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グリーンイノベーション基金事業（GI基金事業）

製鉄プロセスにおける水素活用プロジェクトの実施概要
2022年6月15日

水素製鉄コンソーシアム（日本製鉄、JFEｽﾁｰﾙ、神戸製鋼所、JRCM）

目次
日本鉄鋼業の現状
鉄鋼業におけるCO2削減のチャレンジ
GI基金事業「製鉄プロセスにおける水素活用」プロジェクトの概要
カーボンニュートラル製鉄実現への課題とまとめ

鉄鋼業のCO2排出量
2019年度の日本のエネルギー起源CO2排出(10億2878万トン)のうち、鉄鋼は15％(1億5千万トン)を占める。

温暖化対策の観点から、各社とも省エネ設備の導入、環境対策技術開発を積極的に行ってきた。

家庭
15%

製油所
発電所
8%

業務その他
19%

化学6％

産業
37%

鉄鋼
14%

運輸
(自動車等)
20%

紙・パルプ

機械

2%
窒素5%

3%

食品

その他

2%

5%

電気事業者の発電に伴う排出量を電力消費量に応じて最終需要部門に配分した後の値。 機械は金属品製造業を含む。化学工業は石油石炭製品を含む。
環境省：日本の温室効果ガス排出量データ（1990～2020年度）（確報値）より作成
http://www-gio.nies.go.jp/index-j.html©水素製鉄コンソーシアム

3社会的なCO2削減ニーズ
SDGsや地球温暖化にかかわる消費者意識が向上。
各ユーザー様から具体的なサプライチェーンとしてのCO2削減目標が提示され始めている。
鉄鋼メーカーとしても、 “鉄鋼業におけるCO2削減に向けたチャレンジ” を共有し、要望にお応えするべく検討を行っている。
エシカル消費とはユーザー様の意識変化(出典)令和2年8月消費者庁：エシカル消費に関する意識調査など

ユーザー様からのCO2削減要望

エシカル消費にかかわる消費者意識向上
自然災害や環境破壊・資源の枯渇等の問題はすべての人が可能な範囲で行動するべきエシカル商品・サービスの購入時の価格アップを容認(出典)トヨタ環境チャレンジ2050

57.1%

各ユーザー様から具体的なサプライチェーン69.0%ある”という認識を共有しながらも、要望にお応としてのCO2削減目標が提示され始めている。
ユーザー様とは“鉄鋼はCO2削減の難しい分野でえするべく検討を行っている。

（出典）消費者庁：https://www.ethical.caa.go.jp/ethical-consumption.html
6つのチャレンジ | ESG（環境･社会･ガバナンス）に基づく取り組み | サステナビリティ | トヨタ自動車株式会社 公式企業サイト (global.toyota)©水素製鉄コンソーシアム

4鉄鋼業界としての削減目標
日本鉄鋼業の2030年CO2削減目標
エネルギー起源CO2排出量：2013年度比30％(約5,790万トン)削減

政府エネルギー基本計画のマクロ想定や各種対策の実施のための必要条件が整うことが前提。

(BATの導入等による省エネの推進、廃プラスチックの活用、2030年頃の実機化を目途に現在開発中の革新的技術の導入、その他CO2削減に資する原燃料の活用等)

日本鉄鋼業のカーボンニュートラル行動計画
基準点
30％削減
カーボンニュートラル

2013年

2030年

2050年

(出典)日本鉄鋼連盟/鉄鋼業の地球温暖化対策への取組み 自主行動計画進捗状況報告 (jisf.or.jp)©水素製鉄コンソーシアム

5鉄鋼業界としての取り組み(COURSE50ﾌﾟﾛｼﾞｪｸﾄ)
我が国は､2008年から世界に先駆けて水素還元製鉄の技術開発COURSE50 試験高炉

(COURSE50)を開始。

2016年から12ｍ3試験高炉(実機の1/400)を用いた試験を開始し､試験高炉

水素系ガス吹込みにより還元工程におけるCO2排出量10％以上減が達成可能である事を世界で初めて検証。

CO2の分離･回収に必要な化学吸収法及び物理吸着法を確立。

原料槽
PCI設備
熱風炉

この技術により､製鉄所内の未利用排熱を利用することで､更なる省エネルギー化を推進した。
2020年度からはカーボンニュートラルの実現に向けた諸課題の抽出､ロードマップを策定(～2021年度)。本成果を基金事業に活用。
2008

