【和鉄の道・Iron Road 2022】【鉄の話題 低炭素社会構築に向けて】【情報紹介 インターネットより】高炉での水素製鉄に向けて

CO2 排出量のきわめて多い高炉製鉄をどうする

2022.7.1.

高炉 3 社、設備計画報告 水素製鉄開発を本格始動 共同研究、前倒し検討
2022 年 6 月 16 日

◆ 高炉 3 社、設備計画報告 水素製鉄開発を本格始動 共同研究、前倒し検討
https://www.japanmetal.com/news-t20220616118912.html
日本製鉄、ＪＦＥスチール、神戸製鋼所、金属系材料研究開発センター（ＪＲＣＭ）は 15日、グリーンイノベーション基金事業の製鉄プロセスの水素活用技術開発を本格的に開始すると発表した。
新エネルギー・産業技術総合開発機構（ＮＥＤＯ）に採択された 4 社の水素製鉄コンソーシアムは、15 日に第 1 回水素製鉄委員会（委員長＝佐藤直樹・日本製鉄副社長）を開き、4 社間の協力強化、開発活動の促進を確認した。
各社が担当する設備の建設計画も報告した。4 社で協力、12 研究機関と共同研究を通じて開発し、可能な限り前倒しも検討する。

【日経クロステック】 2022.6.21.

◆ 鉄鋼大手などが手を組み水素製鉄の技術開発を加速、CO2 排出半減目指す
https://xtech.nikkei.com/atcl/nxt/column/18/00001/06936/?ST=nxt_zerocarbon
国内鉄鋼大手がタッグを組んで水素製鉄の実現に向けた動きを加速させる。2022 年 6 月 15 日、日本製鉄、JFE スチール、神戸製鋼所の大手 3 社と金属系材料研究開発センター（JRCM）が、「水素製鉄コンソーシアム」の結成を発表した（図 1）。
製鉄に水素技術を導入する技術開発を進め、鉄鋼プロセスにおける二酸化炭素（CO2）排出量の削減を目指す。

図 1 水素製鉄コンソーシアムのメンバー
日本製鉄副社長の佐藤直樹氏（左から 2 番目）が委員長を務める。
（写真：水素製鉄コンソーシアム）

コンソーシアムの 4 者は人材や設備を共用し、組織の枠を超えた協力体制を築き、［1］高炉を用いた水素還元、［2］水素だけで低品位の鉄鉱石を還元する直接水素還元
大きく 2 つの技術開発に取り組む。
新エネルギー・産業技術総合開発機構（NEDO）の「グリーンイノベーション（GI）基金事業」の一環として 2030 年度までに 1935 億円が助成される。

高炉の CO2 排出量を水素で削減［1］高炉を用いた水素還元は、鉄鋼大手 3 社などが NEDO の委託事業として進めてきた「COURSE50」プロジェクトの拡大版といえる。高炉による製鉄はエネルギー効率が高く、高品質な鉄鋼製品の製造に向く。
しかし、鉄鉱石の還元にコークスを使うため CO2 排出量が多い。
コークスの代わりに水素を利用できれば、排出するのはCO2ではなく、水（H2O）になる（図 2）。
ただし、水素還元には技術的な課題がある。コークスによる還元が発熱反応であるのに対し、水素による還元は吸熱反応である点だ。
つ
つまり、吸熱反応を補うための調整や水素を加熱するなどのエネルギーが別途必要になる。COURSE50 では、小型試験高炉を用いて常温の水素ガスによる還元に取り組み、CCUS（CO2 の回収・貯蔵）技術を併用して 30％の CO2 排出量削減を実現した。

