Future Technology

水素時代の鉄づくり
ゼロカーボン・スチールへの挑戦

水素時代の到来で鉄づくりも進化を遂げようとしています。水素を活用して製鉄プロセスの CO2 排出量を約 30％削減する技術「COURSE50（コース 50）」の実証実験が、新日鉄住金君津製鉄所（千葉県君津市）
構内の試験高炉を中心に行われています。地球規模でさらなる CO2 削減が望まれているなか、新日鉄住金はCOURSE50 プロジェクトの推進役として、革新的な技術開発にチャレンジしています。

左から COURSE50 の試験高炉と CO2 分離・回収装置（新日鉄住金君津製鉄所構内） © 国立研究開発法人 新エネルギー・産業技術総合開発機構（NEDO）

COURSE50

地球温暖化を防ぐためのイノベーション

50のつのエコ を 推 進 す社で取り組んでいます。現在稼働している製所、日新製鋼（株）、新日鉄住金エンジニアリング（株）

住金をはじめJFE スチール
（株）
、
（株）
神戸製鋼

「環境調和型プロセス技術の開発」として、新日鉄開発機構（NEDO ）の委託研究開発プロジェクト

50％削減を目標に30抑制の鍵を握っているのが水素なのです。

指しています。そのなかで高炉からのCO 2排出術を確立し、2050 年までの実用化・普及を目掲げています。2030 年ごろまでにこれらの技ことによって、CO 2排出量約ガスからCO 2を分離・回収する技術を開発する

高炉からのCO 2排出量を抑制する技術と、高炉鉄所の既存インフラを最大限活用することを前提に、

522

季刊 新日鉄住金

Vol.25地球温暖化対策の一つに、CO 2排出量の削減が あ り ま す。新 日 鉄 住 金 は、生 産 活 動・製 造 工

程での環境負荷を低減するため、限りあるエネルギーを、すべてのプロセスで無駄なく利用する努力 を続けています。1970 年 代 以 降、世界に先 駆 けて省エネル ギー 化 技 術 やエネル ギー回 収技術の向上に取り組んできました。その結果、現在では世界最高水準のエネルギー効率を誇る「エをつくるときだけでなく、使うときのCO 2排出コプロセス」を実現しています。さらに鉄鋼製品量削減に貢献する「エコプロダクツ ®」や、世界最高 水 準 の 環 境・省 エ ネ 技 術 を 国 内 外 に 普 及 さ せる「エ コ ソ リ ュ ー シ ョン」のることで地球規模でのCO 2排出量削減に貢献す発が求められました。そこで取り組んでいるのがた め に は、中 長 期 的 な 観 点 か ら 革 新 的 な 技 術 開た。こうしたなか、さらなるCO 2排出量削減のることで、低炭素社会の実現に取り組んできまし3

COURSE プロジェクトです。
COURSE は新エネルギー・産業技術総合

製鉄プロセスの CO2 排出量約 30％削減を目指す

水素活用還元技術
H2O が発生鉄

コークス炉ガス中のタールを改質して水素濃度を高めたガス

CO2 の発生量を大幅に削減

改質コークス炉ガス

Fe OFeH HO
鉄鉱石

CO は C が燃焼して生成

22

水素＋酸素
鉄3

水素H2
鉄

還元ガスに水素を使う

そもそも鉄をつくるとき、なぜCO 2が発生するのでしょうか。そして水素がなぜCO 2排出抑制の鍵となり得るのでしょうか。それは鉄の原料である鉄鉱石が、酸素と結びついた酸化鉄として存在するため、鉄鉱石から鉄（銑鉄）を 生み 出 す ために、鉄鉱石中の酸素を除去（還元）する 必 要 が あるからです。

高炉を持つ一貫製鉄所では、現在、還元材に石炭を蒸し焼きにして炭素濃度を高めたコークスが使われています。そのコークスと焼結鉱（粉状の鉄鉱石に石灰石を混ぜて一定の大きさに焼き固めた原料）を、高炉上部から入れ、下部にある羽口から熱風でコークスを燃焼させると還元ガスが発生し、約1000 〜1200 ℃の熱風を吹き込みます。

高炉下部は2000 ℃を超えます。高温の還元ガスが激しい上昇気流となって炉内を吹き昇り、焼結鉱を溶かしながら鉄鉱石中の酸素を奪い取ることで、鉄（銑 鉄）が生まれます。この ダイナミックな還元反応中に、還元ガスに含まれる一酸化炭素（CO ）と、鉄鉱石に含まれていた酸素（O ）が結びつき、CO 2が発生します。
COURSE ではコークスの還元材としての高炉からの CO2 排出を減らすが発生します。還元材にコークスだけでなく水素（O ）が結びつくため、CO 2ではなく水蒸気（H 2O）

