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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$$_{2}$$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$$_{2}$$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$$_{2}$$ 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$$_{2}$$ 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.

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