鉄鋼業は世界の二酸化炭素排出量の主要な原因であり、全体の約11%を占めています。この分野への対策は、気候目標の達成に不可欠です。
先駆者連合は、ニアゼロ鉄鋼チャレンジなどの取り組みを通じて、2030年までに脱炭素化された鉄鋼製品の革新を促進し、市場需要を創出しています。
水素を用いた鉱石の直接還元、電解法、先進的な炉技術など、いくつかの先駆的な技術は、鉄鋼生産における排出量を削減する可能性を秘めています。
世界が気候目標を達成するためには、鉄鋼業の脱炭素化が克服すべき重要な課題です。鉄鋼生産は世界の二酸化炭素（CO2）排出量の約11%を占めており、最も汚染の大きい産業の一つであり、重点的に取り組むべき排出量の多い分野として先駆者連合は、世界で最も汚染の大きい産業の多くにわたり、ニアゼロ排出の製品およびサービスに対する需要を集約することを目指す取り組みです。
連合の使命は、高度に脱炭素化された製品に対する信頼性の高い需要シグナルを示すことにより、これらの製品の製造に必要な画期的技術への投資を促進し、その拡大を加速させることです。
では、これらの革新的な技術はどのように発掘され、拡大されうるのでしょうか。先駆者連合のニアゼロ鉄鋼チャレンジは、世界経済フォーラムとGreenhouseが、ボストン・コンサルティング・グループ、デロイト、ResponsibleSteel、RMIのパートナーの支援を受けて最近終了した世界的な取り組みです。その目的は、2030年までに先駆者のニアゼロ排出基準を満たす鉄鋼製品を供給する企業、これらの鉄鋼製品の購入を希望する企業、そして高度に脱炭素化された鉄鋼生産を可能にする技術を提供する企業を特定することでした。
この後者の有効化技術の課題への70件の応募は、鉄鋼生産者がニアゼロ排出の鉄鋼を生産するために必要とする複数のサブカテゴリーにわたるソリューションを示すものでした。専門家の評価パネルは、関連性、実現可能性、拡張性、技術成熟度、影響力に基づき、70件の応募を17の有力なイノベーターに絞り込みました。各技術サブカテゴリーには、最上位の応募が1件ずつ選ばれています。
クリーン水素
水素は、鉄鋼やその他の削減困難な産業全体におけるニアゼロ排出の生産プロセスを実現する重要な要素であり、この製品に対する需要は急増しています。天然ガス、原子力、バイオマス、太陽光や風力などの再生可能エネルギーといった様々な資源から製造することができます。
水素をエネルギー源として使用する際には温室効果ガスは排出されませんが、その製造方法によって、「よりクリーン」な燃料と、ニアゼロ排出の燃料とが区別されます。
水素は様々な色で分類されます。水素の種類：グリーン水素は、再生可能エネルギーを用いた電解と組み合わせることで製造されることが多く、グレー水素とブルー水素は一般的に水蒸気メタン改質または石炭ガス化によって製造されます。ブルー水素はグレー水素と同様の方法で製造されますが、使用される天然ガスから回収された炭素を利用する点が異なります。
Molten Industriesは、カリフォルニアに拠点を置く企業で、鉄鋼チャレンジにおいてグリーン水素に基づく応募の中で最上位の評価を得ました。同社は、メタン熱分解を用いて、ネットゼロ鉄鋼のためのカーボンニュートラルな水素の製造に注力しています。メタン熱分解とは、熱エネルギーをメタンに加えて炭素と水素の化学結合を切断するプロセスです。その結果、リチウムイオン電池や電気炉の電極に使用できる固体炭素製品であるグラファイトと、水素ガスが、CO2を排出せずに生成されます。
直接還元
水素を用いる製鉄技術は、一般的に鉄鉱石の直接還元であり、水素を用いた製鉄（水素還元製鉄、H2-DRI）と呼ばれています。従来の高炉・転炉法では、鉄鉱石はコークス（石炭由来）などの炭素系燃料を用いて還元され、炉は1,600℃まで加熱されます。しかし、直接還元では、水素を還元剤としても利用できます。水素は鉄鉱石と反応して酸素を除去し、金属鉄を生成します。H2-DRIプロセスは、鉄の融点である1,200℃を下回る温度で稼働します。
直接還元の応募で最高得点を獲得したのは、フランスの企業GravitHyであり、そのソリューションは低炭素水素のみを動力源としています。統合型H2-DRIプロセスを用いることで、GravitHyは鉄鋼製造向けの高品質な直接還元鉄の一種である熱間ブリケット鉄を生産することができます。この熱間ブリケット鉄は、保管および長距離輸送が可能で、電気炉、溶解炉、または高炉で使用され、脱炭素化された鉄鋼を製造できます。
