What is Green Steel? A Complicated Path to Understanding
気候保護と大気質​

理解への複雑な道--グリーンスチール

多くの産業やメーカーが、カーボンニュートラル実現への道を模索しています。その中でも、鉄鋼業界は先駆者としてそのチャレンジに挑む産業の一角を担います。イノベーターたちは、鉄鋼の脱炭素化を目指しています。

今回は、カーボンニュートラルで最近話題の言葉、「グリーンスチール」(Green Steel) についてご紹介します。

では、グリーンスチールとは何を意味するのか。また、グリーンスチールは本当に環境に優しいのだろうか。

それは、簡単に答えられるものではありません。Googleで検索すると、さまざまな結果が表示され、初心者の方にはピンとこないかもしれません。

例えば、スウェーデンのH2 Green Steel社や脱化石燃料製造、グリーン電力、アーク炉(電気炉)など、鉄を製造する一工程がよく表示されています。Wikipediaを検索すると、古いゴムタイヤを燃やす製鋼工程について書かれています。

グリーン(緑)色のスチール製キッチン用ミキシングボウルの記事も検索結果として表示されます。このように「グリーンスチール」は誰にも簡単に理解できるものではなさそうです。

このような混乱の中で、商品価格調査会社Fastmarketsの指摘が役立ちます。

「グリーンスチールとは、現在可能な限り二酸化炭素排出量を抑えたスチールであり、生産者によって定義が異なり、時間の経過とともに進化し続けるものです。」

排出削減技術によって産業をより持続可能なものにすることを目標とし、実現に向けてのさまざまなアイデアやイノベーションが導入されています。

鉄鋼材料の課題

鉄鋼材料の課題

鉄鋼は、現代のインフラ設備の中で最も重要な材料の一つである。ビル、船、飛行機、自動車、病院等々、至る所に使用されている。

石油・ガスに次ぐ世界第2位の産業は鉄鋼である。2020年だけでも2,000メガトン(MT)近く生産されており、地球上で最も生産量の多い物質の一つとなっています。

MDPIによれば、この数字は2050年までに25%から30%増加すると予想されている。

しかし、ここで問題が潜んでいる。

製鋼工程は石炭に大きく依存しており、鉄鋼は全CO2排出量の7〜9%を占めているのだ。これは、地球温暖化にとっては喜ばしいことではありません。

そこで、グリーンスチール運動が始まり、イノベーターたちは数十年前から、サステナブルな生産技術に取り組んできたのです。

廃タイヤ焼却による持続可能性

廃タイヤ焼却による持続可能性

グリーンスチールという言葉は、ニューサウスウェールズ大学のヴィーナ・サハジャワラ教授の画期的な研究で初めて登場しました。彼女は『Waste Management Review』誌で「グリーンスチールのファーストレディ」と評された人物である。

なぜ、タイヤを燃やして鉄を作るのが良いのかを理解するためには、まず製造工程を知ることが必要です。

鉄を作るには、巨大な高炉で鉄鉱石と石炭中の炭素を1500℃以上に超高温にする必要があります。考えてみれば、これは溶岩の噴出温度よりも高い温度です。

炭素は、この工程で重要な役割を担っている。鉄から酸素を取り除く「還元」という化学的プロセスで、大量のCO2を発生させるのです。タイヤはここから役に立ちます。

サハジャワラ教授は、同じ効果をもたらす安価で入手しやすい炭素源が、石炭以外にもう一つあることに気づきました。それは、車の古タイヤです。

排出量削減の観点から見ると、直感に反するが、タイヤの燃焼はいくつかの点で理想的である。

まず、新たな資源を採掘する必要がなく、負担となる廃棄物を利用できる。

また、タイヤはポリマーを大量に含んでいるため、還元処理に最適な素材です。

さらに、タイヤから水素が発生し、液体または気体にすることができるのも利点です。

確かに、グリーンテクノロジーというと、古いゴムを燃やすことは最初に思い浮かぶことはあまりないであろう。グリーンスチールとは、ますますゼロ・カーボン・イノベーションの一環として捉えられています。エネルギー集約型のプロセスで温室効果排出をゼロにするという考えは、ある程度は空想に過ぎないが、一方でそれを次の段階へ引き上げようとするイノベーターもいます。

