製鉄プロセスにおける水素活用

製鉄プロセスにおける水素活用

プロジェクト概要

鉄鋼は、自動車、新幹線、PC、スマートフォン、住宅、日用品から宇宙船に至るまで、人々の生活を支えるあらゆる製品に使われており、鉄鋼業は、あらゆる産業の基盤の役割を果たしています。

2050年のカーボンニュートラル社会においても、自動車や各インフラ、電子電気機器等で大きな需要が見込まれていますが、製造過程でCO2 を多く排出することが課題となっています。現在、鉄鋼業のCO2排出量は産業部門全体の 40%を占めています。

鉄鋼の製造にあたっては、古来より炭素(木炭や石炭)を用いて鉄鉱石を還元する方法が主に用いられてきましたが、この方法ではCO2の発生が避けられないため、CO2の排出を削減するためには、原料や還元剤として石炭を使用することから脱却するという、製鉄プロセスの抜本的な転換が求められています。このため、鉄鉱石の還元に「炭素」ではなく「水素」を用いる水素還元製鉄の研究が世界各国で進められていますが、未だ実用化はされておりません。

そこで本プロジェクトでは、製鉄プロセスにおけるカーボンニュートラルの実現に向けて、現在の高炉への水素還元技術の適用(高炉水素還元技術)や水素で低品位の鉄鉱石を直接還元する技術(直接水素還元技術)の確立により、製鉄プロセスにおいて排出するCO2 の50%以上の削減達成を目指します。

プロジェクトの特徴

〇高炉を用いた水素還元技術の開発

現在普及している高炉システムを生かして、水素の大量吹込みによる大規模な高炉水素還元技術や高炉排ガスに含まれるCO2の還元剤等への利活技術等の開発を実施します。

〇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

直接水素還元炉-電炉一貫プロセスにおける低品位の鉄鉱石からの高級鋼の製造を実現するため、直接水素還元炉の技術開発や電炉において不純物濃度を高炉法並みに制御する技術開発等を実施します。

プロジェクトサマリー

■予算額

上限1,935億円

■CO2の削減効果

2030年
200万トン/年(国内)
2050年
13億トン/年(世界)

■経済波及効果(世界市場)

2030年
3,200億円/年
2050年
40兆円/年

■研究開発目標

1. 高炉法において、製鉄プロセスからCO2を50%以上削減する水素還元技術の確立

2-1. 直接還元法において、現行の高炉法と比較してCO2を50%以上削減する直接水素還元技術の確立

2-2. 電炉法において、不純物の濃度を高炉法並みに制御する技術の確立

【CO2削減効果の前提条件】

  • 2030年までにCOURSE50技術の国内の製鉄所への導入が実現
  • 国際エネルギー機関(IEA)が2020年に公表した鉄鋼技術ロードマップで示すように、2050年時点で水素還元製鉄やCCUS技術を始めとした革新的製鉄技術が世界的に普及

【経済波及効果の算定の考え方】

  • COURSE50技術を活用した国内の製鉄所から作られる予想年間鉄鋼生産量からの試算 (2030年)
  • IEAが公表したエネルギー技術見通し2020における、2050年時点のグリーンスチール(水素還元技術、CCUS技術による製鉄)の最大生産量から算出

出所)研究開発・社会実装計画

プロジェクト実施者

【研究開発項目 1】高炉を用いた水素還元技術の開発

テーマ事業者
所内水素を活用した水素還元技術等の開発
  • 幹事日本製鉄株式会社
  • 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
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
  • 幹事日本製鉄株式会社
  • 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

【研究開発項目 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

テーマ事業者
直接水素還元技術の開発
  • 幹事日本製鉄株式会社
  • JFE スチール株式会社
  • 一般財団法人金属系材料研究開発センター
直接還元鉄を活用した電炉の不純物除去技術開発
  • 幹事日本製鉄株式会社
  • 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