2010

2020

2030

2040

NEDO・日本鉄鋼連盟：COURSE50

COURSE50 CO2分離回収設備

2050
吸収塔 再生塔

2008～2012
フェーズ1
Step1
要素技術開発2013～2017
フェーズ1
Step2
総合技術開発2021～2030
GI基金事業へ移行
実機検証試験号
実用化開発
機

2018～2022
フェーズ2

実用化・普及高炉関連設備の更新タイミングをふ
まえ、2050年頃までに普及を目指す©水素製鉄コンソーシアム

NEDO・日本鉄鋼連盟：COURSE50

リボイラー

NEDO・日本鉄鋼連盟：COURSE50

日本製鉄 東日本製鉄所 君津地区構内
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目次
日本鉄鋼業の現状

鉄鋼業におけるCO2削減のチャレンジ
GI基金事業「製鉄プロセスにおける水素活用」プロジェクトの概要
カーボンニュートラル製鉄実現への課題とまとめ基本的な高炉・転炉法の概要

鉄鉱石

Fe2O3等
酸化鉄

焼結機

コークス炉
高炉

②融けた状態のまま輸送

精錬

成形

転炉

連続鋳造

③成分調整し還元①酵素除去(還元)後融けた鉄 (溶融)にし溶融

C
炭素
石炭

CO2

圧延

④所定の寸法に固め

熱処理

Fe
溶融鉄

鉄鋼製品

⑤製品の形に加工（出典）日本製鉄カーボンニュートラルビジョン
https://www.nipponsteel.com/ir/library/pdf/20210330_ZC.pdf©水素製鉄コンソーシアム

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各プロセスのCO2排出量
国内CO2排出量のうち、15％は鉄鋼から排出されている。

カーボンニュートラル実現には、鉱石還元プロセスのCO2削減が重要
鉄鋼製造プロセスからのCO2発生比率(t- CO2 /t-粗鋼)
2.6

大部分のCO2発生は高炉による鉄鉱石還元プロセスに由来（約80％）

2.4
2.2
2.0
1.8

0.2-0.3
0.2-0.3
1.1-1.8

＜0.1
連鋳

1.8-3

圧延～製品

転炉

1.6
1.4
1.2

全体
平均

1.0
0.8

0.4-0.7

0.6
0.4
0.2
0.0

0.2
原料採掘

0.1
コークス

高炉
(鉄鉱石還元)焼結（出典）「Carbon Trust, International Carbon Flows - Steel (2011)を改変」©水素製鉄コンソーシアム

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CO2削減のチャレンジ①(水素による還元)
炭素還元
水素還元

Fe2O3

発熱反応
H2Fe2O3

課題

CO2CH2O

吸熱反応

鉄鉱石
Fe2O3

水蒸気
H2 O

コークス
CCO2FeFe

炭素による還元は発熱反応であるのに対し､水素による還元は吸熱反応で温度低下するため､水素還元比率を増加させるには水素の加熱が必要。

従来高炉
従来高炉
空気
空気（無し）(無し)

