日本東京工業大學將開始新的煉鐵技術「碳迴圈煉鐵」的驗證實驗。使用一氧化碳替代煤炭，回收産生的二氧化碳並重新作為一氧化碳使用。為了實現鋼鐵脫碳，氫氣的使用備受關注，但仍面臨很多課題。繼高爐、電爐、氫氣之後的「第4種技術」 能否成為新選擇？

 

       回收二氧化碳重新作為還原劑使用

 

       在東京工業大學的東京大岡山校區內的「零碳能源研究所」一角，正在建設高達數米的實驗設備。這是碳迴圈煉鐵的正式實驗設備，計劃於2023年度上半年投入使用。

 

日本國內企業的鋼鐵廠

 

       碳迴圈煉鐵不使用煤炭和氫作為從鐵礦石提煉鐵的還原劑，而是使用一氧化碳。把這個過程中排放的二氧化碳電解成氧氣和一氧化碳，再將提取的一氧化碳重新作為還原劑使用。運用東工大推進開發的特殊裝置來進行電解。使用的電力也不用化石燃料，因此可以大幅削減二氧化碳排放量。

 

       在實驗室層面已確認基礎反應沒有問題。將從2023年開始實施包括實際煉鐵在內的驗證實驗。同時還會推進與企業合作。據東工大教授小林能直介紹，同樣的煉鐵方法達到實證水準，從全世界來看也屬於首次。

 

 

       日本製鐵、JFE鋼鐵及神戶製鋼所主要使用高爐法，以煤炭作為還原劑，因此會大量産生二氧化碳。在來自能源的二氧化碳排放量當中，鋼鐵佔到整個産業界的4成。鋼材還有著用於很多産業的産品特性，煉鐵脫碳對整個日本推進脫碳都至關重要。

 

       氫氣煉鐵和煤炭一樣産生發熱反應

 

       在減排技術中，用氫氣直接還原煉鐵作為中長期的核心技術而受到期待。通過用可再生能源製備的「綠氫」還原鐵礦石時，這一階段不産生二氧化碳。實際上，歐洲等地已有部分企業開展實用化。

 

       不過，氫氣煉鐵還存在很多課題。最大的缺點是會産生吸熱反應。用煤炭還原屬於發熱反應，因此會連續發生還原，但使用氫氣時還需要另外加熱爐子。從爐子中産生的鐵跟高爐不同，是固體狀態，為了進行加工，還需要熔化工序。加熱爐子和熔化鐵使用的能源和設備將推高成本。

 

       還有一個問題是，在可再生能源成本高的日本，不確定能否以實用價格水準穩定採購綠氫。

 

 

       碳迴圈煉鐵能克服氫煉鐵面臨的這些課題。用一氧化碳還原跟使用煤炭一樣産生發熱反應，因此容易保持爐內的高溫。由於重新利用二氧化碳，因此也不用擔心還原劑的採購。

 

       需要改善生産效率

 

       碳迴圈煉鐵存在的課題是生産效率。與高爐相比，生産效率有可能降低，東工大將通過驗證實驗來確認可以改善到什麼程度。東工大認為二氧化碳的電解裝置也需要提高性能。與氫煉鐵等相比，製造成本也不確定。

 

       JFE鋼鐵以相似的理念推進技術開發。JFE鋼鐵將這項技術叫做「碳迴圈高爐」，分離並回收高爐産生的二氧化碳。使其與氫發生反應製造甲烷，也就是實現「甲烷化」。把製成的甲烷重新用作高爐的還原劑。

 

       目的之一是充分利用品質及生産效率高等高爐的優勢。另一方面，東工大的技術有可能比JFE的碳迴圈高爐減小設備尺寸。

 

       圍繞鋼鐵脫碳，日本與海外企業的技術開發競爭越來越激烈。中國政府瞄準中長期的商用化，投入了鉅額資金。設立500億元的基金，在寶武鋼鐵集團的主導下開始研究。在歐洲，瑞典H2 Green Steel及瑞典SSAB正在加快開發面向氫煉鐵商用化的技術。

 

       日本煉鐵行業過去一直將高品質作為競爭力來源。今後如何減少二氧化碳排放量也將受到考驗。正因為難以預測什麼技術才是鋼鐵脫碳的真正王牌，所以需要産業界和學術界合作關注多種方法。

 

       日本經濟新聞（中文版：日經中文網）落合修平

 

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