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環境配慮型プロセス・商品の開発と提供

JFEスチール

フェロコークス

フェロコークスは、低品位の石炭や鉄鉱石から製造される画期的な高炉用原料です。フェロコークス内部の金属鉄の触媒作用により、高炉で使用するコークス量を大幅に削減する省エネルギー技術です。

JFEスチールは、2017年度より(国研)新エネルギー・産業技術総合開発機構(NEDO)による「環境調和型プロセス技術の開発/フェロコークス技術の開発」プロジェクトを推進しています。

技術開発の一環として、敷地面積12,600m²、フェロコークス製造量300トン/日規模の中規模設備を西日本製鉄所(福山地区)に建設しています。この設備は、原料の粉砕・乾燥から成型・乾留(加熱して蒸し焼きにすること)までを一貫して行い、またフェロコークス製造中に副産物として得られるフェロタールを成型用の粘結材としてリサイクル使用する設備も備えています。

2020年9月に建設を完了し、10月から試験操業に移行し、製造したフェロコークスを高炉で長期間使用する実証研究を実施する予定です。これを経て、2023年頃までに製銑プロセスのエネルギー消費量を10%削減し、CO₂排出量の大幅な削減を目指します。 

フェロコークス中規模設備プロセスフロー


フェロコークス中規模設備の外観

フェロコークスサンプル

・乾留前成型品

・フェロコークス

・フェロコークス粒子断面

当社製鉄所の全高炉にデータサイエンス技術を導入

当社は、高炉への最新のデータサイエンス(以下、DS)技術の導入を進めています。

高炉はコークスを用いて鉄鉱石に含まれる酸素を除去し鉄を取り出す設備で、製鉄所から排出するCO₂を削減するためには、その安定的かつ高効率に操業することが非常に重要です。一方、使用する原料などの影響で刻々と操業条件が変化するうえ、炉内を直接見ることができないという難しさがあります。

そこで、国内に保有する全高炉8基にサイバーフィジカルシステム(Cyber‐Physical System 以下、CPS)を導入すべくDS技術の展開を進めています。CPSとは、実際の製造プロセスから収集したセンサ情報や製造情報をAIで解析して、独自の手法を用いてデジタル空間に高度な仮想プロセスを再現し、この2つをリアルタイムにつなぐ技術のことです。この再現された仮想プロセスにより、炉況の把握や異常予兆検知を行うことが可能となり、操業の安定化を通じてCO₂削減を図ることができます。

今後、高炉のみならず他のプロセスにおいてもCPS化を推進し、将来的なビジョンとして製鉄プロセス全体のCPS化を達成することで、革新的な生産性向上と安定操業を目指していく方針です。

高炉CPSの概念図

製鉄所における燃料・電力運用ガイダンスシステムの導入について
~サイバーフィジカルシステムに基づく運用最適化による省エネルギー実現~

当社は、国内の製鉄所の燃料・電力運用における省エネルギー・CO₂削減を目的に、オペレーターによる運用を支援するガイダンスシステムを開発、運用を開始しました。これまでに西日本製鉄所(倉敷地区、福山地区)への導入を完了し、今後は、他事業所への導入を進め、さらなる省エネルギー・CO₂削減を実現していきます。

製鉄所では上工程で発生する副生ガス、ならびに電力および蒸気を所内の工場で有効利用し、不足分を外部からの購入で補っています。燃料・電力の運用にあたっては、コストやエネルギー損失が極力少なくなるように、各プロセスへの副生ガス配分、電力・燃料購入量、副生ガス貯蔵量などのさまざまな要素を決定することが求められます。

今回開発したガイダンスシステムでは、CPSの概念に基づきリアルタイムに得られる膨大な測定データ(①)および各工場の詳細な生産計画を使用して、将来にわたる需給状況を高精度に予測し(②)、各種の操業制約、契約情報を考慮したうえで(③)、外部からの購入量が最小となる最適な運用条件をシミュレーションで求め(④)、オペレーターにガイダンスを行うものです(⑤)。

製鉄所のエネルギーフロー

ガイダンスシステムの概要

「ゼロカーボン・スチール」実現に向けた技術開発

JFEスチール(株)は、日本製鉄(株)、(株)神戸製鋼所、(一財)金属系材料研究開発センターとともに、(国研)新エネルギー・産業技術総合開発機構(NEDO)の公募事業「「ゼロカーボン・スチール」の実現に向けた技術開発」に応募し、6月11日付けで委託先として採択されました。