水素高炉・ｼｬﾌﾄ炉
水素高炉
水素
加熱気体
加熱気体
水素（爆発リスク）（有り）(爆発リスク)(あり)
左記に加えて左記に加えて送風量
数千Nm3/分
大量の加熱水素3
送風量
数千Nm /分
大量の加熱水素吹込みが必要
吹き込みが必要
安全確保のため
熱風炉
間接加熱の新規技術
安全確保のため加熱方式 （直接加熱した耐火熱風炉開発が必要
間接加熱などの新規煉瓦との熱交換）
加熱方式(直接加熱した耐火煉瓦（加熱効率に課題）
技術開発が必要との熱交換)(加熱効率に課題)

水素H2
加熱

熱風(1,200℃)

Challenge

溶融スラグ（非鉄分）
溶融鉄（Fe）

吸熱反応に対応する技術が必要(出典)日本製鉄カーボンニュートラルビジョンなど
https://www.nipponsteel.com/ir/library/pdf/20210330_ZC.pdf©水素製鉄コンソーシアム

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CO2削減のチャレンジ②(スクラップ・還元鉄使用量の拡大)①スクラップに混入している銅、還元鉄中のリンなどの不純物による品質制約②窒素の混入による品質制約

この2点により、電炉で製造できる鋼種には制約があり､特に低品位原料による高級鋼の製造は困難。
スクラップ

0.6%

FeBMg

AlSiCaTi

VCr Mn CoNi

Cu

worldstZn Nb Mo Sn Ce
Pbeel

ガス相
PbZn

スラグ
B Mg Al Si Ca Ti
VCr Mn Nb Ce P

各品種の許容濃度

除去できない不純物の濃度

還元鉄

汎用棒鋼（鉄筋）

0.4%

AlSi Mn Ti

P

不純物

特殊鋼棒鋼

0.2%

溶鋼
Fe

建材薄板

自動車外板

加工
老廃主に鉄鉱石から スクラップ スクラップ
高炉鉄

除去できない不純物

製造Ni Cu Co Mo Sn

平木岳人也: 第23回廃棄物資源循環学会研究発表会（2012） 23_269を改変

加工工程からの 最終製品寿命後の端材スクラップ
スクラップ

Jones, A.J.T., Assessment of the Impact of Rising Levels of Residuals in Scrap,
Proceedings of the Iron & Steel Technology Conference （2019）を改変

Challenge

混入する材質有害元素の無害化技術確立による電炉での高級鋼製造にチャレンジ(出典)日本製鉄カーボンニュートラルビジョンなど
https://www.nipponsteel.com/ir/library/pdf/20210330_ZC.pdf©水素製鉄コンソーシアム

11目次
日本鉄鋼業の現状
鉄鋼業におけるCO2削減のチャレンジ
GI基金事業「製鉄プロセスにおける水素活用」プロジェクトの概要

カーボンニュートラル製鉄実現への課題とまとめ本プロジェクトのスケジュール
主に2025～6年度に設定されているステージゲート審査及びその後の実装に向けた活動について、コンソーシアム内で協力しながら、開発を進めて行きます。

(出典)METI 「製鉄プロセスにおける水素活用」プロジェクトに関する研究開発・社会実装計画より©水素製鉄コンソーシアム

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1-① 高炉を用いた水素還元技術の開発(所内水素を活用した水素還元技術等の開発)

2030年までに、所内水素を活用した高炉における水素還元技術およびCO2分離回収技術など
により、製鉄プロセスからCO2排出量を30%以上削減する技術の実装を目指す。

（水素還元技術などで10%以上、CO2分離回収技術で20%以上の計30%以上のCO2排出量削減想定）① 実炉実証試験に向けた操業条件の検討② 実高炉（5000m3級）での実証試験
高炉水素還元技術(CO2 10％削減)

焼結炉

鉄鉱石(Fe2O3)

CO2分離・回収技術(CO2 20％削減)
高炉ガス

コークス炉
ガス

水素系
ガス

CO2吸収

CO2
脱離

物理吸着法

コークス(C)