低炭素水素の商業化における大きな制約は、その製造プロセスに関連する均等化コスト（LCOE）です。そのため、現在、水素を用いた鉄鋼を生産するパイロット規模のプロジェクトはごくわずかであり、例えばスウェーデンの2つのプロジェクトがあります：HYBRIT（SSAB、Vattenfall、LKABによるパートナーシップ）およびH2 Green Steelで、2025年に生産を開始する予定です。
グリーン水素の供給を拡大するには、技術革新を通じて電極技術に関連するコストを削減するとともに、水素をより効率的に貯蔵するための技術を発掘することが必要です。
電解
電解とは、電解質（イオンを含む溶液）に電流を流し、非自発的な化学反応を促進することです。多くの用途では、これは水を水素と酸素に分解することを意味します。電解技術は、鉄、アルミニウム、グリーン水素、その他多くの材料を効率的に製造します。
Boston Metalの溶融酸化物電解（Molten Oxide Electrolysis）は、電気のみを使用して低品位の鉄鉱石から高純度の溶融鉄を製造する、高得点の電解ソリューションでした。鉄鋼生産に起因するスコープ1排出を排除し、エンドカスタマーのスコープ3排出を削減し、あらゆる鉄鉱石の品位に適用することができます。
西安隆基氢能科技有限公司（Xi’an LONGI Hydrogen Energy Technology Company）も、新型アルカリ型電解槽に焦点を当てた、高得点の電解槽技術の応募を提出しました。この電解槽は、継続的にエネルギー消費量を削減し、グリーン水素製造のコスト効率を向上させます。
電解の普及には、依然としてコスト、効率、インフラ整備に関する課題がありますが、グリーン水素プロジェクトの増加に伴い、電解技術は今後も普及が進むと考えられます。
炉技術
画期的な炉技術は、炉の建設、設計、運用に関連する様々なシステム、技術、方法の革新を目指しています。鉄鋼業の脱炭素化を進めることができる実現可能な技術は既に複数存在しており、例えば電気炉は、多くの国で従来の炭素集約型の高炉・転炉法に既に取って代わりつつあります。
フィンランドの企業Coolbrookは、最高評価の炉技術を提供しました。同社のRotoDynamic技術は、最高1,700℃の高温プロセス熱を発生させるよう設計されています。高温を生成するために化石燃料を燃焼させる必要がなく、電化によって動作します。世界の鉄鋼関連のCO2排出量のうち、年間600メガトンを削減できる可能性があります。
炭素回収・利用・貯留（CCUS）
革新的で画期的な技術は鉄鋼生産の排出量を大幅に削減する可能性がありますが、炭素回収・利用・貯留（CCUS）技術は、残留排出量や従来の高炉プロセスからの排出を回収することを可能にします。特に、高コストのプレミアムにより、深い脱炭素化を実現するソリューションが大規模にはまだ利用できない状況では、その重要性が高まります。CCUSは、セメントやアルミニウム生産など、他の分野においても重要な脱炭素化の手段です。
オーストラリアの企業KC8の「UNO MK3」ソリューションは、炭素回収・利用・貯留チャレンジの応募の中で最高得点を獲得しました。この炭素回収ソリューションは、大規模な排出源に後付け可能であり、一般的にアミン系炭素回収よりも資本支出（CAPEX）と運用コスト（OPEX）が低く、鉄鋼工場などの広域処理において再生ユニットを集約することができます。
技術の拡大
鉄鋼の脱炭素化という課題を解決する万能の解決策は存在しません。先駆者連合の鉄鋼技術チャレンジに提出された70件のソリューションの多様性は、鉄鋼の炭素排出量を削減するために開発されている数多くの革新的技術を示しています。
2050年のネットゼロ目標を達成するために必要なペースで、この分野の脱炭素化を進めるには、これらの技術の拡大、コスト削減、世界中の製鉄所への導入に向けた投資の増加が必要です。その責任はバリューチェーン全体で分担されています。鉄鋼生産者はこれらの技術の使用が求められ、エンドユーザーはグリーンプレミアムを支払っています。グリーン鉄鋼は、従来の方法で生産された鉄鋼よりも依然として高価です。
最も優れた鉄鋼チャレンジの応募作品は、先駆者連合のFirst Suppliers Hubデータベースにも追加される予定です。このデータベースは、ニアゼロ排出の最終製品およびバリューチェーンのサプライヤーを掲載しており、排出量の多い産業全体の需要者と供給者の結びつきを促進することを目指しています。
