グリーンイノベーション基金事業、「製造分野における熱プロセスの脱炭素化」に着手
―カーボンニュートラル対応工業炉の開発と社会実装、製造業の国際競争力強化へ―
2023年8月9日
NEDO（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はグリーンイノベーション基金事業の一環として、「2050年カーボンニュートラル」の実現を目指し、「製造分野における熱プロセスの脱炭素化」プロジェクト（予算総額304.1億円）に着手します。カーボンニュートラル対応型の工業炉に必要となる燃焼技術、燃焼炉から電気炉への転換を進めるために不可欠な電気炉の受電容量低減・高効率化技術などの確立と、これらの社会実装に向けたテーマに取り組みます。
具体的には、「カーボンニュートラル対応工業炉に関する共通基盤技術の開発」、「金属製品を取り扱うアンモニア燃焼工業炉の技術確立」、「金属製品を取り扱う水素燃焼工業炉の技術確立」、「電気炉の受電設備容量等の低減・高効率化に関する技術の確立」の研究開発・実証を行います。
NEDOは本事業を通じて、カーボンニュートラル対応型の工業炉の開発と社会実装により、脱炭素社会の実現に貢献するとともに、日本の製造業の国際競争力強化を目指します。
1．グリーンイノベーション基金事業について
日本政府は2020年10月に「2050年カーボンニュートラル」を宣言し、2050年までに温室効果ガスの排出量を全体としてゼロにする目標を掲げました。この目標は従来の政府方針を大幅に前倒しするものであり、実現するにはエネルギー・産業部門の構造転換や大胆な投資によるイノベーションなど現行の取り組みを大きく加速させる必要があります。このため、経済産業省はNEDO（国立研究開発法人新エネルギー・産業技術総合開発機構）に総額2兆円の基金を造成し、官民で野心的かつ具体的な目標を共有した上で、これに経営課題として取り組む企業などを研究開発・実証から社会実装まで10年間継続して支援するグリーンイノベーション基金事業を立ち上げました。本基金事業はグリーン成長戦略※1で実行計画を策定している重点分野を支援対象としています。また、本基金には、令和4年度第2次補正予算により3000億円が積み増しされており、令和5年度当初予算により4564億円が積み増しされます。
なお、NEDOは本基金事業の取り組みや関連技術の動向などをわかりやすく伝えていくことを目指し、「グリーンイノベーション基金事業 特設サイト※2」を公開しています。
2．本プロジェクトの概要
日本の産業における二酸化炭素（CO2）排出量のうち、約3割を製造業が占めています。中でも金属を加熱する熱プロセスに用いられる工業炉から多くのCO2が排出されていることから、製造分野における熱プロセスの脱炭素化は喫緊の課題となっています。熱プロセスに用いられる工業炉は大別すると、燃料を燃焼させて加熱する「燃焼炉」と、電気で加熱する「電気炉」の2種類です。
このうち燃焼炉は、化石燃料である天然ガスなどが燃料となるため、脱炭素化に向けて、燃焼時にCO2を排出しないアンモニアや水素などの代替燃料の活用が期待されていますが、金属製品に対する窒化や水素脆化などの化学変化を抑制しつつ、燃焼安定性、窒素酸化物（NOx）低減などを実現する燃焼技術の確立が課題となります。
一方、加熱時にCO2を排出しない電気炉は、脱炭素化の実現に向けて有力な選択肢と言えますが、燃焼炉から電気炉への転換に際して特別高圧電力の契約や受電設備の設置などの課題があります。経済性や効率性といった電気炉の特性を踏まえると、燃焼炉の選択肢も確立しておくとともに、電気炉の小型化・省エネルギー化などを進めることが重要となります。
このような背景の下、NEDOは経済産業省が策定した研究開発・社会実装計画※3に基づき、このたび「製造分野における熱プロセスの脱炭素化」プロジェクトの公募を行い、四つの研究開発項目について1件のコンソーシアムを実施予定先※4として採択決定しました。
3．事業内容
「2050年カーボンニュートラル」の実現を目指し、将来的にゼロエミッション燃料の供給基盤が確立されることを見据えて、アンモニア・水素に対応した燃焼炉の技術開発と、燃焼炉から電気炉への転換を進める上で不可欠な電気炉の受電容量の最小化・高効率化技術開発を進めていくため、以下のテーマに取り組みます。
- 事業名：グリーンイノベーション基金事業／製造分野における熱プロセスの脱炭素化
- 予算：304.1億円（NEDO支援規模）
- 実施期間：2023年度～2031年度（予定）※一部の実施内容は2028年度まで
テーマごとにステージゲート審査を実施します。
実施テーマ：
【研究開発項目1】カーボンニュートラル対応工業炉に関する共通基盤技術の開発