コークス炉

化学吸収法

①加圧：CO2吸着高炉

CO₂②減圧：CO2脱着＋未利用低温廃熱有効利用技術

日本製鉄(株)東日本製鉄所君津地区第二高炉において常温水素系ガス吹込み設備導入 2025年度下期実機実証開始予定©水素製鉄コンソーシアム

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1-② 高炉を用いた水素還元技術の開発：Super COURSE50(外部水素や高炉排ガスに含まれるCO2を活用した低炭素化技術等の開発)

現状高炉
鉄鉱石

原料炭

Super COURSE50高炉

製鉄所内発生水素吹込み

外部水素を用いた水素吹込み

原料炭

鉄鉱石

CO2炭素還元

COURSE50高炉

常温水素系ガス(コークス炉ガス等)
製鉄所
発生水素

直接還元鉄

H2O

炭素還元

水素還元

CO2CCS

CO2 削減目標 10％＋CCS20％により 30％削減

日本製鉄(株)東日本製鉄所君津地区において試験高炉改造※

鉄鉱石

原料炭

直接還元鉄

加熱

H2O

外部水素

CO2

水素還元
最大化

CCUS

極限までのCO2 削減とCCU/CCS最大活用によりカーボンニュートラル

2022年5月試験開始。

還元材の原料炭(コークス)の一部を水素で代替。さらに､鉄鉱石の一部を直接還元鉄に代替。
現行の高炉法と比較してCO2排出量を50％以上削減を達成する技術を実証。

※COURSE50開発で使用した12m3の試験高炉を活用©水素製鉄コンソーシアム

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1-② 高炉を用いた水素還元技術の開発：ｶｰﾎﾞﾝﾘｻｲｸﾙ高炉(外部水素や高炉排ガスに含まれるCO2を活用した低炭素化技術等の開発)

高炉から発生するCO2をメタンに変換し、還元材として繰り返し利用
還元材の一部をコークスからカーボンニュートラルメタンに置換してCO2排出量削減
コークス

加熱バーナー(循環ガス使用による)

高炉ガス

CO2，CO，H2

有効利用
CCUS
メタネーション

カーボンリサイクル

H2
CO2 + 4H2

O2

CH4 + 2H2O
CH4

カーボンニュートラル還元材

H2 O

JFEスチール（株）東日本製鉄所千葉地区において小型カーボンリサイクル
試験高炉（150m3規模）建設

2025年4月~26年度に試験操業を行いプロセス原理確認。

現行の高炉法と比較してCO2排出量を50％以上削減を達成する技術を実証。
©水素製鉄コンソーシアム

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2-① 水素だけで低品位の鉄鉱石を還元する直接水素還元技術の開発(直接水素還元技術の開発)

2030年までに、低品位の鉄鉱石を水素で直接還元する技術により、中規模直接還元炉(実炉の1/25～1/5規模)において、現行の高炉法と比較してCO2排出量を50％以上削減する技術を実証。

①要素技術開発および小規模試験シャフト炉（1t/hr）での検証試験②中規模直接還元炉（実炉の 1/25～1/5 規模）試験による実証実験

水素脱水
低品位
鉱石ペレット加熱

直接還元炉

直接還元鉄

発電
(CN電気)
大型電炉

・日本製鉄(株)波崎研究開発センターにおいて小規模試験シャフト炉（1t/hr）建設
2025年度試験開始予定
・JFEスチール(株)東日本製鉄所千葉地区において小型ベンチ試験炉建設 2024年度試験開始予定©水素製鉄コンソーシアム

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2-② 水素だけで低品位の鉄鉱石を還元する直接水素還元技術の開発(直接還元鉄を活用した電炉の不純物除去技術開発)