図 2 高炉を用いた水素還元技術
水素による鉄鉱石の還元は吸熱反応を伴う。
（出所：水素製鉄コンソーシアム）

水素吹き込みなどで CO2 を 30％減、「COURSE50」が挑む次世代高炉
水素製鉄コンソーシアムでは、まずコークス炉ガスから得た水素を含む常温のガスを用いて、高炉の水素還元技術を実機で検証する。いわば COURSE50 の実機適用である。
日本製鉄東日本製鉄所君津地区の第二高炉に、同ガスを吹き込む設備を導入。2025 年度下期に実証を始める。
2030 年までに、COURSE50 と同様に水素還元技術などで 10％以上、CCUS で 20％以上、合計 30％以上の排出量削減を目指す。
加えて、さらなる CO2 排出量削減を目指し、加熱した水素を用いた実証試験「Super COURSE50」も計画する。
同君津地区にある、COURSE50 で使った容量 12m3 の試験高炉を改造（図 3）。
還元材であるコークスの一部を加熱水素で代替する他、鉄鉱石の一部に直接還元鉄＊を使う。
現在の高炉と比べて CO2 排出量を 50％以上削減する計画だ。

図 3 Super COURSE50（右）COURSE50（中央）で使用した試験高炉を改造する。
（出所：水素製鉄コンソーシアム）＊ 直接還元鉄
主に天然ガスで鉄鉱石を還元して得られた鉄のこと。コークスを使わないため CO2 排出量を削減できるとされる。
いわゆるメタネーションによる水素還元技術にも取り組む（図 4）。
JFE スチールの東日本製鉄所千葉地区に、容量 150m3 規模の「カーボンリサイクル試験高炉」を建設。同炉で生じる CO2 と水素を反応させてメタン（CH4）を生成し、還元材として繰り返し利用する技術を実証する。
還元材であるコークスの一部を生成したメタンで代替し、CO2 排出量を抑える。
2026 年度までに同炉の試験操業を計画し、こちらも現在の高炉と比べて CO2 排出量を半減させる計画だ。

図 4 カーボンリサイクル試験高炉
コークスの一部をメタンで代替する。
（出所：水素製鉄コンソーシアム）

参考 水素吹き込みなどで CO2 を 30％減、「COURSE50」が挑む次世代高炉
吉田 勝

日経クロステック／日経ものづくり 2021.06.29

鉄鋼大手が高炉からの二酸化炭素（CO2）排出量削減に一層力を入れ始めた。
鉄を製造する高炉は大量の CO2 を排出するそれ故、早い段階から業界を挙げて CO2 排出量削減のための技術に挑んできた。
その 1 つが、高炉からの排出ガスに含まれる CO2 の 30％の削減を目指す「COURSE50」プロジェクトだ
16 年には、日本製鉄（当時は新日鉄住金）の東日本製鉄所・君津製鉄所（千葉県君津市）に小型試験高炉を建設し、実証試験を進めてきた（図 1）。
＊1 鉄を製造する際に排出する CO2 の量は、1kg 当たり約 2.2kg
同 13kg 弱のアルミニウムや同 22kg の炭素繊維強化樹脂などに比べると少ないが、鉄の生産量が圧倒的に多いため CO2 排出の総量もまた多い。
＊2。プロジェクトの正式名称は、「環境調和型プロセス技術の開発/水素還元等プロセス技術の開発」。
日本製鉄と JFE スチール、神戸製鋼所の国内高炉 3 社および日鉄エンジニアリングが、新エネルギー・産業技術総合開発機構（NEDO）の委託事業として技術開発を進めている

図 1 COURSE50 の小型試験高炉
容量 12m3 の試験高炉（a）と、それに付帯する CO2 分離・回収設備（b）。
日本製鉄の東日本製鉄所・君津製鉄所に建設された。
（出所：NEDO、日本鉄鋼連盟 COURSE50）
2008 年度に始まったこのプロジェクトは、［1］水素を利用した「CO2 排出量削減」

図 2 COURSE50 で開発している 2 つの技術

［2］高炉排出ガスからの

出所：NEDO、日本鉄鋼連盟 COURSE50）「CO2 分離・回収」2 つの技術から成る。具体的には［1］で 10％、［2］で 20％の CO2 排出量を削減する（図 2）。
高炉から出るガスに含まれる CO2 を 10％削減するとともに、ガス中の CO2 を分離・回収して環境への放出量を減らす。
プロジェクトの「フェーズ I-STEP1」（2008～2012 年度）
ではラボテストを中心に要素技術を開発。
18 年からは実用化に向けた「フェーズ II」として試験操業での性能検証を進め、小型試験高炉において CO2 排出量30％削減を確認している。