
A: エネルギー原単位の絶対値を参照

B: 2015年比のエネルギー原単位変化率を参照※

1. 米国Association for Iron and Steel Technology(AIST)発刊の「2020 EAF Roundup」を参照

手法A1

手法B1

2. 各地域の個別統計を参照

手法A2

手法B2

3. IEA統計（エネルギーバランス表）を参照

手法A3

手法B3

4. 2015年以降の電炉新設比率を参照

手法B4※ 2015年時点のエネルギー原単位は、RITE既存推計(https://www.rite.or.jp/system/global-warming-ouyou/download-data/Comparison_EnergyEfficiency2015steelEAF.pdf)を参照

1. はじめに鉄鋼生産方式の集約・整理

4 電炉の鉄源として、スクラップのみならず直接還元鉄DRIや銑鉄も広く利用されている
 本分析では、鉄鋼生産方式を 1)転炉鋼、2)スクラップ電炉鋼、3)DRI電炉鋼、に集約・整理した
 本分析は、鉄源の100%がスクラップであると定義した「2)スクラップ電炉鋼」に着目する鉄鋼生産プロセス別シェア(2019年)
転炉鋼
全粗鋼生産量 → 87.8

粗鋼生産プロセス別シェア

100%

4%

7.2
21%

75%

14.5 39.6

157 99.3 71.4

1%
30%

29%

41%

24%

996

111 31.7

10%

10%

32%

37%

50%
25%

70%

70%

59%

30%
0%

補足：既存結果との比較が容易となるよう、英国も含めたEU (28)の数値を図示する

76%

33.7 44.3 60.7 101 1875 Mt
16%

34%

66%
79%

DRI電炉鋼スクラップ電炉鋼

90%
68%

44%

6%

21%

22%

71%

72%

31%

68%

22%

8%

94%
53%

54%
32%
6%

出典：worldsteel “Steel Statistical Yearbook 2021 (Extended version)”に基づき整理

2. 手法A1, B1

AIST「2020 EAF Roundup」を用いる手法

5出典）AISTの公開版サンプルなどを一部抜粋

 本AIST資料は、北米、南米などのAIST参加企業が報告した電炉データに基づく
 生産容量、鉄源比率、電力原単位(kWh/t)、天然ガス原単位(Nm3/t)などが、電炉ごとに記載されており、有力な情報源の一つ
 ただし、一部、N/A項（表中では「ー」と表記）も散見される

2. 手法A1, B1

カナダ
米国
メキシコ
ブラジル
コロンビア
エクアドルペルー
チリ
アルゼンチン
ウルグアイ
ドイツ
イタリア
オーストラリア計

AIST「2020 EAF Roundup」のカバレッジ
AISTに記載されている電炉基数
19131
171273238
11113218

AISTカバー率(電炉鋼生産量ベース・概算)
100%
100%
75%
44%
100%
100%
46%
100%
100%
100%
10%
57%
100%
78%

6

AISTに記載されている電炉のN/A項の比率(概算)
10%
20%
25%
5%
15%
75%
30%
0%
31%0%0%5%0%18%補足）2019年の電炉鋼生産量に基づく概算値

2. 手法A1, B1

AIST「2020 EAF Roundup」のデータ整理(1/2)

設備容量と電力消費原単位の関係
800

スクラップ比率と電力消費原単位の関係
800

N=154700

N=154700

電力消費量 (kWh/billet ton)

電力消費量 (kWh/billet ton)

7600500400300200600500400300200

100

100000500

1000
15002000
設備容量 (kt/y)

2500

0255075
スクラップ比率 (%)

100 3項目のデータが記載されている154の電炉に基づき、次の回帰式を得た
電力消費量(kWh/billet ton) = -0.084×設備容量(kt/y) -1.50×スクラップ比率(%) + 627(-8.1)→ 本回帰式により、N/A項を補間した(-5.9)※ 括弧内はt値

2. 手法A1, B1

AIST「2020 EAF Roundup」のデータ整理(2/2)

設備容量と酸素・コークス・天然ガス原単位の関係

3N=1332

10電力消費原単位と酸素・コークス・天然ガス原単位の関係
酸素、ｺｰｸｽ、天然ガス消費量(GJ/billet ton)

酸素、ｺｰｸｽ、天然ガス消費量(GJ/billet ton)

3010002000
設備容量 (kt/y) 以上の関係に基づきN/A項をさらに補間した

3000

8N=13321002468
電力消費量[一次換算] (GJ/billet ton)

補足1）酸素は6.48MJ/Nm3-O2にて一次エネルギー換算した
補足2）本AIST資料にコークス消費量の記載はない。本分析では、一般に酸化精錬の後に還元精錬を行うことを背景とし、酸素投入量に比例してコークスを投入すると仮定した(Toulouevski and Zinurov, 2010)。

