高炉に水素を吹き込むとどこまで減るか — COURSE50・Super COURSE50 の削減幅と、高炉を残す道の上限

（本稿の情報は2026年11月時点）

鉄鋼は日本の産業部門CO2排出の大きな部分を占め、その大半は高炉法に由来する。だから「高炉に水素を吹き込む」技術は、国内の脱炭素投資で最も金額が大きいテーマの一つになっている。ただし投資判断と調達計画の前提として最初に固定すべきなのは、削減の方向ではなく削減の段階構造だ。高炉を残したまま水素を吹き込む方式は、還元に使う炭素の一部を水素に置き換える技術であり、構造上ゼロにはならない。ここを読み違えると、2030年代の鋼材調達コストと脱炭素効果の両方を見誤る。

「水素還元製鉄」が指す3つの別物

国内の報道やIR資料で「水素還元製鉄」と括られる技術は、少なくとも3つに分かれる。既存高炉の羽口や炉体から水素含有ガスを吹き込み、コークスが担う還元の一部を水素に置き換える方式は、既存設備をほぼそのまま使えるため投資額が相対的に小さく、高炉の資産寿命を前提にした移行策になる。これに対して水素直接還元（H2-DRI）は高炉を使わず、固体の鉄鉱石を水素ガスで直接還元して還元鉄を得る。原理的には還元由来のCO2をほぼゼロにできるが、高炉・コークス炉という既存資産を捨て、新設備と大量の水素供給を前提にする。そして還元鉄を電気炉で溶解する一貫構成では、電力の脱炭素度が最終的な排出を決める。

方式	削減幅の位置づけ	既存設備の活用度	必要投資の性格	律速条件
高炉への水素吹き込み	所内水素で約10%、CO2分離回収と合わせて約30%、外部水素の大量導入で50%超を狙う段階構造	高（高炉・転炉を継続使用）	設備改造＋ガス処理設備	炉内熱バランス、コークスの構造機能
水素直接還元（H2-DRI）	還元工程由来をほぼゼロまで	低（高炉・コークス炉を廃止）	新設プラント＋水素インフラ	水素の価格と大量安定供給
DRI＋電気炉	上記＋電力の脱炭素度に依存	中（圧延以降は継続）	電炉新設＋系統容量	低炭素電力の価格・調達量

出典：Climate tech news（CTJPN）整理（根拠は本文および主要出典）

三者は同じ技術系列ではない。高炉水素吹き込みは「ゼロエミッション技術」ではなく、既存高炉を使い続けながら排出原単位を切り下げる手段である。この区分を調達計画の冒頭に置かないと、「水素還元鋼を買えばゼロになる」という前提でScope 3の削減シナリオを組み、後から数字が合わなくなる。

コークスの三つの役能が天井をつくる

高炉は還元炉であると同時に、熱源炉であり溶解炉でもある。ここが天井の正体だ。

コークスは炉内で複数の役能を同時に果たす。鉄鉱石から酸素を奪う還元剤、炉内の高温を維持する熱源、そして数十メートルの装入物の荷重を支えながらガスの通り道を確保する充填構造体としての機能である。水素が代替できるのは、このうち還元剤の一部に限られる。

熱の制約は直接的だ。高炉では羽口前でのコークスの燃焼（C + 1/2 O2 → CO）が炉内の熱を供給し、COによる間接還元（FeO + CO → Fe + CO2）はわずかに発熱する。一方、水素による還元（FeO + H2 → Fe + H2O、Fe2O3 + 3H2 → 2Fe + 3H2O）は吸熱であり、置換を進めるほど炉下部の熱が不足する。吹き込み率を上げるには水素を予熱して持ち込むか、別の熱源を足すという対策が要る。Super COURSE50 が外部水素の加熱を前提にするのは、この熱バランスの制約に正面から向き合っているからだ。

コークスの役能	内容	水素での代替可能性	代替時に生じる問題
還元剤	鉄鉱石から酸素を奪う	部分的に可能	吸熱反応化による炉下部の温度低下
熱源	燃焼・反応熱で炉内温度を維持	困難	予熱・追加熱源が別途必要
充填構造体	装入物荷重の支持・通気性確保	原理的に不可	炉内通気が崩れ操業が成立しない
浸炭源	溶銑への炭素供給	不可	転炉工程の前提が変わる

出典：Climate tech news（CTJPN）整理（根拠は本文および主要出典）

決定的なのは充填構造体の行だ。コークスを一定量入れ続けなければ高炉は物理的に動かない。還元剤としての炭素をどれだけ水素に振り替えても、通気と荷重支持のためのコークスは残り、その燃焼・反応によるCO2も残る。高炉を残す道の上限は、技術開発の努力不足ではなく、この物理から来ている。

COURSE50 の約30%を内訳に分解する

NEDO の「環境調和型製鉄プロセス技術開発（COURSE50）」は、高炉からのCO2排出を約30%削減することを目標に据えた。投資判断を誤らせやすいのは、この30%の読み方である。

COURSE50 の30%は、二つの異なる技術の合算として設計されている。水素による鉄鉱石還元の活用で約10%、高炉ガスからのCO2分離回収と未利用排熱の活用で約20%、合わせて約30%という構成だ（NEDO／COURSE50 公表資料）。水素を吹き込んだ結果30%減ったのではない。水素吹き込みの寄与は目標上約10%で、残りの三分の二は分離回収設備と、回収後の貯留・利用先を確保しなければ成立しない部分である。公表ロードマップでは2030年頃の実機化と、その後の普及が置かれてきた。

