概要

目前，日本有5家公司（4家高炉制造商和1家工程技术公司）正在进行日本国家项目“环境和谐型工艺技术开发/氢还原等工艺技术开发（COURSE50）”，以减少钢铁厂的二氧化碳排放量。该项目的目标是通过结合使用两项二氧化碳减排相关技术，使二氧化碳总排放量减少30％，其中一项技术为通过分离回收二氧化碳，使二氧化碳排放量减少20％，另一项技术为通过将氢气应用于高炉炼铁，使二氧化碳排放量减少10％。

后者利用钢铁厂内产生的氢系气体（焦炉煤气），将高炉中的一部分碳还原反应（从氧化铁中去除氧气以生成铁的反应过程）置换为氢还原反应，从而减少从高炉中排放的二氧化碳量，通过实现COURSE50中的二氧化碳排放量减少10％的目标，并大量利用钢铁厂外部的氢系气体，以显著提高氢还原量，有望实现二氧化碳排放量减少10％以上（相当于日本钢铁联盟的长期目标Super COURSE50）。

Super COURSE50

说明

a）挑战目标

大幅降低高炉法的CO₂排放量，并通过与CO₂分离回收技术结合，确立一种与现有的高炉法相比可将二氧化碳排放量减少30％以上的技术。

b）为了完成挑战需要克服的课题

钢铁行业排放的大约70％的二氧化碳是在高炉炼铁（从铁矿石（氧化铁）中去除氧气以生成铁的还原反应）过程中产生的，但在日本，在高炉中制造生铁时的还原材料的利用效率已经提高到了接近热力学理论值的水平，想要进一步减少CO₂排放量是十分困难的。因此，从2008年起，有5家公司（4家高炉制造商和1家工程设计公司）一直致力于国家项目“COURSE50”的开发，以减少钢铁厂的CO₂排放量。

COURSE50的主要开发技术之一是氢气利用还原技术，其利用钢铁厂内产生的氢系气体（焦炉煤气），将高炉中的一部分碳还原反应（从氧化铁中去除氧气以生成铁的反应过程）置换为氢还原反应，从而将高炉中的CO₂排放量减少10％。目前，高炉法在技术和经济上都已成为生铁制造法的主流，因此作为在确立100%氢还原炼铁技术之前的过渡技术，需要进一步推进以高炉为前提的低碳化技术的确立。

c）日本制铁的优势和具体方法

在COURSE50中，日本制铁利用其独创的高炉三维数学模型和建于该公司君津制铁厂内的炉容量12m³（实际高炉的约1/500）的试验高炉，从理论和实验两方面进行开发，实现了将高炉CO₂排放量减少10％的目标。COURSE50的概念是，通过从高炉风口吹入约含60%H₂的焦炉煤气（COG），提高氢气对铁矿石的还原率，但炼铁厂内产生的氢系气体（焦炉煤气）量有限。下一步，在可以提供大量氢气的前提下，大量利用钢铁厂外部的氢系气体，以显著提高氢还原量，并挑战远超COURSE50中目标的技术，即高炉CO₂排放量减少10％。

为了实现该技术，需要进行各种开发以更高效地利用引入的氢来还原铁矿石。例如，由于铁矿石的氢还原反应是吸热反应，因此在高炉中促进铁矿石还原的热补偿技术成为重要的开发课题。此外，就利用氢的基础技术而言，需要开发与100%氢还原炼铁共有的基础技术，例如，考虑到氢的燃烧特性，确立一种向高炉稳定供应大量氢系气体的技术等。

d）完成挑战时的量化效果

从可持续发展目标（SDGs）的观点来看，日本制铁的使命是提供大量钢材。目标是降低在技术和经济上都极为出色的高炉法的CO₂排放量，并通过与CO₂分离回收技术结合，到2030年左右实现与现行高炉法相比可将二氧化碳排放量减少30％以上的技术开发。

合作伙伴

日本经济产业省、日本国立研究开发法人新能源产业技术综合开发机构（NEDO）、JFE钢铁株式会社、株式会社神户制钢所、日铁工程技术株式会社

日本制铁：利用氢气减少高炉还原炼铁中二氧化碳排放量技术的开发