2. 手法A1, B1

AIST「2020 EAF Roundup」に基づく推定結果

9

電炉の一次エネルギー原単位の推定値（鉄源の100%がスクラップである場合に補正済み）

一次エネルギー消費原単位(GJ/billet ton)

AISTカバー率 100%
7100%

75%

44%

100%

(保守的に)本図の上端に対し、2.96
GJ/t を加えた数値を後に参照する

100%

46%

100%

100%

100%

10%57%

100%

N/A項については幅を持たせて推定654 上図のエネルギー消費は電炉のみカバーしている 上図の上端に対し、二次精錬、連続鋳造、加熱炉、熱延設備などのエネルギー消費分 2.96GJ/tを加えた上で、後に参照する（2.96GJ/tを加えることにより、整合的なバウンダリーとなり、他の推計値と比較可能となる）

3. 手法A2, B2

各地域の個別統計を参照する手法

欧州 欧州については Eurostat [下図のEnergy Balances (2022 edition)] を参照し推計を行った→ 例えば、ドイツについて次の推定値が得られた A2: 8.4 GJ/t
B2: 8.6 GJ/t

https://ec.europa.eu/eurostat/web/energy/data/energy-balances

日本 総合エネルギー統計(詳細表)に示されている「電気炉」を参照し整理を行った
 さらに、石油等消費動態統計を参照し、電炉のエネルギー原単位の推計を行った→ 以上により、次の推定値を得た

A2: 7.5 GJ/t B2: 8.3 GJ/t

10

4. 手法A3, B3

IEA World Energy Balances 2021 (詳細表) に基づく手法

11実施内容 エネルギーバランス表に基づき鉄鋼業で使用した正味の一次エネルギー消費量を算定した
 典型的な転炉鋼・電炉鋼のエネルギー原単位により、電炉製鉄所で消費したと考えられる一次エネルギーを分離した
 特にスクラップ電炉鋼の比率が高い地域において、本手法は参考となる（ただし、エネルギー原単位の絶対値を参照するA3は、本分析バウンダリー外の特殊鋼製造に要するエネルギーも内包することに留意が必要である）

結果（2019年推定値）
単位：GJ/t粗鋼

A: 絶対値を参照(A3)

B: 2015年比の変化率を参照 (B3)

【参考】 全粗鋼に対するスクラップ電炉比率

米国

11.58.565.9%

ドイツ

10.68.528.8%

イタリア

11.38.882.1%

スペイン・ポルトガル

12.08.572.9%

トルコ

11.0

9.067.8%

5. 手法B4

2015年以降の電炉新設比率に基づく手法

12実施内容 以上のA1～B3の手法をもってしてもなお、十分な情報が得らえれない地域もある 他方、中国、インド、トルコ、中東のように、2015年以降、電炉新設が相次ぐ地域もある
 そこで、 2015年～2019年に新設された電炉、及びそのエネルギー原単位（想定）により、2019年時点のエネルギー原単位を算定した
OECD諸国：7.90 GJ/t
Non-OECD諸国：8.05 GJ/t (インド除く)
インド: 8.40 GJ/t

結果（2019年推定値）
2015年比の変化率を参照 (B4)

【参考】 2019年時点における新設比率

中国

8.4 GJ/t粗鋼

44%

インド

9.1 GJ/t粗鋼

27%

トルコ

8.6 GJ/t粗鋼

24%

中東

8.0 GJ/t粗鋼

42%補足）2015年～2019年に稼働開始した電炉を「新設」と定義

6. まとめ2019年実績の推計結果(日本=100)13 以上の手法A1～B4により得られた推計値を加重平均することにより、次の最終推定結果を得た

スクラップ電炉鋼一次エネルギー原単位(GJ/t粗鋼) [日本 = 100]120

スクラップ電炉鋼のエネルギー原単位推定結果（2019年・日本=100）
112

110

100

100

1011031031041041061071131089080

補足：既存結果との比較が容易となるよう、英国も含めたEU (28)の数値を図示する

6. まとめ

推定結果（2005-2019年実績）

14スクラップ電炉鋼のエネルギー原単位推定結果
スクラップ電炉鋼一次エネルギー消費原単位 (GJ/t粗鋼)

12

2005

20102015

2019

10864

補足：既存結果との比較が容易となるよう、英国も含めたEU (28)の数値を図示する

6. まとめ

まとめ・今後の予定

15まとめ
 2019時点において、日本鉄鋼業(スクラップ電炉鋼)は、鉄鋼主要国の中で最も優れたエネルギー原単位を維持している
 ネットゼロやカーボンニュートラルへの言及が広くなされるようになってきているが、早期にCO2排出削減を進めるには、国内対策のみならず、世界全体で鉄鋼業における省エネ設備普及（さらには電力の低炭素化）を進めることが重要である

今後の予定
 鉄鋼業全体で見たCO2削減ポテンシャルの評価を行う予定である