2030年までに、低品位の鉄鉱石の水素直接還元鉄を活用した電炉プロセスにおいて、自動車の外板等に使用可能な高級鋼を製造するため、大型電炉一貫プロセス（処理量約 300 トン規模）において、不純物（製品に影響を及ぼす成分）の濃度を高炉法並み（リン 150ppm 、 窒素 40ppm 以下）に制御する技術を実証。
①要素技術開発および小型試験電炉・炉外処理炉（処理量 3 トン ~10 トン規模）での検証②大型試験電炉・炉外処理炉（処理量約 300 トン規模）における実証実験

水素脱水
低品位
鉱石ペレット

加熱

直接還元炉

直接還元鉄,コークス等

発電(CN電気)
大型電炉

・日本製鉄(株)波崎研究開発ｾﾝﾀｰに小型試験電気炉(10t)建設2024年度試験開始：還元鉄高速溶解,精錬効率向上
・JFEスチール(株)東日本製鉄所千葉地区に小型試験電気炉(10t)建設2024年度試験開始：還元鉄予熱,炉内熱付与
・(株)神戸製鋼所高砂製作所において小型商用炉(20t)改造 2022年度試験開始：還元鉄溶解技術の開発※実施時期は全て予定©水素製鉄コンソーシアム

18複線的な取り組みの重要性
CN製鉄に向けて各プロセスともに優位性と問題点があり、複線的な技術開発が必要。
高炉法

電気炉法

高品位ペレット

コークス

焼結鉱

電力
副生ガス

熱風酸素

直接還元製鉄法

高炉

スクラップ
還元鉄

【カーボンの特性】
・1プロセスで還元・溶融実施
・CO還元(発熱反応)活用
・浸炭による溶融温度低下

還元
炉

副生ガス

天然ガス

改質炉
CO,H2

Fe 1500℃
溶銑

電炉

還元ペレット

溶融

電炉

優
位
性

生産性が高い既存設備を使用可能
低品位鉱石使用可能
高級鋼生産可能CO2排出量が少ない

100％水素還元が可能となればカーボンニュートラル実現可能問
題点・コークスをカーボンニュートラル還元材(水素、メタン等)に置換す
る必要あり
・CCUSの活用が不可欠
・水素還元時、炉内温度低下対策が必要(現時点で未確立)
・水素コストが高い

・生産性が低い・低品位原料による高級鋼製造困難
・スクラップのみでは鉄源不足
・カーボンニュートラル電源必要
・電力コストが高い(国内)・低品位鉱石の使用困難
・水素還元時、炉内温度低下対策が必要(現時点で未確立)
・水素コストが高い
・設備投資金額が高い

JFEグループ環境経営ビジョン2050

CO2排出量が少ない

https://www.jfe-holdings.co.jp/investor/zaimu/g-data/jfe/2020/2020-environmental-management-vision210525-01.pdf©水素製鉄コンソーシアム

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コンソーシアム結成の意味「製鉄プロセスにおける水素活用」プロジェクトは日本製鉄株式会社、JFEスチール株式会社、株式会社神戸製鋼所、一般財団法人金属系材料研究開発センター(JRCM)の4社からなる
水素製鉄コンソーシアムで開発を行う。(13研究機関と共同研究を行う。)
本コンソーシアムはカーボンニュートラル製鉄プロセスを実現することを目的とし、各社リソース(人材・設備・ノウハウ)を共同で活用することで、開発の促進を図る。

©水素製鉄コンソーシアム

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水素製鉄コンソーシアムについて

日本製鉄株式会社、JFEスチール株式会社、株式会社神戸製鋼所、一般財団法人 金属系材料研究開発センター（JRCM）の4社は水素製鉄コンソーシアムを結成し、グリーンイノベーション基金事業（GI基金事業）「製鉄プロセスにおける水素活用」プロジェクトに応募、21年12月24日に採択され、各社共同による技術開発をスタートしました。
本日（22年6月15日）、各社役員による第1回水素製鉄委員会を開催し、今後の技術開発において協力していくことを確認しました。
©水素製鉄コンソーシアム