これは、「環境調和型プロセス技術の開発/水素還元等プロセス技術の開発(フェーズII-STEP1)」(COURSE50)で得られる知見を足掛かりとして、「ゼロカーボン・スチール」の実現に向けた研究開発に取り組むため、事業期間2020年度~2021年度において現段階での諸課題を抽出し、研究開発ロードマップの作成を行うことで、研究開発を加速させるための先導研究を行うものです。この活動の中で、JFEスチールも先進高炉や水素還元などを含む技術全体に対して、総合的な検討を行っていきます。

製鉄所の溶鉄搬送容器における熱損失低減による省エネルギー活動

製鉄所の製鋼工程における溶鉄搬送容器は、鉄製の外殻の内面に耐火物を施工して使用していますが、外殻表面の温度は300℃以上に達し、また表面積が大きいため熱損失が大きくなります。そこで、高性能断熱材を使用して表面温度を下げ、輻射伝熱を抑制する技術を開発しました。

断熱材の配置を最適化したうえで、長期間の実機試験を行った結果、搬送容器表面からの熱損失が従来の55~75%に低減することを確認しました。当社保有容器全基へ適用した場合、エネルギー削減量(原油換算)は年間で約2.1万kL(一般家庭消費量26千世帯分)に相当します。

今回の功績により、この技術は「2019年度(令和元年度)省エネ大賞 省エネ事例部門」の「省エネルギーセンター会長賞」を受賞しました。


※ 資源エネルギー庁2018年度エネルギー需給実績(確報)31.3GJ/世帯を用いて計算


高性能断熱材による断熱効果

次世代型リチウムイオン電池「全樹脂電池」用負極材(JFEケミカル(株))

電気自動車や再生可能エネルギーは、将来の脱炭素社会の柱となる技術ですが、そのために高性能リチウムイオン電池の開発が欠かせません。次世代型リチウムイオン電池「全樹脂電池」は、高安全性・高耐久性で、エネルギー密度が高く、大幅な低コスト化や高い異常時信頼性を確保するなど、従来のリチウムイオン電池の課題を解決する画期的な電池であり、太陽光発電などの再生可能エネルギーの安定利用を促して、脱炭素社会への移行を加速させることが期待されています。APB(株)は、この「全樹脂電池」の製造および販売を行うスタートアップ企業です。

JFEグループの化学事業分野の中核を担うJFEケミカル(株)は、これまで製鉄工程で副生するコールタール由来のピッチを原料にリチウムイオン電池向け負極材の量産・販売を行ってきましたが、このたび上記APB(株)に出資し、全樹脂電池の製造に不可欠な負極材であるハードカーボンを供給することとしました。

JFEケミカル(株)は、これまで蓄積した技術とノウハウを活かして、全樹脂電池の負極材に適した、膨張収縮が少なく高容量のハードカーボンを開発し、APB(株)とともに全樹脂電池の量産化に貢献していきます。


全樹脂電池の構造(単セル)

鉄鋼スラグ水和固化体

鉄鋼スラグ水和固化体は、セメントコンクリートの代替物として、セメントの代わりに高炉スラグ微粉末、骨材である天然石砂の代わりに製鋼スラグなどを混合したスラグ製品です。主な原材料に鉄鋼スラグを有効活用しているため、天然材採取による環境影響の抑制やセメント使用量削減によるCO₂抑制効果が期待できます。

鉄鋼スラグ水和固化体製ブロックや人工石材は、港湾工事におけるコンクリートブロックや石材の代替材として、国土交通省の羽田D滑走路工事、東日本大震災後の護岸復興工事などの適用実績があります。また、千葉港葛南中央地区港内においては地元漁業協同組合の協力を得て現地モニタリングに取り組み、生物多様性への影響も調査しています。

消波根固ブロック

鉄鋼スラグ水和固化体製人工石材を用いた港湾修繕工事

CO₂削減に貢献する高炉水砕スラグ

高炉水砕スラグは、粉末状に粉砕してセメントと混合すると、セメントと同様にコンクリートの結合材となり、セメント製造時のCO₂を削減します。例えば、高炉水砕スラグをセメントと45%置換した高炉セメントは、セメント製造1トン当たりのCO₂排出量を41% 削減できます。JFEスチールは、2019年度に約680万トンの高炉水砕スラグをセメント向けに提供し、約483万トンのCO₂削減に貢献してします。

さらに、近年研究が進んでいるブルーカーボン(海洋で生息する生物によって吸収・固定される炭素)に注目して、鉄鋼スラグ製品による藻場の造成、藻場全体の炭素吸収量、固定量の測定、海藻やサンゴの着生効果試験にも取り組んでいます。


