L'industrie sidérurgique japonaise promeut activement une transition vers une économie bas carbone grâce à l'innovation dans la métallurgie de l'hydrogène.

Le 13 mars, lors du 15e Forum sino-japonais sur le fer et Acier Lors de la conférence d'échange d'experts sur la protection de l'environnement et les économies d'énergie dans l'industrie, Hideki Murakami, consultant exécutif de Nippon Steel et conseiller technique de l'Alliance industrielle de la Fondation japonaise pour la production de fer à l'hydrogène (projet GREINS), a déclaré dans le rapport intitulé « Défis techniques pour la transition vers la neutralité carbone de la sidérurgie japonaise » que… Acier L'industrie sidérurgique japonaise actuelle favorise sa transformation grâce à l'innovation technologique, notamment la métallurgie de l'hydrogène. Le projet COURSE50, financé par la NEDO (Organisation japonaise pour le développement des nouvelles énergies et des technologies industrielles) et GREINS (Projet d'innovation verte pour la sidérurgie), devient progressivement le moteur de cette transformation. À titre d'exemple, le Japon, cinquième émetteur mondial de dioxyde de carbone, est responsable d'environ 3 % des émissions mondiales de CO2 en 2022. acier L'industrie sidérurgique japonaise est responsable de 14 % de ses émissions totales. Dans le cadre de son objectif de neutralité carbone, elle développe activement une technologie de production de fonte par réduction à l'hydrogène afin de contribuer à l'atteinte de l'objectif national de réduction des émissions de carbone. À cet égard, Hideki Murakami a présenté le projet COURSE50, lancé en 2008, visant à développer une technologie de réduction à l'hydrogène applicable aux hauts fourneaux.

En 2017, le projet a démontré pour la première fois, dans un haut fourneau pilote, que l'utilisation de la technologie de réduction à l'hydrogène permettait de réduire de plus de 10 % la quantité de dioxyde de carbone produite lors du processus de fusion au haut fourneau. Fort de l'expérience technique acquise grâce au projet COURSE50, le projet GREINS a été officiellement lancé en 2021. Il s'agit d'un projet d'utilisation de l'énergie hydrogène dans la sidérurgie, ou d'un projet de développement technologique multivoies, intégrant les procédés de haut fourneau, de réduction directe, de four à arc électrique et, depuis l'année dernière, de four de fusion électrique. Ce projet est piloté par l'Alliance industrielle de la Fondation japonaise pour la production de fer à l'hydrogène, qui regroupe notamment Nippon Acier, JFE AcierKobe AcierL'institut de recherche et de développement sur les matériaux métalliques (RCM) mène des recherches conjointes avec 14 instituts de recherche, dont l'Université d'Hokkaido, l'Institut de recherche sur l'énergie électrique de Chuo et l'Université Waseda. Bien que le procédé de production de fer préréduit à partir de gaz naturel soit répandu, il nécessite toujours du minerai de fer de haute qualité. Compte tenu des ressources limitées de ce minerai, l'utilisation efficace du minerai de fer de faible qualité restera cruciale pour le développement futur de la sidérurgie. Par ailleurs, la production actuelle d'acier de haute qualité par fours à arc électrique est confrontée à des difficultés telles que la limitation de l'énergie.

En Asie, où le procédé haut fourneau-convertisseur est prédominant, il est nécessaire de développer des technologies de réduction des émissions de carbone applicables aux hauts fourneaux, a-t-il déclaré. Dans le cadre du projet GREINS, Nippon Steel travaille au développement d'un procédé de production de fer combinant haut fourneau et convertisseur, ainsi qu'à celui d'un procédé de réduction directe par four à arc électrique et four de fusion électrique. Selon Hideki Murakami, les principaux axes de recherche et développement du projet GREINS sont les suivants : le développement d'une technologie de réduction par l'hydrogène dans les hauts fourneaux et le développement d'une technologie de réduction directe par l'hydrogène pour le traitement des minerais de fer à faible teneur. La première comprend le développement de la technologie de réduction par l'hydrogène utilisant l'hydrogène à l'intérieur des aciéries (COURSE50, utilisation directe de l'hydrogène provenant des hauts fourneaux) et le développement de technologies à faibles émissions de carbone utilisant l'hydrogène provenant de l'extérieur des aciéries et le dioxyde de carbone provenant des gaz de haut fourneau (impliquant l'utilisation directe de l'hydrogène provenant des super hauts fourneaux COURSE50 et l'utilisation indirecte de l'hydrogène provenant des hauts fourneaux de récupération du carbone). La seconde comprend le développement de la technologie de réduction directe par l'hydrogène (impliquant l'utilisation directe de l'hydrogène dans les fours à cuve à injection directe d'hydrogène et l'utilisation indirecte de l'hydrogène dans les fours à cuve de récupération du carbone), ainsi que le développement de fours à arc électrique pour la production d'acier haut de gamme et de fours de fusion électriques pour la production de fer en fusion.

