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グリーンイノベーション基金事業、製鉄プロセスでの水素活用プロジェクトに着手
―製鉄プロセスからCO2排出量の50%以上を削減可能な技術を開発―

2022年1月7日
国立研究開発法人新エネルギー・産業技術総合開発機構
理事長 石塚博昭

NEDOは、グリーンイノベーション基金事業の一環として、製造過程でCO2を多く排出する鉄鋼業の脱炭素化へ向け、「製鉄プロセスにおける水素活用プロジェクト」(予算総額1935億円)に着手します。高炉でより多くの水素を活用する技術や直接還元炉で低品位鉄鉱石を活用できる水素還元技術など、製鉄プロセス全体から化石燃料の使用量を削減し、CO2排出量を2030年までに50%以上削減可能にする技術の開発を目指します。

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)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。

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※1」を公開しています。

2.本プロジェクトの背景

本基金事業は、グリーン成長戦略※2で実行計画を策定した重点分野であり、政策効果が大きく、社会実装までを見据えて長期間の継続支援が必要な領域に重点化して支援することとしており、その一つとして「製鉄プロセスにおける水素活用」が挙げられています。社会の基盤となる製品の材料を供給する鉄鋼業は、製造過程で日本の産業部門全体の40%ものCO2を排出することが課題となっています。ただ、現在日本の製鉄所で広く用いられている、主にコークス(石炭)を使って鉄鉱石を還元し鉄鋼を製造する「高炉法」では、CO2の発生が避けられませんでした。

このような背景のもと、NEDOはこれまで、コークスのかわりに水素を使って鉄鉱石を還元することでCO2排出を抑制し、さらにCO2を分離・回収することで製鉄所からのCO2排出量を約30%削減する技術の確立を目指して「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※3」に取り組んできました。その結果、すでに試験高炉(容積12m3、実高炉の約400分の1規模)での実証試験においてCO2排出量30%削減を可能とする技術の確立にめどが立っています。しかし、本技術を国内の製鉄所へ導入するためには実高炉での検証が必要であり、加えて2050年カーボンニュートラルの実現にはさらに高炉からのCO2排出量を削減する努力が欠かせません。

一方、高炉法よりもCO2排出を抑制できる製鉄方法として、天然ガスを用いて鉄鉱石を還元し、電炉などで溶解する「直接還元法」がありますが、天然ガスも化石燃料であるため、CO2排出は避けられません。天然ガスのかわりに水素を使って鉄鉱石を還元できればCO2排出のさらなる抑制が期待できますが、実用化されていませんでした。また、電炉は高炉に比べて不純物を除去することが難しいため、不純物が多く含まれる低品位の鉄鉱石が使えないなど原料の制約がありました。

これらの課題を解決し社会実装につなげるため、NEDOは経済産業省が策定した研究開発・社会実装計画※4に基づき、このたびグリーンイノベーション基金事業の一環として「製鉄プロセスにおける水素活用プロジェクト※5」の公募を行い、4テーマを採択しました。

3.事業内容

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、高炉法への水素還元技術(高炉水素還元技術)と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)を確立することで、製鉄プロセス全体から化石燃料の使用量を削減し、2030年までにCO2排出量をそれぞれ50%以上削減する技術の開発を目指します。

  • 名:グリーンイノベーション基金事業/製鉄プロセスにおける水素活用プロジェクト
  • 間:2021年度~2030年度(予定)
  • 算:1935億円
  • 実施テーマ:
    • 【研究開発項目1】高炉を用いた水素還元技術の開発
      研究開発内容(1)所内水素を活用した水素還元技術等の開発
    • ●「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」の試験高炉での成果を踏まえ、実高炉(5000m3級)の改造を行い、常温水素系ガスの吹き込み試験などを行います。スケールアップによる反応条件の変化やCO2削減効果を検証し、国内の製鉄所に導入するための技術開発を行います。
    • 研究開発内容(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
    • ●水素の投入量を大幅に増やすことによる大規模な水素還元技術や、高炉排ガスに含まれるCO2からのメタン生成とその還元剤としての活用、原料の一部としてのバイオマスや還元鉄の活用などによって、高炉から排出されるCO2を50%以上削減する技術の開発を目指します。具体的には試験高炉や数学モデルを用いた基本原理の検証や実用化に向けた昇温設備の開発、中規模試験高炉(500m3級以上)での要素技術の検証、操業安定化に向けた技術の確立などを行います。
    • 【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
      研究開発内容(1)直接水素還元技術の開発
    • ●低品位鉄鉱石を活用した直接還元法において、天然ガスの代わりに水素を利用することで、現行の高炉法と比較して、直接還元炉からのCO2排出量を50%以上削減できる技術の開発を目指します。具体的には、小規模試験炉(実炉の250分の1~150分の1規模)において要素技術開発を行った後、中規模直接還元炉(実炉の25分の1~5分の1規模)を製作して実証試験を実施します。
    • 研究開発内容(2)直接還元鉄を活用した電炉の不純物除去技術開発
    • ●低品位鉄鉱石を利用して、電炉において不純物を除去する技術を開発し、高級鋼を大量生産するための技術開発を行います。具体的には電炉での溶鋼においてリンを0.015%以下、窒素を40ppm以下とするため小型試験電炉(処理量3トン~10トン規模)での要素技術開発を行った後、大型試験電炉(処理量約300トン規模)を製作して実証試験を実施します。

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 グリーンイノベーション基金事業 特設サイト
別ウィンドウが開きます グリーンイノベーション基金事業 特設サイト
※2 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。
※3 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
プロジェクト概要:サイト内リンク 環境調和型プロセス技術の開発
※4 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正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「製鉄プロセスにおける水素活用」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。
別ウィンドウが開きます 「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・社会実装計画を策定しました
※5 製鉄プロセスにおける水素活用プロジェクト
プロジェクト概要:別ウィンドウが開きます 製鉄プロセスにおける水素活用

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 環境部 担当:下村、今井(渉)、二関、阿部(正)、在間
TEL:044-520-5293 E-mail:cct.projects@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:井上、堀、茂手木
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:鈴木、橋本、根本、坂本
TEL:044-520-5151­ E-mail:nedo_press@ml.nedo.go.jp

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