日本の高炉メーカーは，イノベーターのジレンマにはまりつつあるのか？ 高炉における水素利用と水素直接還元製鉄の選択について考えるべきこと

　鉄鋼業をカーボン・ニュートラル化するためには，鉄鉱石を炭素で還元する製造法を改めねばならない。これは，世界の鉄鋼業が等しく直面している難題である。現存技術でこれに貢献できるのは，すでに鉄鋼となって存在している鉄スクラップを電気炉で溶解精錬するスクラップ・電炉法である。もちろん発電でCO2を出さないことが必要であり，発電を再生可能エネルギーで行ったうえで電炉で精錬するということになるだろう。今後，世界の鉄鋼業で電炉法のシェアが高まることは確実である。しかし，それだけで世界の需要をまかないきれるわけではない。どうしても，鉄鉱石を製錬する製造法の脱カーボン化が必要である。いまのところ，その最終的な解決は，炭素でなく水素で鉄鉱石を還元することと想定されている。

　この，水素製鉄に向けての技術選択について，日本とヨーロッパで異なる経路が生じつつある。本稿では，このことの意味を考えてみたい。

　日本鉄鋼連盟や日本製鉄，JFEスチールのゼロカーボン・スチール構想では，最終目標は水素直接還元製鉄とされている。しかし，両者も日本鉄鋼連盟も，その実用化には時間がかかると考えて，当面は高炉での水素利用，カーボンリサイクル高炉，高炉＋CCS/CCU（CO2貯留・有効利用）の開発に注力している。これに対して，自然エネルギー財団の「鉄鋼業の脱炭素化に向けて　欧州の最新動向に学ぶ」（2021年12月14日公開）によれば，ヨーロッパでは，まず天然ガスで還元する大型の直接還元製鉄炉（製鋼は電気炉）を2025-2030年に立ち上げ，これを水素還元に切り替えていくというプロジェクトが次々と立ち上がっている。ヨーロッパメーカーは，早々に製鉄法を直接還元法に切り替えようというのである。

　製鉄法が高炉法と直接還元法に分かれると，製鋼法もまた分かれる。高炉法では製造される銑鉄が溶融状態なので，精錬には，酸素を吹き付けるだけで脱炭できる転炉を用いるのが効率的である。一方，直接還元炉で製造されるのは固体としての還元鉄であるため，精錬には加熱・溶解が必要なため酸素転炉が使えず，電炉を使うことになる。高炉は転炉と，直接還元炉は電炉とセットなのである。

　高炉・転炉法は現状では非常にエネルギー効率が良い製造技術であり，それ故高炉・転炉法の技術を蓄積している日本の高炉メーカーは，現在に至るまで競争力を維持できている。しかし，もし水素還元が早期に確立すると，直接還元・電炉法の方がCO2削減効果が大きくなる可能性がある。なぜなら，高炉法では，炉内の装入物の荷重を支え，還元ガスや溶けて降下する鉄の通路を確保するために固体のコークスが不可欠であり，これを，気体である水素に完全に置き換えることができないからである。一方，直接還元炉は還元をガスによって行うことができるので，この制約がない。

　日本の高炉メーカーは，現存する高炉・転炉による一貫製鉄所の設備と，国内に蓄積されている高炉・転炉法の技術・ノウハウを活用する方が，技術的にも手を付けやすく，また当面は低コストであるために，次世代技術の第一弾として高炉での水素利用を選択しているのだと思われる。対してヨーロッパメーカーは，高炉・転炉法のレガシーが強力でないがために，当初より水素直接還元製鉄を目指していると解釈できる。

　もし高炉の水素利用を早期に確立できるならば，当面は日本メーカーが優位に立つかもしれない。高炉・転炉を座礁資産にせずに，長く使うことも可能になるだろう。しかし，技術発展の経路が高炉・転炉法にロックインされると，水素直接還元製鉄技術の最終的確立，CO2排出規制への対応において，ヨーロッパメーカーに遅れを取るかもしれない。

　水素直接還元製鉄は，しばらくの間，エネルギー効率においては高炉・転炉法に追い付かず，したがって通常の意味での生産コストは高いだろう。しかし，CO2排出規制への適応性が高いために，カーボン・プライシングのレベルによっては不利は相殺されるかもしれない。CO2排出の社会的費用を含んだ生産コストでは，水素直接還元製鉄が，早々に優位に立つかもしれない。

　かつて製鋼技術が平炉から純酸素転炉に置き換わる際に，アメリカ高炉メーカーは，すでに巨額の設備投資を行っていた平炉法の維持・改善に固執して転炉導入に後れを取り，そのことがコスト高・競争力喪失につながった。鉄鋼業の脱カーボン化において，日本メーカーは同じ轍を踏まずに済むだろうか。脱カーボン製鉄技術の選択については，エンジニアリングの側面だけでなく，経済の側面からもよく検討する必要があるだろう。

　これをやや一般化して言うならば，既存大企業は，保有する現存の設備・技術を自ら陳腐化させるカニバライゼーションをためらい，従来技術の延長線上にある持続的イノベーションで環境規制に対応しようとする。その分だけ，市場における挑戦者企業よりも新技術採用で後れを取る危険がある。一方，挑戦者企業はレガシーの重みがないために，果敢に新技術に挑戦する。新技術は，しばらくの間は，従来の市場における基準ではパフォーマンスが劣る。しかし，環境規制への適合性が高いために，まず規制や世論による環境基準が高い市場の一部で支持される。その支持を足場にして，挑戦者企業は生産を拡大して生産性とコストを改善する。並行して，技術それ自体も洗練されていく。そして，ついには新技術が従来技術にとってかわり，挑戦者企業が既存大企業にとって代わるかもしれない。クレイトン・クリステンセンの言う「イノベーターのジレンマ」は，カーボン・ニュートラルをめざす環境技術においても生じ得るのである。

　本件は，まだデータによって裏付けられる話ではなく，あり得る可能性についての問題提起と注意喚起にとどまる。しかし，関係者がそれぞれの立場から検討すべき論点であることは，間違いないと思う。拙論への賛否を問わず，生産的な討論が起こることを切望する。

2022/4/16 語句修正。