セメント1tあたりのCO₂排出量(単位:kg-CO₂)

CO₂排出源 普通セメント 高炉セメント
石灰石 473 272
電力・エネルギー 311 190
合計 784 463

マリンブロック上で成長するサンゴ

高炉スラグ細骨材を用いたプレキャストコンクリート製品

セメントのように固まる性質がある高炉スラグ細骨材を用いたコンクリートは、凍結防止剤や下水道などの劣悪環境下での耐久性を飛躍的に向上させる新技術です。従来から環境負荷低減効果が評価されてきましたが、高耐久性を有するコンクリート構造物としても期待されています。

2019年3月に、内閣府の戦略的イノベーション創造プログラム(SIP)の成果の一つとして、土木学会から高炉スラグ細骨材をプレキャストコンクリート製品に適用するための指針(案)が発刊され、高速道路や桟橋のプレキャスト床版でも使用されています。高炉スラグ細骨材による高耐久化とプレキャスト製品の品質の安定化が相まって、国土強靭化への貢献が期待できます。

張出式車道拡幅プレキャスト製品


鉄鋼スラグ製品で海洋環境を再生

粒度調整した鉄鋼スラグである「マリンストーン®」は、閉鎖性海域のヘドロ状底質からの硫化水素の発生を抑制し、生物が生息できる環境に改善するなど海の豊かさを守る機能があります。その優れた効果が評価され、第12回エコプロダクツ大賞の農林水産大臣賞および第26回日経地球環境賞優秀賞を広島大学と連名で受賞しました。

広島県に「福山港港湾海域環境創造工事(内港地区)」で採用され、3万8,000トンのマリンストーン® が施工されました。施工から4年後となる2019年も効果継続が確認されています。

干潮時に海中から現れた広島県福山市内港のマリンストーン®敷設部。一面に海藻が生育し、生態系がよみがえった!

鉄鋼スラグ製品による海辺の賑わうまちづくりへの貢献(横浜市との連携協定)

JFEスチールは、横浜市との共同研究※により、炭酸ガスを製鋼スラグに吸収させた「マリンブロック®」などの鉄鋼スラグ製品が、生物付着基盤や海域環境改善材として有効に機能することを明らかにしました。この成果を横浜市での豊かな海づくり事業に活かすべく、2020年3月に新たな協定※を締結しました。協定に基づきこれからも海の環境改善に向けてさらに取り組みを進めます。


※ 協定名「横浜の海の生物生息環境改善による豊かな海づくりに関する連携協定」

二枚貝がびっしり着生したマリンブロック(山下公園前海域)


JFEエンジニアリング

JFE-METS(多拠点一括エネルギーネットワークサービス) 2019年度「省エネ大賞 経済産業大臣賞」受賞

この度受賞したJFE-METSは、これまで一般的であった拠点単位のエネルギー最適化ではなく、事業者単位やエリア単位など、複数の拠点を一括管理しエネルギー最適化を提供するサービスです。お客様のエネルギー消費実態を分析し、お客様に代わって各拠点に全体最適となるエネルギー関連設備を配置、運営し、遠隔地も含めたエネルギー融通を実施することで、総合的な省エネルギーを実現します。

JFE-METS適用例

下水汚泥の新たな処理技術「OdySSEA(オデッセア)」商品化
~温室効果ガス大幅削減と高効率発電を両立する革新的技術~

当社は、2017・2018年度の2カ年にわたり、日本下水道事業団(理事長:辻原俊博、本社:東京都文京区)および川崎市と共同で、下水汚泥焼却施設の未利用廃熱を活用した高効率発電技術と、空気吹込み方法の最適化による亜酸化窒素(以下、N₂O)および窒素酸化物(以下、NOx)の同時削減技術を組み合わせた実証研究を行ってきました。なお、この実証研究は、国土交通省の「B-DASHプロジェクト」¹に採択されています。

実証研究では、含水率が高く発電用燃料に向かないとされてきた下水汚泥の焼却施設に、新開発の復水式蒸気タービンと、下水処理水を冷却水として活用するシステムを導入することで、60wet-t/日程度の小規模焼却炉においても高効率発電が可能であることを確認しました。これにより、発電した電力量が施設の消費電力量を上回る、いわゆる電力の完全自立を確認しています²。

また、空気を最適な位置から集中的に焼却炉内に吹込み、炉内の空気を撹拌して効率よく下水汚泥を燃焼させることによって、N₂Oの分解を促進しながら、同時にNOxの発生を抑制できることを確認しました。コンパクトな設備ながらN₂OとNOxをそれぞれ50%以上削減する性能を有しています。


