鉄鋼生産は環境負荷の大きい産業だが、スタートアップ各社は、より持続可能な産業にしようと取り組んでいる。
H2 Green Steelは、再生可能エネルギーから作られた水素を使って鉄鋼を生産し、排出量を大幅に削減する。
同社はスウェーデンに大規模工場を建設しており、来年末までに生産を開始する予定だ。
Boston Metalをはじめ、他の企業もグリーンスチール技術を開発している。同社は電気分解を使って鉄鉱石から鉄鋼を生産する。
森に囲まれたスウェーデンの小都市ボーデンの郊外では、大規模なグリーンスチール工場の建設が進んでいる。すべてが計画どおりに進めば、来年末までに工場は石炭の代わりに再生可能エネルギー由来の水素を使い、IkeaやMercedes-Benzなどの顧客向けに鉄鋼の生産を開始する。今世紀末までに、同工場は年間500万トンのグリーンスチールを生産する計画だ。
それでも、世界の鉄鋼生産量に占める割合はごくわずかだ。世界では毎年約20億メートルトンの鉄鋼が生産され、高層ビルや風力タービンから自動車、オフィスの椅子まで、あらゆる用途に使われている。現在、その生産は大量の排出を生み出している。鉄鋼生産によるCO2排出量は年間26億メートルトンを超え、航空業界のほぼ3倍に上る。しかし、次のような企業、H2 Green Steelスウェーデンのスタートアップである同社は、この産業が変革できることを証明しようとしている。
今週、同スタートアップは、新たに50億ドルを超える資金調達を実施したと発表し、できるだけ早く自社の解決策を実現しようと急いでいる。「他社は実証規模の操業から始めることを選びました」と、H2 Green Steelの広報責任者、カリン・ハルスタン氏は言う。「私たちは、スピードが何より重要であり、世界はもう一つ実証事業を必要としていないと考えています。今こそ、規模を伴う行動に移すときです。技術は実証済みで成熟しており、事業性とグリーンスチールへの需要も証明できました。だからこそ、私たちは大規模生産に直行するのです。」
世界の鉄鋼生産の大半は、鉱山から採掘した鉄鉱石を巨大な高炉に入れ、石炭を加えて化学反応を起こし、鉄を作るところから始まる。「予想どおり、非常に環境負荷の大きい工程です」と、重工業の脱炭素化を支援する非営利団体、Industrious Labsの鉄鋼部門ディレクター、ヒラリー・ルイス氏は言う。
「高炉1基は、石炭火力発電所1基におおむね相当します。」製鉄所によっては高炉を複数持つ。高炉内の化学反応でCO2が発生する。また、炉内を非常に高温に保つ必要があり、その熱も通常、化石燃料を燃やして得ている。高炉から出る「銑鉄」は別の種類の炉に送られ、鉄鋼に加工される。この工程でも、さらに多くのCO2が排出される。
あまり一般的ではない製法では、DRI炉と呼ばれる炉を使う。より低温で稼働し、通常は天然ガスや石炭を燃料とするが、水素も利用できる。H2 Green Steelは工場でグリーン水素を製造する。つまり、再生可能電力を使って水を水素と酸素に分解する。（現在、ほとんどの水素は化石燃料から作られている）。
水素を動力源とするDRI炉で鉄を作った後、完全に電力で稼働する別の炉で鉄を鉄鋼に加工する。この工程では少量の炭素を使うが、製鉄全体の排出量を95％削減できる。
この方法は、小規模な実証で成果を上げている。スウェーデンの近隣地域では、HYBRITというプロジェクトが2021年、ボルボに初の「化石燃料を使わない鉄鋼」のサンプルを納入した。同プロジェクトのパートナーの一社である鉄鋼会社SSABは、2026年までに、より多くのグリーンスチールを市場に投入する計画だ。世界的な鉄鋼大手ArcelorMittalもグリーンスチール関連事業を開発中で、その一つであるポルトガルの製鉄所では、2025年までに排出ゼロの生産工程を導入することを目指している。しかし、業界全体の変革は容易ではない。
最初の課題は、グリーン水素が現時点でほとんど供給されていないことだ。グリーン水素の製造には大量の再生可能電力も必要なため、送電網に再生可能エネルギーをさらに追加しなければならない。また、DRI炉には高純度の鉄鉱石が必要だが、どこでも入手できるわけではない。（低品位鉱石の品質を高めることは可能だが、追加の工程が必要になる）。
ボーデンはこの技術に適した立地だ。地域には安価で豊富な再生可能エネルギーがあり、適切な鉄鉱石も入手できる。それでも、条件が整っていても製造コストは高い。H2 Green Steelは、自社の鉄鋼を顧客に25～30％高い価格で販売している。
