日本製鉄、GX鋼材は「供給余力あり」も需要不足　電炉・水素還元の現状

日本製鉄は3月25日、同社のGX(グリーントランスフォーメーション)に関する取り組み状況についての説明会を開催した。

今回の説明会では、カーボンニュートラルの実現に向けた技術開発と、その実現に不可欠となる市場形成の両面について、具体的な取り組みと課題が示された。

日本製鉄のGX方針、CO2削減を「製造＋製品」で実現へ

冒頭では、常務執行役員 グリーン・トランスフォーメーション推進本部長の折橋英治氏が登壇し、日本製鉄のGXに対する基本的な考え方を説明した。製鉄業は構造的にCO₂排出を伴う産業であり、その削減が大きなテーマとなっている。

同社では、自社の製造プロセスにおける排出削減に加え、提供する鋼材を通じて顧客の排出削減にも貢献するという、2つの方向で取り組みを進めている。

「CO₂排出量を経済価値化したGXスチールの提供と、GXソリューションを提供することで、お客さまのCO2削減に貢献し、2050年のカーボンニュートラル社会の実現につなげていきます」(折橋氏)

日本製鉄は長年にわたり、製造業の国際競争力を支えていくために、高級鋼における最高技術を磨き、世界トップグレードの性能と品質を持つ鋼材を国内外に供給してきた。

高級鋼はこれまでは高炉プロセスでしか作れないものだったが、同社ではこれをカーボンニュートラルプロセスでも提供していくことで、カーボンニュートラルが進展する環境でも役割を果たしていく考えを示した。

電炉・水素還元・CCUSを組み合わせたGX戦略

製鉄では、鉄鉱石から酸素を取り除いて鉄を取り出す「還元(かんげん)」という工程でCO2が発生する。これは、鉄鉱石(Fe2O3)から酸素(O)を除去する過程で、酸素と結びつきやすい炭素(C)を用いることで、酸素と炭素が結びつき二酸化炭素が生成されるためだ。

日本製鉄では製鉄工程でのCO2排出削減に向け、鉄スクラップを活用する電炉プロセス、水素を用いた還元技術、既存の高炉プロセスにおける水素活用やCCUSの活用を組み合わせた複線的なアプローチで技術開発を進めている。

同社では、このような取り組みのもとで2050年に向けたロードマップを策定し、段階的なCO2排出削減の実装を進めている。

具体的な施策は以下の通り。
大型電炉で高級鋼へ、2029年に電炉転換・30%削減へ

電炉は、鉄スクラップといった「すでに還元された鉄」を主原料として電気で溶解する設備であり、鉄鉱石を還元する工程を新たに必要としない。高炉に比べてCO₂排出量を抑えられる点が特徴だ。

従来、電炉は主に汎用鋼の製造に用いられてきたが、日本製鉄では高級鋼の製造に対応可能な技術を開発している。また、高炉と置き換えるにあたっては高い生産性が求められることから、大型電炉の設備技術および操業技術を開発し、現在実装段階に入っている。

同社は2029年度までに九州製鉄所八幡地区において電炉転換を実施し、2030年までにCO₂排出量30%削減(約370万トン/年)を目指すとしている。

この取り組みには総額8,687億円の投資が計画されており、政府支援として最大2514億円が見込まれている。これにより、GXスチールの供給能力は年間160万トンの増加が見込まれている。
電炉拡大で課題となるスクラップ・直接還元鉄の確保

こうした大型電炉の導入に伴い、スクラップや直接還元鉄といった冷鉄源の需要は増加する見込みだ。

同社では、これらの調達・使用・在庫管理・物流を一体的に管理し、グループ全体での調達および配合の最適化を進める。電炉の安定稼働には原料の品質と供給の安定性が重要となるため、こうした一貫した管理が求められるという。

水素による直接還元鉄製造

水素を用いた還元は、従来の炭素を用いた還元プロセスを置き換えることでCO2排出の削減を図ることができる。従来は炭素と酸素が結びつくことでCO2が発生していたが、水素を用いた場合は水(H₂O)が生成されるため、排出削減につながる。

同社では、波崎研究開発センターにおいて試験用シャフト炉を用いた検証を進めており、水素による還元技術の確立に向けた開発が進められている。

一方で、直接還元鉄の製造に適した高品位鉄鉱石は限られており、原料面において制約がある。

高炉でも水素活用、CO2を44.5%削減

高炉における水素活用については、還元材の一部を原料炭から水素に置き換えることでCO2排出の削減を図る。CCUS(回収したCO2を分離・回収し、利用または貯留する技術)と組み合わせることで、さらなる排出削減を目指すとしている。

同社では、試験高炉を用いた研究開発試験を世界に先駆けて2016年から進めており、2026年2～3月には加熱水素を用いた試験により、CO2排出量44.5%削減を確認した。今後は、千葉県の君津地区にある君津第2高炉での実機実証を開始する予定だ。

電力の脱炭素化と水素利用の課題

製鉄プロセスの脱炭素化には、エネルギー面での対応も不可欠となる。

電力については、自家発電設備の高効率化や非化石燃料(水素・アンモニア・バイオマス)への燃料転換を進めるとともに、購入電力についても脱炭素電源への切り替えといった取り組みが進められている。

水素については、グリーン水素の価格が従来の化石燃料に比べて高く、大幅なコスト低減が課題とされる。また、大規模な製造・輸送・貯蔵に関する技術も発展途上にある。

これらの課題に対し、日本製鉄では政府や自治体、水素供給事業者と連携しながら、安定的な水素調達に向けた取り組みを進めているという。

このように、日本製鉄では単一の手法に依存するのではなく、複数の技術を組み合わせながら段階的に脱炭素化を進めていく考えを示した。
GX鋼材は供給余力も需要不足、市場形成が最大の課題

説明会後半では、執行役員 環境政策企画に関する事項管掌の田中茂明氏よりGXの実現に向けた市場形成についての説明が行われた。

田中氏は、GX製品の普及には需要側の取り組みが不可欠であるとし、市場全体での取り組みの重要性に言及した上で、「GX製品市場の創出がGX戦略の重要な柱になる」と述べた。

同社ではすでにGXスチールブランド「NSCarbolex Neutral」の採用事例が進んでおり、多様な需要分野で受注が拡大しつつある。ただし、供給可能な数量には相当の余力がある一方で、需要の拡大が供給に追いついていない状況も示された。

2030年ごろには鉄鋼業界全体で高炉鋼材市場の約1割規模のGX鋼材の供給が見込まれる一方で、現状の公共調達や補助制度といった初期需要創出策だけでは十分な市場規模には至らないと見られている。こうした状況から、供給能力と市場規模の間には乖離があり、民間需要を含めたさらなる需要創出が求められる。

田中氏は、「GX推進には巨額の投資とオペレーションコスト増が伴うため、素材メーカーから、素材を活用する製品メーカー、さらにその先のサービス提供者や消費者に至るまで、サプライチェーン全体での取り組みが必要になる」と指摘した。GX製品は従来製品と比較してコストが上昇することが想定されており、その負担をどのように分担するかも課題となる。

また、制度面では削減価値の共有やデータ連携による可視化、標準化の整備といった必要性にも言及。日本鉄連が策定した「GXスチールガイドライン」を基軸に、ISOなど国際標準への反映を進めることで、国内外における市場環境の整備を図っていく方針が示された。

今回の説明会では、日本製鉄のGXの取り組みが、電炉や水素還元といった技術開発を軸としながら、需要創出や制度設計といった市場面までを含めた取り組みとして進められていることが示された。