※1 国土交通省が実施する下水道革新的技術実証事業(Breakthrough by Dynamic Approach in Sewage High Technology Project)
※2 焼却量140wet-t/日、含水率73%の条件下

システムフロー

ごみ焼却炉の完全自動運転を実現
~運転員の操作ノウハウを取り入れたシステムでさらなる安定操業へ~

廃棄物処理施設では、自動燃焼制御装置(ACC)により焼却炉の安定的な操業が行われています。しかしながら、大きさ・形状・材質等が揃っていないごみが投入される焼却炉では、燃焼状態もさまざまに変化するため、廃棄物処理施設の中央制御室や当社グローバルリモートセンターから運転員による監視を行い、必要に応じた介入操作が不可欠です。

当社はACCの高度化とともに、運転員が行う介入操作を自動化するシステムの開発に取り組んできました。そして、昨年10月より新潟市新田清掃センターにおいてこのシステムを適用した実証運転を開始し、焼却炉の完全自動運転を実現しました。

実証運転では、運転員による介入操作を100%削減し、2週間以上にわたり従来以上の安定燃焼を確認しました。また、ボイラからの蒸気発生量の安定性が向上し、発電量の増加につながりました。今後も本システムによる運転を継続し、長期にわたる安定性を確認するとともに、商品化を進め、当社が納入した施設や新規施設へ拡大を図っていきます。

当社は、焼却炉に続き、プラント全体の自動運転を目指してこの先進的な取り組みを継続し、くらしの礎を創り、担う企業として、豊富な知見と最先端の技術で循環型社会の形成および環境保全に貢献していきます。


※ グローバルリモートセンター(GRC):当社横浜本社内に2018年3月に開設した各種プラントの統合監視センター。全国の支援対象施設に対し24時間体制で遠隔監視と操業支援を実施

従来運転(有人による介入操作)

本システム導入後の運転(完全自動化)


今回開発の介入システムのツール例(AI燃焼画面解析システム見える化画面)


自動運転により燃焼管理温度の分布面積は▲20%以上低減→
燃焼状態が安定しているため発電も安定


B to Bシフトに貢献する国内最大のペットボトルリサイクルレジン製造工場新設

昨今のプラスチックごみによる海洋汚染問題への対応や、持続可能な社会実現のため、飲料メーカー各社は2030年度までに、ペットボトルの原料を石油由来樹脂からリサイクルペットレジン¹にシフトしていくと宣言しています²。このような状況を踏まえ、日本で初めてメカニカルリサイクル³によるボトル to ボトル(B to B)⁴技術を確立した協栄産業と、長年にわたり同社へ原材料を供給してきたJ&T環境は、B to Bの実現に貢献すべく合弁会社を設立し、新工場を建設します。新工場はペットボトルリサイクルレジン製造工場としては国内最大級で、JFEエンジニアリンググループと協栄産業グループにとって初の中部・関西圏のリサイクル拠点となります。


※1 レジン:回収したペットボトルを破砕、洗浄、乾燥したものがフレーク、フレークを溶かして品質を均一化した粒状のものがペレット、ペレットから水分を取り除いたものがレジン(樹脂)
※2 2018年11月 清涼飲料水業界「プラスチック資源環境宣言」より
※3 メカニカルリサイクル:マテリアルリサイクル(使用済みの製品を粉砕・洗浄などの処理をして、新たな製品の原料とすること)で得られた再生樹脂を、さらに高温、減圧下で一定時間の処理を行い、再生材中の不純物を除去する方法
※4 使用済みペットボトルを原料としてペットボトルを再生すること

ボトル to ボトルリサイクル

JFEエンジニアリングの資源循環事業

「資源循環事業」は以下をご参照ください。

JFEエンジニアリングサイトのリサイクルページ

再生可能エネルギー普及への取り組み

JFEエンジニアリングはこれまでに多くの廃棄物やバイオマス、太陽光、地熱などの再生可能エネルギーによる発電プラントの建設、運営を受託しています。グループ会社のアーバンエナジー(株)は、近年の企業における環境意識の高まりに対応し、2018年7月より再生可能エネルギー比率が100% となる企業や団体向け電力プラン(ゼロエミプラン®)の販売を開始しました。今後もJFEエンジニアリングと連携してこれらの電力の小売事業を行い、再生可能エネルギーの普及に貢献しています。


