自動車や造船、産業機器に建築、情報通信機器まで、あらゆる産業基盤を支える日本の鉄鋼業が脱炭素に揺れている。鉄鋼業界から排出される二酸化炭素（CO2）は日本全体の14%を占め、産業部門でもっとも多いためだ。一方、製造過程のCO2排出を実質ゼロとした「ゼロカーボンスチール」の世界市場は2050年には40兆円に達するという。日本製鉄やJFEホールディングス、神戸製鋼所の３社は脱炭素に向け、水素から鉄をつくる水素還元製鉄で世界展開を目指す。水素で伸びる企業はどこなのか。今回は鉄鋼分野の最新動向をまとめた。

<h2>鉄鋼３社の利益水準、過去最高に　それでも喜べないわけとは</h2>
日本製鉄、JFEホールディングス（HD）、神戸製鋼所の今期業績は好調だ。
日本製鉄は2021年度の売上高が前期比39%増の６兆7,000億円、最終損益は5,200億円の黒字（前期は324億円の赤字）になる見込みだ。JFEHDでは2021年度売上高が４兆3,400億円（34%増）、最終損益は1,057億円の赤字だった前期から2,500億円に黒字転換する見込み。神戸製鋼も2021年11月、業績見通しを上方修正し、売上高２兆900億円、500億円の最終利益を予想する。
鋼材値上げが浸透し、鉄鉱石や原料炭など資源高の影響を補う。３社の合計利益が8,000億円を超えるのは、2012年の新日本製鉄と住友金属工業の統合後初だという。
だが、最高水準の利益も手放しでは喜べない。
鉄鋼３社にとってどれだけ稼げるか。収益力の重要性は今までになく高くなっている。脱炭素の切り札とされる水素製鉄などの実現には、日本製鉄１社だけで研究開発に5,000億円、設備投資に４〜５兆円かかるからだ。
<img style="width: 85%; border: 1px solid #dddddd; padding: 8px; display: block; margin-left: auto; margin-right: auto;" src="https://cdn.energy-shift.com/upload/20211206044853_fig01.jpg" alt="" width="1000" height="844" /> 出典：日本製鉄
しかも、足もとでは原料炭の価格が「過熱しており」（JFEHD）、400ドル前後で推移する。さらに鉄鋼市場をめぐる環境は厳しくなる模様だ。モーター性能を左右する「電磁鋼板」や通常の鋼板の３倍の強度を持つ「超ハイテン鋼板」などの高級鋼は、電気自動車（EV）や風車など脱炭素の流れから需要は拡大する見込みだが、その一方で、人口減少などに伴い国内需要は減少、海外市場の競合が激化し輸出採算性が悪化すると想定されている。
鉄鋼市場の激変が予測される中、３社は脱炭素に向けた投資資金の確保に急ぐ。
日本製鉄では、2025年度までに高炉５基の休止などを進め、全体の２割強にあたる1万人規模の人員を合理化し、年間1,500億円のコスト削減を目指す。
また日本製鉄やJFEHDは電磁鋼板の生産能力を上げ、収益力の上積みを図る。それだけ脱炭素に向けた製法革新は資金がかさみ、その技術ハードルも高い。
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<h2>鉄鋼業界の脱炭素化に立ちはだかる壁</h2>
なぜ、鉄鋼業界の脱炭素化が難しいのか。その理由は製鉄技術の「高炉法」にある。
鉄は酸化した鉄鉱石として存在している。この鉄鉱石から鉄を取り出すには、酸素（酸化）を除去する「還元」が必要だ。「還元」をするために使うのが石炭（炭素）であり、炭素が鉄鉱石の酸素を奪い取ることで鉄をつくる「高炉法」は不変の製鉄法とされ300年以上の歴史を持つ。日本の粗鋼生産の70%が高炉法から生産されており、製鉄技術の根幹でもある。
しかし、この高炉法、炭素と酸素が結びつくことでCO2を発生してしまうという大きな課題を抱える。その排出量は、１トンの鉄をつくるのに約２トンのCO2を出すため、高炉法からの転換を図らなければ、日本は脱炭素を実現できないとさえいわれている。
脱炭素のカギを握るのが水素だ。
石炭に代わって、水素が鉄鉱石に含まれる酸素を除去できれば、発生するのは水だけになる。「水素還元製鉄法」と呼ばれる技術が世界中で注目を集めている。IEA（国際エネルギー機関）は、製造工程で排出されるCO2が実質ゼロである「ゼロカーボンスチール」市場が2050年に約５億トンになると予測。2070年にはほぼすべてがゼロカーボンスチールにとって代わるという。