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コンソーシアム一体の効率的ステアリング体制
効率的な開発・円滑な実装を目的として、コンソーシアムメンバー全体が参加するステアリング体制を構築します。具体的にはプロジェクトリーダー（日本製鉄）・副プロジェクトリーダー（JFEスチール）が主催する定期的な会議の開催により、技術交流を行います。

開発成果は各社役員が出席する水素製鉄委員会にて確認し、各社が必要に応じた経営資源を投入し、成果の最大化を図ります。

水素製鉄委員会

METI 分野別ワーキング（事業モニタリング）
NEDO 技術･社会実装推進委員会（事業モニタリング､ステージゲート審査）

研究開発推進委員会

会議主催者
水素製鉄委員長
NEDO・METI
プロジェクトリーダー
テーマリーダー

知財会議

開発進捗会議全体プロセス会議

企画運営会議テーマ会議(1-①)

テーマ会議(1-②)

テーマ会議(2-①)©水素製鉄コンソーシアム

対外報告会議テーマ会議(2-②)
22目次
日本鉄鋼業の現状
鉄鋼業におけるCO2削減のチャレンジ
GI基金事業「製鉄プロセスにおける水素活用」プロジェクトの概要

カーボンニュートラル製鉄実現への課題とまとめカーボンニュートラル製鉄実現への課題
カーボンニュートラル製鉄実現のためのコストアップ
巨額な研究開発費
2030年までに数千億円、2050年に向けては更に多額の開発費用が必要。
(グリーンイノベーション基金に加え、政府による研究開発支援が必要)
巨額な実機化投資
CN実現に向けた設備投資には鉄鋼全体で10兆円程度の投資が必要になると想定(実機投資に関する支援措置の創設）
グリーン水素・電力費用およびインフラ整備投資(海外とイコールフッティングになる産業用価格の設定)
カーボンニュートラル製鉄実現に必要な社会連携「環境と成長の好循環」を実現する国家戦略
国際競争におけるイコールフッティング確保による産業競争力の強化
ビジネスチャンスにつながる各種政策の一体的実現
社会全体でコスト負担するコンセンサスの形成
他産業連携の推進 等©水素製鉄コンソーシアム24

まとめ
水素製鉄コンソーシアム加盟の4社は各社リソース(人材･設備･ノウハウ)を共同で活用することで、本事業にかかわる技術開発・社会実装に向けた努力を続け、持続可能な社会の実現に貢献してまいります。
1.高炉を用いた水素還元技術の開発①所内水素を活用した水素還元技術等の開発
・日本製鉄(株)東日本製鉄所君津地区第二高炉において常温水素系ガス吹込み設備導入
2025年度下期実機検証開始予定②外部水素や高炉排ガスに含まれるCO2を活用した低炭素化技術等の開発

・日本製鉄(株)東日本製鉄所君津地区において試験高炉改造 2022年5月試験開始
・JFEスチール(株)東日本製鉄所千葉地区において小型カーボンリサイクル試験高炉(150m3規模)建設 2025年4月試験開始予定
2.水素だけで低品位の鉄鉱石を還元する直接水素還元技術の開発①直接水素還元技術の開発(このテーマのみ、日本製鉄、JFEスチール、JRCMの3社で実施)
・日本製鉄(株)波崎研究開発センターにおいて小規模試験シャフト炉(1t/hr)建設 2025年度試験開始予定
・JFEスチール(株)東日本製鉄所千葉地区において小型ベンチ試験炉建設 2024年度試験開始予定②直接還元鉄を活用した電炉の不純物除去技術開発
・日本製鉄(株)波崎研究開発センターにおいて小型試験電気炉(10t)建設 2024年度試験開始予定
・JFEスチール(株)東日本製鉄所千葉地区において小型試験電気炉(10t)建設 2024年度試験開始予定
・(株)神戸製鋼所高砂製作所において小型商用炉(20t)改造 2022年度試験開始予定©水素製鉄コンソーシアム

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