詳細は以下をご参照ください。

アーバンエナジー(株)サイトの小売電気事業ページ

官民連携の地域エネルギー事業への取り組み

JFEエンジニアリングは日本各地において地方自治体と連携した地域新電力会社を設立し、再生可能エネルギーの供給を中心とした地域エネルギー事業に取り組んでいます。

JFEエンジニアリングが建設した廃棄物などの再生可能エネルギープラントで発電した電力を地域の公共施設などに供給し、エネルギーの地産地消を推進します。これらの取り組みは、再生可能エネルギーの普及促進に加え、行政コストの削減、地域の産業インフラの充実などの実現を目指しています。


詳細は以下をご参照ください。

アーバンエナジー(株)サイトの地域新電力支援事業ページ

対向流燃焼方式を適用した廃棄物焼却炉

近年、廃棄物焼却炉に対して、環境負荷低減、発電性能の向上、運転コストの低減など、さまざまな課題への対応が強く求められています。

JFEエンジニアリングは、従来の高温空気燃焼技術をさらに発展させた「対向流燃焼方式」を世界で初めて廃棄物焼却炉に適用することで、排ガス中の一酸化炭素(CO)の発生量を従来値に抑えつつ、窒素酸化物(NOx)発生量を当社従来比20~ 30%削減することに成功しました。これにより、排ガス中のNOxを低減する設備が不要となり、施設のコンパクト化とメンテナンス費用の低減を実現します。さらにこれらの設備で消費されていた蒸気を発電用タービンに供給できるようになり、発電量の増加にも寄与します。


詳細は以下をご参照ください。

JFEエンジニアリングサイトの「第44回優秀環境装置表影で経済産業大臣賞を受賞」ページ
JFE商事

電磁鋼板ビジネスでのグローバルサプライチェーン構築

CO₂排出の削減をはじめとした気候変動問題への取り組みにおいては、発電された電力をいかにロスなく利用するかが重要なポイントとなります。

全世界の電力消費量のうち、発電所や工場、家庭など様々な場所で使用されているモーターによる電力消費量は全世界で40~50%、日本においては約60%を占めています。仮に日本において、モーターの効率を1%改善すると、50万kwクラスの大型発電1基分に相当する省エネルギーになるといわれています。

脱炭素社会実現へ向けて今後普及が見込まれる電気自動車(EV)の主機モーターや、車1台に50~100個搭載されているといわれている各種車載モーターは、さらなる高効率化および小型化による軽量化が期待されています。

また、発電した電力を工場や家庭に届ける際のエネルギーロスを最小にするため、送配電設備における損失のうち、多くを占める変圧器のさらなる高効率化も重要な課題です。

JFE商事は、モーターや変圧器の高効率化に貢献するJFEスチールの高品質な電磁鋼板を材料として供給するだけでなく、お客様が必要とする加工を施したうえで安定的に供給する体制を整えています。

このような高品質な電磁鋼板を必要とするモーターメーカーや変圧器メーカーなどのお客様は、グローバルに製造拠点を展開していることから、当社も「日本・米州・中国・アセアンにおけるグローバル4極体制」を確立し、お客様のニーズにきめ細やかに対応することにより、気候変動問題の解決に貢献していきます。

バイオマス燃料

JFE商事は、バイオマス発電事業者による燃料需要に対応し、パームヤシガラ(Palm Kernel Shell:以下PKS)をマレーシア・インドネシアから日本へ輸入しています。

さらに昨今、脱CO₂ニーズのさらなる高まりから、再生可能エネルギーのなかでも、天候に左右されないバイオマス発電の需要が拡大しており、その燃料としてPKSだけではなく、木質ペレットにも着目し、バイオマス燃料の安定供給に対応していきます。

木質ペレットは、育林の育成過程で生じる間伐材・剪定材や、製材工場で発生する端材などの廃材を有効活用した木質バイオマス燃料です。

JFEエンジニアリングをはじめ、バイオマス発電事業者への燃料供給を通じて、JFEグループで「環境に優しい社会」へ貢献していきます。

PKS出荷拠点

スクラップ取引拡大による循環型社会の発展に寄与

JFE商事はリサイクル事業として、鉄スクラップ、アルミスクラップを扱っており、特に鉄スクラップは国内取引はもとより、アジア各国への輸出、外国間取引を行っています。一般的に日本からの鉄スクラップ輸出はバルク船が主体ですが、JFE商事が導入したコンテナ積込システムによって、小ロットからのタイムリーな出荷が可能となり、アジア地域における循環型社会の拡大に寄与しています。