炉 内 の 還 元 反 応で は 水 素（H 2）と 鉄 鉱 石 中の 酸 素のコークス炉ガス中の水素源を高炉に吹き込みます。

メタン（CH 4）と多くの水素が含まれています。ことき、そこから排出されるコークス炉ガスの中に出量を減らそうとしています。コークスをつくる役割の一部を水素に代替させ、高炉からのCO 2排50能になるのです。

も使うことで、従来よりCO 2を減らすことが可Vol.25

季刊 新日鉄住金

23

CO2 が発生

Fe

▲

鉄鉱石

CO＋H2H H

222 CO＋H で還元
高濃度な水素を含む改質コークス炉ガスを用いて、鉄鉱石を還元

OC O

高炉の中に鉄鉱石を投入

Fe O

従来法では還元時、CO2 が発生するが、水素による還元では、水素と酸素が結合し、水（H2O）が発生

水素還元

高炉

1C O

CO2 削減が実現 !

3 CO ＋ H O
1 鉄鉱石＋C
水素還元を用いた製鉄のプロセス
従来方法（CO 還元）の英文名称の略称「CO2 Ultimate Reduction System for Cool Earth 50」

COURSE50 は高炉からの CO2 排出量を抑制する技術（水素活用還元技術）と、CO2 分離・回収技術で構成されています。

COURSE50

この 2 つの技術開発によって、製鉄プロセスの CO2 排出量を従来よりも約 30％削減することを目指しています。

原理原則を極めて精度を高める
COURSE プロジェクトは2008 〜年度のフェーズ S| TEP1 で、水素による鉄鉱石還元と高炉ガスからのCO 2分離・回収の要素技術を開発しました。そしてSTEP1 の要素技術の開発成果と課題を踏まえ、2013 〜 年度
CO 2分離・S| TEP2 で水素還元と12

その舞台となったのが、新日鉄住金の君津製鉄所㎥と、実際に操業してい構内に建設された試験高炉とCO 2分離・回収装置です。
「試験高炉の炉容積はる高炉の500 分の の規模に過ぎませんが、実

12

新日鉄住金
（株）技術開発本部
技術開発企画部％目標を達成できました」（新日鉄住金・宇←削減

結果、2018 年には試験高炉からのCO 2排出操業・設計技術の精度を高めていきました。その応制御の原理原則を明らかにすることで、高炉のました。こうして水素による還元メカニズムと反の研究者と連携して現象の本質に迫る解析を行いすれば最適なのかを追究するため、技術開発本部

CO 2削減を実現するためには、どのように運転応は刻々と変化します。その小さな変化も見逃さず、などを駆使して試験高炉を管理しました。還元反鉄所の現場経験を積んだ熟練技術者が、センサー炉と同じ操業体制で試験操業を実施しました。製

1

CO2 分離・回収技術

産業用途への活用が始まる

1化 す る 技 術 の 開 発 に よ っ て、回 収 コ ス ト を 下 げ

新 し い 吸 収 液・プ ロ セ ス の 開 発 と、装 置 を 最 小題 で し た。し か し 消 費 エ ネ ル ギ ー を 最 小 化 す る

こ と か ら、回 収 コ ス ト が 高 く な る こ と な ど が 課

従来法では加熱に多大なエネルギーを使用する熱することでCO 2を分離・回収する仕組みです。

液（化学吸収液）にCO 2を吸収させ、吸収液を加ちの一つである、化学吸収法はアルカリ性の反応

回 収 す る 技 術 開 発 に も 取 り 組 み ま し た。そ の う

一 方、高 炉 ガ ス か ら 発 生 し たC O 2を 分 離・2030 年 号機完成、2050 年実用化に向けて© エア・ウォーター炭酸（株）ることに成功しました。

←24

季刊 新日鉄住金

Vol.2550Ⅰ

回収を統合した総合技術の開発に取り組みました。のフェーズ
Ⅰ

治澤優上席主幹）®

（ESCAPは新日鉄住金エンジニアリング株式会社の登録商標です）の英文名称の略称「Energy Saving CO2 Absorption Process」

ESCAP

17

宇治澤 優 上席主幹

10

COURSE50 の CO2 分離・回収技術を基に、新日鉄住金エンジニアリング（株）の独自技術を加えて産業用途に商品化した ESCAP® が、エア・ウォーター炭酸（株）室蘭工場や住友共同電力（株）
新居浜西火力発電所で実用化されています。

