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摘要：作为绿色创新基金项目的一环，NEDO着手开展“炼铁工艺中的氢能利用项目”，以实现在制造过程中排放大量CO₂的钢铁业的脱碳化。NEDO的目标是开发可削减整个炼铁工艺中的化石燃料使用量，并到2030年可削减CO2排放量50%以上的技术，包括在高炉中利用更多氢的技术、在直接还原炉中利用低品位铁矿石的氢还原技术等。

关键字：炼铁工艺中的氢能利用、直接还原法、氢还原技术、低碳化技术、碳中和

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绿色创新基金项目

日本政府于去年10月宣布“2050年碳中和”，提出到2050年实现温室气体净零排放的目标。要实现该目标，需要大幅加快现行举措的落地，包括能源部门的结构转换以及大胆投资的创新。因此，日本经济产业省为国立研发法人新能源产业技术综合开发机构（NEDO）划拨总额2兆日元（约1280亿人民币）的基金，成立了绿色创新基金项目，对以“2050年碳中和”为经营目标的企业提供从实证到实际应用的最长达10年的扶持。

此外，NEDO还公开了“绿色创新基金项目特设网站”，旨在以简单明了的方式公示本基金项目的措施以及相关技术的动向等。

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项目背景

该基金项目将重点支持在绿色增长战略中制定了实施计划的重要领域，重点关注政策效果显著、需要长期扶持以确保社会实施的领域，其中之一便是“炼铁工艺中的氢能利用”。钢铁制造过程中排放的CO₂占日本整个工业领域的40%。但是，目前日本的钢铁厂广泛采用使用焦炭（煤炭）还原铁矿石炼铁的“高炉法”，此方法无法避免CO₂排放。

针对于此，NEDO一直致力于《环境友好型工艺技术的开发/氢还原等工艺技术的开发》，目标是通过利用氢代替焦炭来还原铁矿石，从而抑制CO₂的排放，并通过分离、回收CO₂，削减约30%由钢铁厂排放的CO₂。

到目前为止，已在试验高炉（容积12m³，规模相当于实际高炉的约1/400）的实证试验中，确立了有望达成这一目标的技术。但要将该技术应用于日本的钢铁厂，还需在实际高炉中进行验证，另外，要实现2050年碳中和，还需进一步削减高炉的CO₂排放量。

另一方面，“直接还原法”与高炉法相比，是可有效抑制CO₂排放的炼铁法，其使用天然气还原铁矿石，再使用电炉等进行熔融。但是，天然气也属于化石燃料，因此该方法也无法避免CO₂的排放。如果能够使用氢代替天然气来还原铁矿石的话，有望进一步抑制CO₂的排放，但目前该方法还未实现实用化。此外，与高炉相比，电炉难以除去杂质，因此对原料有限制，例如不能使用含有大量杂质的低品位铁矿石等。

为解决以上课题并实现实用化，NEDO基于日本经济产业省制定的研发与社会应用计划，公开征集《炼铁工艺中的氢能利用项目》作为绿色创新基金项目的一环，并通过了以下4个主题。

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项目内容

在本项目中，为实现炼铁工艺的碳中和，通过确立高炉法中的氢还原技术以及利用氢直接还原低品位铁矿石的技术（直接氢还原技术），旨在削减整个炼铁工艺中的化石燃料使用量，并到2030年将CO₂排放量削减50%以上。

项目名称：绿色创新基金项目/炼铁工艺中的氢能利用项目

实施期间：2021年度～2030年度（暂定）

预算：1935亿日元（约123.8亿人民币）

实施主题：

【研发项目1】开发利用高炉的氢还原技术

研发内容（1）开发利用自产氢的氢还原技术等

●基于《环境友好型工艺技术的开发/氢还原等工艺技术的开发》在试验高炉方面的成果，对实际高炉（5000m³级别）进行改造，并通入常温含氢气体进行试验等。验证规模化引起的反应条件变化和CO₂削减效果，进行技术开发以将氢引入日本的钢铁厂。

研发内容（2）开发利用外部氢和高炉废气中的CO₂的低碳化技术等

●目标是通过大幅增加氢的投入量实现大规模氢还原；利用高炉废气中的CO₂生成甲烷并用作还原剂；利用生物质和还原铁作为部分原料等，从而将高炉排放的CO₂削减50%以上。具体而言，利用试验高炉和数学模型验证基本原理；开发用于实用化的升温设备；在中等规模试验高炉（500m³以上）中验证基础技术；以及确立用于稳定操作的技术等。

【研发项目2】开发仅利用氢还原低品位铁矿石的直接氢还原技术

研发内容（1）开发直接氢还原技术

●目标是在利用低品位铁矿石的直接还原法中使用氢代替天然气，开发与现有高炉法相比，能够将CO₂排放量削减50%以上的直接还原技术。具体而言，在小规模试验炉（规模相当于实际设备的1/250～1/150）中进行基础技术开发后，制造中等规模直接还原炉（规模相当于实际设备的1/25分～1/5），并进行实证试验。

研发内容（2）开发利用直接还原铁去除电炉杂质的技术

●开发利用低品位铁矿石去除电炉内杂质，从而大量生产高级钢的技术。具体而言，通过小型试验电炉（处理量为3吨～10吨）开发基础技术，将电炉钢水中的磷含量控制到0.015%以下、氮含量控制到40ppm以下后，制作大型试验电炉（处理量约为300吨），并进行实证试验。

炼铁工艺中的氢能利用 | 开发可削减50%以上炼铁工艺中CO2排放量的技术