水素から生まれた脱化石燃料の鉄鋼

水素から生まれた脱化石燃料の鉄鋼

最近、スウェーデンで水素を活用した製鋼技術が話題になっている。意外なのは、この最先端の技術を開発したのはスタートアップでも大学の研究グループでもなく、スウェーデンのレガシー(老舗)企業であったことだ。

地元の大手鉄鋼メーカーSSABが、国営のエネルギー・鉱業会社と手を組み、石炭やタイヤの代わりに、風力発電による電気と水素を使用することで、「二酸化炭素排出ほぼゼロ」に成功しました。

SSABの工場では、還元処理に水から分離した水素を使用しています。電気を使って水素を約1,600°F(約870℃)に加熱します。そして、鉄鉱石のペレットを入れた炉に水素を注入します。この過程で面白いのは、CO2排出の代わりに水蒸気を発生するのです。

SSABは、2026年までにこの工程を工業規模で実装させることを目指しています。

水素なんていらない!

溶融酸化物電解

アメリカのとある革新的な企業は、まったく異なる鉄の磨く方法を考え出した。

ボストン・メタル社は、水素を全く使わない方法を模索しており、電気を使って鉄鉱石から酸素を除去する「溶融酸化物電解」というプロセスを開発した。

その仕組みは以下の通りです。

まず、鉄鉱石をチャンバーに入れ、その中に酸化物の電解液を入れる。そこに電流を流し、鉄鉱石を過熱して溶けた鉄と酸素に分解する。すると…ほら!これで鉱石は還元されたことになる。

水素を使用する製造方法よりも高い温度を必要とするが、水素の工程を省略することで、製造プロセス全体の効率を高めることができる。

コロンビア大学の研究では、鉄鋼業における排出量削減の鍵は電化であると認識されています。

ここが微妙なところです!

グリーンスチールとはいかにエコなのか?

ただ、二酸化炭素の排出をなくすために石炭火力発電所からの電力を使っているとしたら、その効果は無意味なものになってしまいます。

製鋼工程の電化は、高炉に石炭を大量投入するよりも一見クリーンな感じがするが、考えるべきことがある。それが電力の供給源です。

前述した方法は、グリーン電力を使うことに苦労したが、鉄鋼のような巨大産業を電気に置き換えるのは、そう簡単ではないかもしれない。その理由は、以下の通りだ。

欧州連合(EU)では、発電量の40%以上を化石燃料でまかなっている。中国の場合、その発電率は約47%に上る。アメリカの電力網は、なんと61%を可燃性燃料に依存している。原子力を除くと、再生可能エネルギーによる発電量が30%を超えているのはEUだけです。

つまり、二酸化炭素の排出をなくすために石炭火力発電所からの電力を使っているとしたら、結果は無効になってしまいます。

電化が持続可能性への重要なステップとなるのであれば、グリーンスチール技術が依拠する供給源を精査する必要があるのです。

変革に向けての課題

気候変動シンクタンクのRMIによると、グリーンスチールを作るには、従来の方法よりも約25%コストがかかるという報告がある。そのため、バイヤーがグリーンスチールを断り、従来の鋼材に戻りやすいと見られている。

結局は、消費者がグリーン化のためにどれだけのコストを負担する意向があるのかにかかっているのです。

もう一つの難点は、水素から鉄を作る際に極めて高品位の鉱石が必要であり、これは業界全体で使用されていないことだ。低品位の鉱石を水素技術で利用できる方法は現在研究・開発中である。

また、鉄鋼業界の巨大な規模も気掛かりな点だ。タイム誌は、SSABがすべての高炉を脱炭素化し、カーボンフリー鋼材のみを生産した場合、その規模は世界の年間生産量の半分以下となると指摘している。

このような困難にもかかわらず、世界19カ国で55を超える鉄鋼の脱炭素化プロジェクトが行われています。その数は今後も増え続けるだろう。

2050年までにカーボンニュートラルの目標を達成しようと各国が躍起となっている現在、鉄鋼業の脱炭素はカーボンニュートラルへの実現に対して、重要な機会であるという認識が広まっているのです。

今後も、グリーンスチールへの取り組みに期待しましょう。

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