原子力エネルギーを利用した製鉄プラント用グリーン水素製造

Green hydrogen production by using nuclear energy for hydrogen steelmaking

小川 益郎; 笠原 清司  ; 稲垣 嘉之; 野口 弘喜  

Ogawa, Masuro; Kasahara, Seiji; Inagaki, Yoshiyuki; Noguchi, Hiroki

原子力エネルギーを利用した製鉄プラント用グリーン水素製造はCO排出削減の候補の一つである。超高温ガス炉(VHTR)は第4世代原子炉の中で最もこの用途に適している。日本では、1973-1980年にかけて大型国家プロジェクトとして原子力製鉄のR&Dが行われた。プロセスは、核熱による蒸留残渣の改質による還元ガスの製造と、還元ガスによる鉄鉱石の直接還元を採用した。ここでは、全体システム,高温熱交換器,高温耐熱合金,高温断熱材,改質器,直接還元製鉄シャフト炉の6テーマのR&Dが行われた。現在、技術的な要求とCO排出削減という新たな要求に対応するため、還元ガスを水素に置き換えたプロセスが提案されている。日本原子力研究開発機構において、VHTRのR&Dと熱化学水素製造IS(ヨウ素-硫黄)プロセスの研究が行われている。VHTR-ISプロセス水素での直接還元による水素製鉄プロセスの概念検討が、日本鉄鋼協会のグリーンエネルギー製鉄研究会において2008-2012年に行われた。

Green hydrogen production by using nuclear energy for hydrogen steelmaking is one of the candidates of CO emission reduction. Very high temperature reactor (VHTR) is the most appropriate reactor type among generation IV nuclear reactors. In Japan, a large-scale national R&D project for nuclear steelmaking had been carried out during 1973-1980. The process was: reforming of bottom residue of oil distillation using nuclear heat to produce reducing gas: direct reduction of ore to produce iron by the reforming gas. R&D of 6 themes had been conducted: total systems, high temperature heat exchangers, very high temperature resistant alloy, high temperature thermal insulation materials, reforming gas generators, and shaft furnaces to produce direct reduced iron. A new type nuclear steelmaking is proposed now by the requirement of technology and a new problem of CO reduction. The largest change is the shift of reducing gas to hydrogen. R&D of VHTR continues since the national project and thermochemical water splitting IS (iodine-sulfur) process has been studied for hydrogen production in Japan Atomic Energy Agency. Conceptual design of a hydrogen steelmaking process applying VHTR-IS process and direct reduction steelmaking with hydrogen had been carried out in Green Energy Steelmaking Research Group in Iron and Steel Institute of Japan during 2008-2012.