Axés sur le développement de la technologie de réduction de l'hydrogène dans les hauts fourneaux, les projets COURSE50 et SuperCOURSE50 sont au cœur des préoccupations. Selon Hideki Murakami, le projet COURSE50 comprend deux volets : la capture du dioxyde de carbone et la réduction des émissions. Le premier vise à réduire les émissions de CO₂ de 20 % grâce à la capture du CO₂ contenu dans les gaz de haut fourneau ; le second consiste à remplacer partiellement le coke par de l'hydrogène dans le haut fourneau, réduisant ainsi les émissions de CO₂ de 10 %. En 2020, un test d'injection d'hydrogène à température ambiante a permis de réduire les émissions de CO₂ de 16 % dans un haut fourneau d'essai COURSE50 de 12 m³. Prochainement, Nippon Steel installera un système d'injection de gaz riche en hydrogène dans le haut fourneau n° 2 de l'usine de Kimitsu et prévoit de lancer des essais d'injection à grande échelle dans un haut fourneau au cours de l'exercice 2026. Parallèlement, Nippon Steel atteindra la neutralité carbone grâce au projet COURSE50, en optimisant l'injection d'hydrogène externe à une température plus élevée que celle du haut fourneau COURSE50 du site de Kimitsu (Haute Fournaise d'essai Super COURSE50) et en combinant cette injection avec des technologies de captage et de stockage du carbone (CSC) ou de captage, d'utilisation et de stockage du carbone (CUSC). De plus, l'usine JFE Steel East Nippon Steel Works (Chiba) construit un haut fourneau de récupération de carbone de 150 m³ et lancera des essais en 2025.

Dans un haut fourneau équipé d'un système de récupération du carbone, le dioxyde de carbone contenu dans les gaz de combustion est transformé en méthane (CH₄) par une réaction de méthanation avec de l'hydrogène externe. Une partie de l'agent réducteur est issue de la transformation du coke, et le méthane récupéré est réutilisé comme agent réducteur, réduisant ainsi les émissions de dioxyde de carbone des hauts fourneaux. Axée sur le développement de la technologie de réduction directe par l'hydrogène pour la réduction des minerais de fer à faible teneur, Nippon Steel développera des fours de réduction directe par l'hydrogène, des fours à arc électrique et des fours de fusion électrique afin de produire des aciers de haute qualité à partir de minerais de fer à faible teneur.

Hideki Murakami a présenté que, pour la réduction directe de l'hydrogène à l'aide d'hydrogène, les recherches montrent que, comparée aux hauts fourneaux ordinaires, la technologie de réduction directe du minerai de fer à faible teneur à l'aide d'hydrogène peut permettre une réduction des émissions de dioxyde de carbone de 50 % ou plus d'ici 2030 : pour la technologie de réduction directe de récupération du carbone par utilisation indirecte de l'hydrogène, Nippon Steel convertit le dioxyde de carbone contenu dans le gaz du four de réduction en méthane par réaction avec l'hydrogène, et le méthane gazeux généré est utilisé comme agent réducteur ; Pour les fours à arc électrique utilisés pour la production d'acier de haute qualité, des études ont démontré que le procédé à grande échelle (d'une capacité d'environ 300 tonnes) utilise la réduction directe à l'hydrogène pour réduire la teneur en fer des minerais à faible teneur. Sa technologie de purification peut atteindre le même niveau que celle des hauts fourneaux (teneur en phosphore inférieure ou égale à 150 ppm et teneur en carbone inférieure ou égale à 40 ppm) d'ici 2030. Concernant les fours de fusion électrique utilisés pour la production de fonte, il a été démontré que l'utilisation de minerai à faible teneur permet une production aussi efficace que celle des hauts fourneaux, grâce à une technologie de contrôle des impuretés comparable. Nippon Steel Engineering & Technology Co., Ltd. prévoit de construire un four de fusion électrique pilote qui sera testé en 2026. Hideki Murakami reconnaît que de nombreux défis restent à relever pour parvenir pleinement à une sidérurgie à faibles émissions de carbone, notamment des investissements considérables en R&D, un approvisionnement stable et abordable en hydrogène et en électricité verts, ainsi que le coût élevé des technologies de captage et d'utilisation du carbone (CSC et CCUS).
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