しかし、現時点ではグリーンプレミアムを支払う意思のある顧客も多い。複数の大手自動車メーカーが、生産開始と同時にH2 Green Steelから購入する契約を結んだ。メーカーがグリーンスチールの購入をより大規模に確約すれば、業界に変化をもたらすだろうとルイス氏は言う。
消費者にとっては、コストの差が目立たないかもしれない。「ありがたいことに、鉄鋼そのものを買う人はほとんどいません」と同氏は言う。「買うのは、自動車のように鉄鋼をある程度使った製品です。」自動車1台には約1トンの鉄鋼が使われるが、グリーンスチールを使っても、車の価格への上乗せはわずか100ドル程度かもしれない。
EUには排出量取引制度があり、現時点では鉄鋼メーカーに排出量の全額負担を求めていない。しかし、企業は2026年からより多くの負担を求められ、2034年に排出量の100％を負担するまで、その額は段階的に増えていく。「その結果、環境負荷の大きい従来型の鉄鋼は高くなり、クリーンテックの解決策がようやく公平な競争条件を得始めます」とハルスタン氏は言う。
「EUの規制は、持続可能な方法で生産された鉄鋼への移行を加速させる手段として、世界の他の地域でもモデルにできるでしょう。」米国は強制策ではなく、奨励策を用いている。インフレ抑制法による資金が、グリーン水素と新たなクリーン産業施設の両方を支援しており、これには新しいグリーンスチール工場が含まれる可能性もある。
水素をまったく使わない、有望な新技術もある。Electraは、創業初期のスタートアップの一つで、鉄鉱石を溶解し、電気分解によって純鉄を取り出す。この製法は低品位鉱石を使え、低温で稼働するため、エネルギーを節約できる。Boston MetalはMIT発のスタートアップで、電気分解を使って鉄鉱石を摂氏1,600度まで加熱し、溶融鉄鋼を作る。
「私たちの工程では、もはや炭素を使いません」と、Boston Metalの事業開発担当上級副社長、アダム・ラウワーディンク氏は言う。「すべての作業を電子が担います。」ボストン近郊にある同社の研究施設では、この技術を屋内で稼働させている。「オフィスと同じ建物の中で溶鋼を注ぎ、排出するのは酸素だけです」と同氏は言う。
再生可能エネルギーで稼働すれば、この製法による鉄鋼の排出量はゼロになる。同じ技術は、鉱山廃棄物から他の価値ある金属を取り出すのにも使える。同社はまずブラジルで、鉄鋼より1キログラム当たり約100倍高値で取引されるニオブを生産するプロジェクトを開始する。これにより、鉄鋼市場への参入準備を進める間、Boston Metalは技術の導入を加速できる。
この技術はモジュール式だ。同社の設備を数基導入することもでき、それぞれの大きさは輸送用コンテナほどにできる。また、200基を組み合わせて本格的な製鉄所を作ることも可能だ。2026年に計画されている初の実証プラントは、既存の製鉄所に設置する小規模な設備となる。
鉄スクラップは再生可能エネルギーで稼働する電気アーク炉で処理できるため、鉄鋼のリサイクルを増やすことも役立つ。しかし、利用できるスクラップの量には限りがあるため、新たに大量の鉄も必要になる。DRIと電気分解の技術はいずれも、その供給に役立つ。
世界に数百ある製鉄所の変革には時間がかかる。現存する設備の多くは数十年使えるためだ。しかし、従来型の高炉は15～20年ごとに、数十万ドルかかる高額な保守作業が必要になる。企業は修理の代わりにDRI技術へ切り替えることもできる。（従来型製鉄所での炭素回収も役立つが、完全には機能せず、大気汚染や化石燃料採掘に伴う上流工程の排出には何の効果もない。）世界の鉄鋼の大半を生産する中国は、欧州ほど水素への移行を急いでいない。
課題はあるものの、今世紀半ばまでに業界を脱炭素化することは可能だと、コンサルティング会社Energy Innovationで重工業関連の取り組みを率い、新著『ゼロカーボン産業：持続可能な繁栄を実現する変革的技術と政策』を執筆したジェフリー・リスマン氏は言う。新工場を建設する時間は十分にある。最大の鍵は、工程を支えるだけの新たな再生可能エネルギーを確保することだと、リスマン氏は語る。
Industrious Labsのルイス氏は、Boston Metalのような最新技術が最終的に最善の解決策になる可能性があると言う。十分な量のグリーン水素を製造する課題を回避できるからだ。しかし、DRI炉はすでに水素で稼働できるため、企業がその導入を進めるのは理にかなっている。「今、投資を進める必要があると思います」と同氏は言う。「そして、こうした次世代技術にも、将来、十分な機会があると思います。」