そしてCOURSE

回収技術の産業用途への活用が始まっています。

50で開発したCO 2分離・新日鉄住金エンジニアリング（株）が、プロセス技号1術を加えることによって、省エネ型CO 2回収設

備「ESCAP ®」を商品化しました。商業機は新日鉄住金室蘭製鉄所（北海道室蘭市）
構内に建設されたエア・ウォーター炭酸（株）
室蘭工場で、2炭酸ガスとドライアイスを製造しています。さらに商業 号機は住友共同電力（株）新居浜西火力発電所（愛媛県新居浜市）構内に建設され、石炭火力発電の燃焼排ガスに含まれるCO 2を分離・回収して炭酸ガスを生産し、住友化学（株）
愛媛工場（同）

年の取り組みで計画どおり水素還元610へ供給されています。

％減らす技術の成果が確認できました。

30「過 去とC O 2の 分 離・回 収 を 組 み 合 わ せ、C O 2排出量をいよ実炉へのスケールアップに挑戦していきます。

プ ロ ジ ェ ク ト は、C O 2 貯 留50

2018 年 月からはフェーズⅡに入り、いよCOURSE号機の導入、2050 年までの実用化・普に関するインフラ整備と実機化に経済合理性がに確保されることを前提に、2030 年ごろまで荒木 恭一 部長及に向けて、これからも全力を尽くしていきます」（新日鉄住金・荒木恭一部長）

新日鉄住金
（株）
製銑技術部

12100 年 CO2 ゼロを目指して COURSE50は夢の実現に向けた第一歩
日本鉄鋼連盟の長期温暖化対策シナリオにおける CO2 排出量の推定（t-CO2/t-粗鋼）

成り行きシナリオ

2.50

粗鋼 ｔ当たりの製造時ＣＯ 排出量

12

2.00
1.97
1.50

1.00

0.50

0.00
2015

先端省エネルギー技術
最大導入シナリオ

1.84

1.67

1.69

1.32
1.23

超革新技術シナリオ

水素還元製鉄CCS（CO2貯留）・CCU（CO2利用）
電源ゼロエミッション化

1.05
0.97

低位ケース

0.98

0.61

高位ケース
2050現在開発中の革新技術（COURSE50（水 素 還 元 部が、2030 年以降 2050 年

0.25

2030

革新技術
最大導入シナリオ分）、フェロコークスなど）

中位ケースまでに最大導入され、天然2100（年）資源ルートにおける CO2原単位が 10％改善される。

日本鉄鋼連盟は 2018 年秋、「長期温暖化対策ビジョン ゼロカー

鉄鋼材料はその優れた特性のため、最終製品の寿命が終わっボン・スチールへの挑戦」を策定しました。2100 年までに鉄鋼たあとも、ほとんどがスクラップとして回収され、再びさまざ業の CO2 排出量をゼロにするための方向性を示したものです。

まな新しい鉄鋼製品に生まれ変わって社会にどんどん蓄積され、その壮大な目標実現のために欠かせない革新技術の 1 つとして、スクラップ供給もそれに応じて将来にわたり増えていきます。

COURSE50 が位置付けられています。

251.40

しかし 2100 年でも鋼材需要をスクラップだけで満たすことは21 世紀末に、国連提唱の SDGs（持続可能な開発目標）が達できず、鉄鋼の社会蓄積を拡大していくためには、ほぼ現在並成され、経済成長とともに貧困や格差が解消され、世界全体がみの量の鉄を天然資源から引き続き生産していく必要があります。

現在の先進国並みの豊かさを享受できるようになると仮定すると、こうしたなか、COURSE50 の水素還元や電力のゼロ炭素社会で使われ、蓄積される鉄鋼の量は増えていきます。例えば化などが最大導入されると、2060 年には日本の鉄鋼業全体

日本も 1958 年の 1 人当たりの鉄鋼蓄積は 1t に過ぎませんでしで CO2 排出量を 30％削減できる見込みです。しかし 2100

たが、2003 年に 10t を超えました（15 年 10.7t）。このように年までに CO2 排出量ゼロを実現するためには、高炉を用いな経済成長と鉄鋼蓄積は一定の相関があるため、2100 年に世界い水素還元製鉄法という超革新技術の開発が求められます。

全体の 1 人当たりの鉄鋼蓄積が 10t（2015 年 4.0t）に達すると仮COURSE50 は、ゼロカーボン・スチールという壮大な夢の実現

定すると、世界で年間 37.9 億 t の粗鋼生産が必要と予測されます。に向けた第一歩なのです。

季刊 新日鉄住金

Vol.25