2026年度までに、以下の研究開発項目2～4に掲げる研究開発の目標の達成に必要な共通基盤技術を確立し、各研究開発の目標達成時（2031年度）までに本成果が用いられることを目標とします。具体的には、アンモニア・水素燃焼による金属製品の品質、NOx排出量、燃焼安定性・制御精度、長期運転安定性などの項目について、既存の工業炉と同一水準以上とするために必要な基盤技術を開発します。さらに、当該技術を既存の工業炉に適用する場合の影響予測や最適な設計、運用の効率化を実現する汎用（はんよう）的なシミュレーション技術やデジタルツイン技術※5、アンモニア・水素燃焼技術と電気加熱を組み合わせたハイブリッド運転技術などの確立に必要な基盤技術を開発します。
【研究開発項目2】金属製品を取り扱うアンモニア燃焼工業炉の技術確立
［1］天然ガスなどの既存燃料とアンモニアとの50％混焼工業炉を確立（2031年度まで）
金属製品の品質やNOx排出量、燃焼安定性・制御精度、長期運転安定性などの項目で、既存の工業炉と同一水準以上となるアンモニア50％混焼工業炉を開発します。さらに、当該技術を既存の工業炉に適用する場合の影響予測や最適な設計、運用の効率化を実現する汎用的なシミュレーション技術やデジタルツイン技術などを確立します。
［2］アンモニア専焼技術の実証試験を実施（2031年度まで）
既存の工業炉と同一水準以上の金属製品の品質、NOx排出量、燃焼安定性・制御精度、長期運転安定性などを実現したアンモニア燃料の100％専焼技術を開発します。さらに、システムモデルまたは実機の数分の一程度のスケールを想定したプロトタイプでの実証試験を実施します。
【研究開発項目3】金属製品を取り扱う水素燃焼工業炉の技術確立
［1］天然ガスなどの既存燃料と水素との50％混焼工業炉を確立（2031年度まで）
金属製品の品質、NOx排出量、燃焼安定性・制御精度、長期運転安定性などの項目で、既存の工業炉と同一水準以上となる水素50％混焼工業炉を開発します。さらに、当該技術を既存の工業炉に適用する場合の影響予測や最適な設計、運用の効率化を実現する汎用的なシミュレーション技術やデジタルツイン技術などを確立します。
［2］水素専焼技術の実証試験を実施（2031年度まで）
既存の工業炉と同一水準以上の金属製品の品質、NOx排出量、燃焼安定性・制御精度、長期運転安定性などを実現した水素100％専焼技術を開発します。さらに、システムモデルまたは実機の数分の一程度のスケールを想定したプロトタイプでの実証試験を実施します。
【研究開発項目4】電気炉の受電設備容量等の低減・高効率化に関する技術の確立
［1］ハイブリッド運転技術などの確立による省エネルギー化（2031年度まで）
アンモニア・水素燃焼技術と電気加熱を組み合わせたハイブリッド運転技術や、汎用的な熱プロセスのシミュレーション技術やデジタルツイン技術などの確立を通じて、燃焼炉を既存の電気炉に置き換えた場合に比べて、ピーク電力消費量および受電設備容量を30％以上削減する技術を確立します。
［2］電気炉の省エネルギー化（2028年度まで）
電気炉の廃熱利活用技術や高出力ヒーター、抵抗体の劣化防止・長寿命化技術などの確立を通じて、既存の電気炉に比べて、15％以上の省エネルギー技術を確立します。
事業テーマの詳細と実施予定先は、以下の実施予定先一覧と事業概要資料をご覧ください。
【注釈】
- ※1 グリーン成長戦略
- 日本政府が掲げる「2050年カーボンニュートラル」への挑戦を、経済と環境の好循環につなげるための産業政策として、2021年6月18日に経済産業省が関係省庁と連携して「2050年カーボンニュートラルに伴うグリーン成長戦略」を策定しました。
- ※2 グリーンイノベーション基金事業 特設サイト
グリーンイノベーション基金事業 特設サイト- ※3 研究開発・社会実装計画
- グリーンイノベーション基金の適切かつ効率的な執行に向けて、経済産業省においてグリーンイノベーション基金で実施する「製造分野における熱プロセスの脱炭素化」プロジェクトの内容を「
研究開発・社会実装計画」として策定しました。 - ※4 実施予定先
- 実施予定先が採択条件を満たさない場合は不採択扱いとなる場合があります。
- ※5 デジタルツイン技術
- 現実世界から収集した情報をもとに、デジタル空間上で現実世界の双子のように同じ環境を再現する技術のことです。
4．問い合わせ先
（本ニュースリリースの内容についての問い合わせ先）
NEDO 省エネルギー部 「製造分野における熱プロセスの脱炭素化」プロジェクト事務局
TEL：044-520-5281 E-mail：gi-thermal-process[*]ml.nedo.go.jp
（グリーンイノベーション基金事業全体についての問い合わせ先）
NEDO グリーンイノベーション基金事業統括室 担当：木場、井上、茂手木、笠原
E-mail：green-innovation[*]nedo.go.jp
（その他NEDO事業についての一般的な問い合わせ先）
NEDO 広報部 担当：瀧川、坂本（信）、黒川、根本
TEL：044-520-5151 E-mail：nedo_press[*]ml.nedo.go.jp
E-mailは上記アドレスの[*]を@に変えて使用してください。
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