百年製鉄を覆す——この創業者は鉄鋼をより安く、よりクリーンにしようとしている

「鉄鋼業はイノベーションで知られる業界ではない」——MITテクノロジーレビューのこの記事の冒頭で、著者は世界の鉄鋼産業が抱える最も厄介な事実を率直に指摘する。1850年代に製鉄工程が商業化されて以来、鉄鉱石から不純物を除去する基本的な手法はほとんど変わっていない。

今日、大多数の鉄鋼メーカーは依然として巨大な高炉で固体鉄鉱石を1500℃以上に加熱し、溶融した鉱石を一酸化炭素などのガスと反応させて酸素原子を剥ぎ取っている。この方法はシンプルで信頼性が高い一方、致命的な問題を抱えている。コークスが不可欠であり、そのコークスに含まれる炭素の大部分が最終的に二酸化炭素へと変換されるため、鉄鋼産業の炭素排出量は世界全体の7〜9%を占める。そのため、気候変動への対応として全産業界に大幅な排出削減が求められる中、鉄鋼は「最も脱炭素化が難しい産業のひとつ」と呼ばれている。

低炭素へと向かう「産業革命」

今回取材を受けた創業者は、まさにこの現状を変えようとしている。材料科学と冶金分野で長年研究を重ね、伝統的な製鉄所の煙をあげる高炉を自らの目で見てきた彼は、多くの人よりもその構造的な問題点を深く理解している。高炉への大規模な資本投資は、工場が減価償却費と資金調達コストを回収するために数十年にわたって連続稼働し続けなければならないことを意味する。新しい工程が高炉に取って代わるには、よりクリーンであるだけでなく、旧来の方法よりもコストが安くなければ、どの鉄鋼メーカーもリスクを冒してその技術に乗り換えようとはしない。

彼が提示する解決策は、電気化学と冶金工程の交差点に着目したものだ。従来の高炉が果たしていた役割は、極めて強力な還元環境と十分な化学エネルギーの供給にある。新しい発想では、クリーンな電力でイオン分離を駆動する。鉄鉱石の粉末を専用の電解槽に投入し、通電によって鉱石中の酸素をその他の成分から分離し、高純度の液体鉄または鉄合金を得る。全工程でコークスを必要とせず、直接排出もゼロ。さらに電流供給に伴う熱エネルギーによって、反応器のサイズを大幅に縮小できる。

編集部注：鉄鋼業のグリーン転換は、排出後の回収によって「取り繕う」だけでは不十分であり、生産源流における変革が急務だ。電気化学ルートの真の意義は高炉一基を置き換えることではなく、再生可能エネルギーが豊富な地域で複製・普及できるまったく新しい生産パラダイムを提供することにある。

同様に有望な水素系還元

電解法と並ぶ注目技術として、水素系直接還元ルートがある。コークスの代わりにグリーン水素を還元剤として使用し、鉄鉱石を比較的低い固体状態の温度で「スポンジ鉄」に還元した後、電気アーク炉で鉄鋼を製造する手法だ。欧州の複数のコンソーシアムがこの分野でデモプラントを建設している。しかし、水素の貯蔵・輸送コストおよびグリーン電力のコストがいまだ高く、実証段階から大規模普及までには長い道のりが残されている。

この創業者も競合する技術ルートの可能性を十分に認識している。彼は、どれほど優れた技術も鉄鋼メーカーの前ではコスト表を提出しなければならないことをよく知っている。再生可能エネルギーが安価な鉱山地帯や港湾に小型モジュール型電解システムを展開できれば、高価なコークスの輸送コストや大規模な集中型コークス炉の建設コストを回避できると彼は予測している。さらに重要なのは、新工程が任意のタイミングで起動・停止できる点であり、風力発電や太陽光発電の変動性と天然に親和性が高いことだ。従来の高炉は一度火を入れると数十年にわたって連続生産しなければならないのに対し、電解製鉄装置は電力網の負荷に応じて柔軟に出力を調整できる。この柔軟性こそ、彼が投資家へのプレゼンテーションで最も頻繁に強調する点であり、伝統的な鉄鋼業界が見過ごせない最大の優位性でもある。

実験室から製鉄所へ——試練は依然として厳しい

現在、この企業は試験炉で数千時間の連続運転を達成し、数百キログラムの高純度鉄サンプルを生産している。複数の大手鉄鋼メーカーやエネルギー投資ファンドが数千万ドルの資金を投入し、「高い炭素価格」の到来を前に突破口となる技術を先押さえしようとしている。しかし業界関係者は誰もが知っている——数百キログラムから数百万トンへのスケールアップには、指数関数的な工学技術の拡大と、材料科学上でいまだ克服されていない難関が立ちはだかっていることを。それでもこの創業者は楽観的だ。変革不可能と思われていた多くの基幹産業が、こうした挑戦によって期待に値するものへと変わりつつある、と彼は言う。

高炉製鉄の歴史が一夜にして終わることはないかもしれない。しかし、実験室と資本が共に推し進めるこの静かな革命はすでに全面的に始まっている。今後数十年のうちに、炭素排出問題が緩和され、鉄鋼企業が汚染を代償としなくてもよい時代を目の当たりにできるとすれば、それは今日、既存の工程に「ノー」と言う勇気を持った起業家たちの存在なしには語れない。

本記事はMITテクノロジーレビューより編訳