日本政府も2050年までに40兆円規模のゼロカーボンスチール市場が立ち上がると予想する。さらに水素還元製鉄によって、国内水素需要は約700万トンに拡大すると見込む。現在の水素需要が200トンしかないだけに、その3.5万倍もの増加だ。
今、水素還元製鉄の技術を確立させようと世界中の鉄鋼メーカーが競い競う中、世界をリードするのが日本の３社である。
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<h2>国内最大手、日本製鉄の奥の手とは</h2>
2008年から日本製鉄、JFEスチール、神戸製鋼などが共同で研究開発を進めており、COURSE50（CO2 Ultimate Reduction System for Cool Earth 50）と呼ばれるプロジェクトでは、コークスと水素の両方を使う方法で、世界で初めてCO2排出量の10%削減に成功した。
３社は、COURSE50の先に「Super COURSE50」と呼ばれる革新的な技術も開発中だ。
COURSE50は製鉄所内で発生する水素を利用して、高炉に直接水素を吹き込む還元法だが、Super COURSE50は、外部から水素を調達し水素投入量を増やし、より大規模な水素還元をおこなおうというもの。
COURSEプロジェクトに参画する日本製鉄では、Super COURSE50の実機化および、シャフト炉の開発などにより100%水素直接還元プロセスを完成させることで、極限までのCO2削減を目指している。さらに高炉の排ガスから分離・回収したCO2と水素を反応させてメタンを生成し、それを高炉に吹き込んで還元剤として活用する「カーボンリサイクル」などもおこなう計画だ。
同社は鉄スクラップを再び溶かし、高級鋼を製造する大型電炉の開発も進めている。電炉法は、還元プロセスを終えた鉄スクラップを電気で溶かして鉄鋼製品をつくるため、高炉法に比べてCO2排出量が４分の１になるとされている。ただし、不純物の少ない高品質のスクラップの量には限りがあり、品質の低いスクラップからでも高級鋼をつくれる製法の確立が欠かせない。日本製鉄はこうした技術開発にも取り組む。
日本製鉄にはもうひとつ奥の手がある。
欧州子会社のオバコ（OVAKO）社が、2020年４月にスウェーデンのホーフォーシュ（Hofors）工場において、LPガスに代わって、水素による圧延前鋼材加熱の実証を世界ではじめて成功させた。この技術が実用化されれば、鋼片の加熱工程におけるCO2排出をゼロにできる可能性があるという。2021年６月には安価で大量のグリーン水素の調達に向け、工場内に再エネ電力による水の電気分解から毎時3,500m3のグリーン水素を製造する水素プラントの建設に着手しはじめた。
<img style="width: 85%; border: 1px solid #dddddd; padding: 8px; display: block; margin-left: auto; margin-right: auto;" src="https://cdn.energy-shift.com/upload/20211206053138_fig_02.jpg" alt="" width="1000" height="752" /> Ovako Hofors工場 出典：日本製鉄グループ、山陽特殊製鋼
日本製鉄は、水素還元製鉄や電炉、鉄鉱石の一部を直接還元鉄で代替するなど、あらゆる技術を最大限活用したうえで、なお排出されるCO2は回収し、貯蔵したり、利用するCCUS技術によって、脱炭素を目指す方針だ。
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世界を狙う神戸製鋼のアプローチとは・・・

<h2>神戸製鋼は違ったアプローチで世界を狙う</h2>
天然ガスに含まれる炭素と水素を使う「直接還元法」で世界をリードするのが、神戸製鋼だ。
直接還元法は、天然ガスを使用して鉄鉱石を固体のまま還元し、そのあとで電炉に移して溶解する方法である。石炭を使わないため、高炉よりもCO2の発生が低いうえ、還元に水素を使うことで20〜40%のCO2削減が可能だという。近年は高炉や転炉でも採用されつつある。
