炼钢工艺脱碳技术取得突破
实现碳中和生产过程的技术问题
在自然界中，铁以氧化铁矿石的形式存在。要生产钢铁产品，必须从铁矿石中除去（=还原）氧气。高炉（BF）和碱性氧气转炉（BOF）使用煤等碳进行此还原过程。
在此过程中，煤（焦炭）起到 1）还原剂、2）热源、3）以固体形式支持高温下原料的功能，同时有助于保持炉内通风的作用。尽管煤（焦炭）已被用于连续、高效的铁矿石炼钢，但在还原反应过程中不可避免地会产生CO2 。
但是，由于氢气还原是吸热反应，炉内温度下降会导致反应不持续、铁不熔化等问题。为了实现氢气炼钢，我们正在通过开发突破性技术来解决这些问题，例如 1）可燃氢气的高温加热、2）确保炉内气体流量、3）附加熔化工艺和 4）大规模生产。
开发突破性技术的挑战
（1）高炉氢气还原
关于“高炉氢气还原”，新日铁等日本三家高炉钢铁公司正在联合开发COURSE50高炉，旨在用炼钢厂产生的富氢气体代替高炉中用作还原剂的碳。该项目已在COURSE50试验炉（12m 3 ）中建立了可减少二氧化碳排放的技术。
2023年2月，我们决定在东日本制铁厂君津地区使用2号高炉进行示范试验，该高炉是一座比试验炉大约400倍的大型高炉。我们正在安装示范试验的设备，示范试验计划于2026财年开始。自2022年5月以来，我们一直在使用改进的COURSE50试验炉开发技术。到目前为止，2023年11月至12月的试验已经证实高炉二氧化碳排放量减少了33%，为世界最高。我们正在进行更多的示范试验，以进一步将二氧化碳排放量减少40 %或更多。
我们正在致力于在大型高炉中确立Super COURSE50技术（减少50％以上的二氧化碳排放量）。
COURSE50项目1、超级COURSE50项目2
COURSE50是一项从2008年到2022年开展的技术开发项目，目的是在目前没有供应大量氢气的基础设施的情况下，实现部分使用氢气进行钢铁生产。
在东日本制铁厂君津地区建造的12m 3试验高炉中，试验的目标是利用炼钢厂产生的氢基副产气体（焦炉煤气）中的氢气，通过氢气还原10%以上，通过从高炉煤气中分离和捕获CO 2抵消20%，从而减少约30%的CO 2排放量。试验证实，氢气还原10%以上，而对于通过CO 2捕获抵消的情况，我们开发了使用化学吸收法的节能技术，并已将其实际用于CO 2的工业用途。
展望氢气供应充足的社会基础设施的建立，我们正在实施由GI基金资助的开发项目“Super COURSE50”，该技术旨在通过加热和使用从炼钢厂外部购买的氢气，并维持高炉内的热平衡，进一步减少二氧化碳排放量（减少50%以上）。
该项目于2022年5月开始测试，目前进展顺利，并确认高炉本身的二氧化碳排放量将减少22%，为世界最高水平。
随后，在2023年11月和12月进行的测试中，高炉本身的二氧化碳排放量减少了33% ，创下了世界最高减排量的新纪录。我们正在推进验证测试，目标是在2024年度将排放量减少40%以上。
1日本新能源及产业技术综合开发机构（NEDO）委托项目
2绿色创新基金“炼铁炼钢工艺中的氢气利用”项目（NEDO研发外包支持和援助项目）
（2）大型电炉生产高钢种钢
关于“大型电弧炉高等级钢生产”，安装在濑户内制钢所广畑地区的新电弧炉于2022年10月开始商业运营，这使其成为世界上第一个能够生产和供应高等级电工钢板的综合电弧炉炼钢工艺。
另外，关于从BF-BOF工艺向EAF工艺的转换，我们在九州制铁厂八幡地区和濑户内制铁厂广畑地区两个候选地点开始了正式研究。
我们开始在波崎研究开发中心建造一台小型电炉（容量：10吨），并于2024财年下半年开始进行实验。
（3）直接还原工艺氢气利用率100%
在直接还原100%使用氢气的情况下，我们通过充分利用氢气作为还原剂，努力实现还原过程中的零CO 2排放。由于此工艺产生的是固体直接还原铁（DRI），因此需要在高炉（BF）或电弧炉等后续工艺中将其熔化并分离出其脉石成分（与矿石一起存在的材料）。
目前实际的直接还原法大多使用还原过程中不易破碎或相互粘连的高品位铁矿石。由于高品位铁矿石在市场上仅占10%左右，因此我们将挑战使用低品位铁矿石。目前的DRI工艺使用甲烷（天然气）作为还原剂。甲烷含有碳，因此会排放CO 2。我们尝试在直接还原工艺中100%使用氢气作为还原剂。但是该工艺本身也存在很高的技术问题。由于氢气还原过程是吸热反应，因此需要提供热量来维持反应。此外，在使用竖炉的情况下，原料球团的粉化和生产的铁球团的粘连也是需要解决的问题。
2025年度起，我们在羽崎技术研究所内开始建造小型试验炉进行实验。为了通过利用氢气直接还原、电熔炉、低品位铁矿石转炉的综合工艺，实现可替代高炉工艺的生产效率，我们还着手开发利用直接还原铁的电熔炉高效熔炼技术。
在此基础上，到2040年，我们的目标是解决低品位铁矿石的利用、将天然气的还原原料转化为氢气等问题，并建立以澳大利亚等国低品位铁矿石为原料的直接氢还原反应器商业化技术。
