通过铁矿石×氢来脱碳？神秘的试验高炉为何物？
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摘 要：如今，各行各业都在加速“脱碳”，作为重工业代表的“钢铁业”也不例外。事实上，钢铁行业的二氧化碳排放量占日本全国的15%。今后将如何推进脱碳呢？本文采访了业内被称为世界最先进技术开发的钢铁厂现场。
关键字：试验高炉、铁矿石、氢、氢还原、钢铁行业脱碳
本次采访的是位于日本千叶县的日本最大企业——日本制铁的东日本制铁所君津地区，从东京市中心驱车只需1个多小时。
钢铁厂占地广阔。面向脱碳的新钢铁技术开发正在这个钢铁厂的一角进行。
这个项目被命名为“COURSE50”。作为NEDO（日本国立研究开发法人新能源产业技术综合开发机构）的委托研究开发项目，日本制铁、JFE钢铁、神户制钢所三大钢铁制造商正在全日本开展研究。
试验高炉的炉体
此次获准采访的试验高炉需要保密，被安置在建筑物中。当然，从外面是无法看到的。
进入建筑物，映入眼帘的是试验高炉主体的一部分。其高度为6.5米，无法一眼看全。
作为外行，只看外表无法看出其精妙之处。但是，对于海外竞争对手厂商而言，这实在是“机密”。
实际上为了获准此次拍摄采访，历经了半年多的协商。本次对包括试验高炉的炉体在内都进行了特写拍摄，但是报道时被严格指定需要模糊处理的部分。
其严密程度表明了眼前的高炉具有极高的机密性。
“氢”是试验高炉的关键。通过活用被称为“氢还原”的机制，成功地减少了10%以上的二氧化碳排放。
“氢还原”到底是一种怎样的机制呢？
碳还原
实际上，考虑钢铁的脱碳时，必须理解“还原”这一过程。
在自然界中，铁被氧化并以红棕色铁矿石的形式存在。要从原料铁矿石中提炼铁，必须从铁矿石中去除氧气，即“还原”。
“还原”使用另一种原料——煤（碳）。碳通过夺取铁矿石中所含的氧而形成铁，而碳和氧结合生成二氧化碳。
传统的高炉
进行这一反应的“超大型化学反应器”被称为“高炉”，是钢铁厂的象征性存在。到目前为止都是使用高炉的传统炼铁方法。
据负责人介绍，这种以碳为基础的还原是“自人类诞生之初”就一直沿用的方法。
氢还原
在该试验高炉中，作为还原剂的一部分碳被替换为氢。氢与铁矿石中含有的氧反应生成水，从而减少二氧化碳的产生。
因而被称为“氢还原”而非“碳还原”。
制造钢铁产品时产生的二氧化碳大部分是在高炉中还原铁矿石时产生的，因此为了在钢铁行业进行脱碳，必须重新审视还原的方法。
通常，“高炉”一旦启动，基本上不会停止。
但这个试验高炉有所不同。其保持约一个月连续24小时运行，并持续测量炉内的温度和成分。
运行一个月后，对炉内残留物质的成分进行详细分析。重复这一循环，反复进行各种验证以寻找实用化的方法。
据负责人野村先生介绍，该尺寸的高炉成功削减了10%以上的二氧化碳，在世界上尚属首次。
COURSE50项目负责人野村诚治
野村先生表示：“切实感受到世界正在朝着‘脱碳’的方向前进，比预期要提前得多。希望可以尽早确立技术。”
试验高炉操作室
然而，虽然在试验高炉中的实验取得了成功，但在实用化方面仍存在许多课题。
第一个课题是“温度”。
使用氢还原铁矿石时，温度无法达到与碳还原一样的高温，而会夺走高炉的热。因此，如果增加氢气量，铁矿石无法像预期的那样熔化。
出于保密要求，无法得知具体采取了什么样的措施，但在试验高炉中，正在对原料的投入量、氢气注入量和时间等的最佳平衡进行研究开发。
第二个课题是“尺寸”。
实用化意味着即使试验高炉的规模扩大到数百倍，也必须能够进行同样的还原过程。试验高炉的炉内容积为十二立方米，而实际进行生产的大型高炉的炉内容积约为5000立方米，相差约400倍。
考虑到高炉设备更新换代的时机，该项目的目标是到2030年左右实现1号机组的实用化，并于2050年左右普及。
第三个课题是“成本”。
仅日本制铁一家公司，就需要5000亿日元（约281亿元）用于包括这项技术在内的碳中和研发费用，以及4-5万亿日元（约2245-2806亿元）用于实用化设备的投资。钢铁行业被称为“重大工业”，相应地所需成本也庞大。
即使技术本身已经确立，相同产品的制造成本可能会比现在高出一倍以上，课题可以说是堆积如山。
放眼海外，中国和欧洲的竞争对手制造商也在致力于开发面向脱碳的炼铁技术。
未来，无法进行脱碳的钢铁产品可能成为汽车、家电制造商、建筑公司等客户的“无用”材料。日本制铁表示，脱碳工作是关乎公司生存的最重要课题。
日本制铁常务执行董事 铃木英夫
常务执行董事铃木表示：“通过尽快实现脱碳，可以占据世界领先地位。如果起步晚了，将失去钢铁行业的领导地位，因为其他公司会先行占领技术和市场。”
钢铁在生活中无处不在。
日本的钢铁行业能否持续引领全球脱碳运动值得关注。
翻译：李释云
审校：李 涵
贾陆叶
统稿：李淑珊
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