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神戸製鋼の米子会社ミドレックス（Midrex Technologies）は、天然ガスを０〜100%まで置換できるなど、直接還元法の製造プロセスで高い技術を持っており、90基を超える直接還元プラントの供給実績を持つトップメーカーだ。2020年度にはミドレックスプラントにより、約2,932万トンのCO2排出を削減できたとする。この削減量は日本の総排出量の約２%に相当する。
2021年に入っても、プラント受注は好調で、ロシアの鉄鋼大手メタロインベスト社から世界最大となる年産208万トンのプラントを受注。ロシア向けは2021年３月に続く２基目だ。
2019年には世界最大手の１社、アルセロール・ミッタル社と提携し、年産10万トンの100%水素還元の大規模実証に取り組む予定だ。ただし、現状は天然ガス価格が安い中近東や北米、ロシア、北アフリカなどが売り込み先の中心で、天然ガス価格が高い日本での導入はハードルが高いのが実情だ。
一方、世界中で注目を集める水素還元製鉄は、水素が熱を吸収するため高炉内が冷えて、鉄鉱石が思うように溶けないといった課題がある。だが、ミドレックスプラントであれば、すでに水素濃度75%の還元ガスでの商業実績もあり、「100%水素還元は技術的ハードルが高くない」（神戸製鋼）という。神戸製鋼は電炉向け需要に加え、今後は高炉や転炉での利用拡大を狙う。「直接還元鉄生産量は右肩上がりに増加し、2050年には４～６億トン/年へ増加見込み」といった独自試算を公表するなど、脱炭素の潮流に乗り、ミドレックスの事業拡大を目指す方針だ。
<iframe title="神戸製鋼所　製鉄と石炭火力、脱炭素への二重の課題をどう解決するか？　－シリーズ・脱炭素企業を分析する（６）" src="https://energy-shift.com/news/embed/a1288f84-b2f8-412d-9a5d-016da535e103" width="600" height="283" frameborder="0" marginwidth="0" marginheight="0" scrolling="no"></iframe>
規模でかなわない中国に勝ち抜く方法とは・・・次ページ

<h2>中国勢には規模ではかなわない。生き残るには脱炭素</h2>
とはいえ、どの製法も課題は多い。
高炉法はエネルギー効率が高く、不純物を除去できるため、日本の強みである高級鋼の製造に欠かせない。やはり石炭を使わざるをえず、100%水素還元は現状難しい。CO2排出ゼロのハードルは高い。
直接還元法にしても、100%水素還元をおこなえばCO2排出をゼロにできる可能性があるものの、高炉法のように鉄鉱石の還元と溶解をひとつの炉で一貫しておこなうことができないため、エネルギー効率が低いという課題がある。
電炉は高炉に比べて不純物を除去することが難しいうえ、使う電力が化石燃料由来であったら、脱炭素を実現できないという難点を持つ。
さらにゼロカーボンスチールを実現できたとしても、「粗鋼の製造コストは現状の倍以上となる」（日本製鉄）ため、誰がそのコストを負担するのかといった課題もある。
多くの課題を抱える中、国も鉄鋼の脱炭素に向け、最大1,935億円の支援をおこなう予定だ。
中国の粗鋼生産量は10億トンを超え（2019年時点）で世界シェア55%を握る。世界最大の鉄鋼メーカーである中国宝武鋼鉄集団の生産量は日本製鉄の約３倍まで膨らんだ。規模ではもはや中国勢にはかなわない。日本の鉄鋼３社は、生き残りをかけゼロカーボンスチールの開発に挑んでいる。

自動車や造船、産業機器に建築、情報通信機器まで、あらゆる産業基盤を支える日本の鉄鋼業が脱炭素に揺れている。鉄鋼業界から排出される二酸化炭素（CO2）は日本全体の14%を占め、産業部門でもっとも多いためだ。一方、製造過程のCO2排出を実質ゼロとした「ゼロカーボンスチール」の世界市場は2050年には40兆円に達するという。日本製鉄やJFEホールディングス、神戸製鋼所の３社は脱炭素に向け、水素から鉄をつくる水素還元製鉄で世界展開を目指す。水素で伸びる企業はどこなのか。今回は鉄鋼分野の最新動向をまとめた。