項目	内容	削減寄与（目標値）	成立条件
水素還元（コークス炉ガス由来水素の活用）	高炉内の還元反応の一部を水素化	約10%	炉内熱バランスの維持
高炉ガスからのCO2分離回収＋未利用排熱活用	化学吸収等による分離、排熱でエネルギー補填	約20%	回収エネルギーの確保、CO2の貯留・利用先
合算（COURSE50 目標）	上記2本の合計	約30%	両方の同時成立

上の内訳は NEDO／COURSE50 の公表目標に基づく。

ここで強調しておくべきは、約10%が目標値であって実機の確定値ではないことだ。試験高炉での水素還元試験では、条件によって目標を上回る削減率が確認されたと公表されてきた一方、実機では吹き込み率を抑える制約が加わる。COURSE50／Super COURSE50 の試験高炉は内容積12 m³級で、国内の実機高炉は概ね4,000〜5,800 m³級である。330〜480倍のスケール差があり、炉内のガス流れ、装入物の降下挙動、炉壁への熱負荷は規模とともに非線形に変わる。試験高炉で成立した条件が実機でそのまま再現される保証はない。

Super COURSE50 と外部水素への依存

NEDO のグリーンイノベーション基金事業「製鉄プロセスにおける水素活用」は、COURSE50 の延長線上に Super COURSE50 を位置づけている。違いは水素の出どころだ。

COURSE50 はコークス炉ガスに含まれる水素、すなわち製鉄所内で得られる水素を使う。外部からの購入費はかからないが、コークス炉ガスは現状で所内の燃料・発電に使われているため転用には機会費用が発生し、水素を取り出す改質・分離にもエネルギーと設備費がかかる。それでも使える量に上限がある。Super COURSE50 は外部から供給される水素を大量に導入し、加熱して吹き込むことで水素還元の寄与を積み上げる構想で、高炉法での50%超の削減が目標水準として掲げられている（NEDO グリーンイノベーション基金 公表資料）。この50%超が分離回収を含む水準なのか水素還元単独の水準なのかは、同事業の研究開発・社会実装計画の目標欄で確認するのが確実だ。

方式	目標削減水準	水素源	主な前提条件	2026年11月時点の段階
COURSE50	約30%（水素還元約10%＋CO2分離回収約20%）	所内副生ガス（コークス炉ガス）由来	CO2の貯留・利用先の確保	試験高炉での実証を経て要素技術の実機適用検討段階
Super COURSE50	高炉法で50%超	外部水素（加熱・大量供給）	水素の価格と安定供給、炉内熱バランス対策	試験高炉規模での検証を継続、実機移行の判断は2027〜2030年に置かれている
水素直接還元（H2-DRI＋電炉）	還元工程のほぼ全量	外部水素（大量）	新設投資、低炭素電力、低品位鉱対応	小規模試験設備での検証段階

目標水準は NEDO グリーンイノベーション基金および COURSE50 の公表目標に基づく。進捗区分は公表情報をもとに Climate tech news（CTJPN）が整理した。

経済性の構図はここで反転する。COURSE50 の約10%は所内の副生ガスで取れるため外部調達費が発生しないが、Super COURSE50 の上積み分は外部水素の購入量に比例する「買う削減」になる。削減幅は技術開発の成果というより、水素価格と供給インフラの関数になる。

削減幅を水素購入費に換算する

削減率を調達の言葉に翻訳する。高炉一貫法の粗鋼1トンあたりCO2排出原単位は、国内各社の公表や日本鉄鋼連盟の整理ではおおむね1.8〜2.0 t-CO2/t-粗鋼（所内直接排出ベース）の水準にある。IEA の国際整理では BF-BOF を2.2 t-CO2/t 前後とする例もあり、以下の試算は中央値1.9を前提とする。この基準では10%削減は0.19 t-CO2/t に相当する。

必要水素量は化学量論から概算できる。Fe2O3 + 3H2 → 2Fe + 3H2O から、鉄1トンの還元を全量水素で担う場合の理論必要量は水素約54 kg/t-鉄である。還元炭素の10%分を水素に置き換えるなら理論量は5.4 kg/t だが、炉内の水素利用率は水性ガスシフト平衡に制約されて100%には届かない。高炉内の利用率は3〜4割台とされる水準から7割程度までの幅で議論されており、どちらを置くかで費用が倍近く動く。そこで40%と70%の2ケースを併記する。

水素価格は、資源エネルギー庁の水素基本戦略が供給コスト目標として2030年に30円/Nm³、2050年に20円/Nm³ を掲げている。30円/Nm³ は約330円/kg に相当する。戦略策定時に当時の供給コストとして参照された100円/Nm³ は約1,100円/kg であり、2026年時点の製鉄所規模の調達価格は水素社会推進法（低炭素水素等の供給及び利用の促進に関する法律、2024年成立・施行）の価格差支援の基準価格に左右されるため、ここでは330円/kg・550円/kg・1,100円/kg の3点で感度を取る。

水素価格	炉内水素利用率	必要水素量（kg/t-粗鋼）	水素購入費（円/t-粗鋼）	削減コスト（円/t-CO2）
330円/kg（30円/Nm³、2030年目標）	70%	7.7	2,540	約13,400
330円/kg	40%	13.5	4,460	約23,400
550円/kg	70%	7.7	4,240	約22,300
550円/kg	40%	13.5	7,430	約39,100
1,100円/kg（戦略策定時の参照水準）	70%	7.7	8,480	約44,600
1,100円/kg	40%	13.5	14,850	約78,200

出典：Climate tech news（CTJPN）試算（前提は本文）

注：還元炭素の10%を水素に置換するケース。原単位1.9 t-CO2/t-粗鋼、削減量0.19 t-CO2/t-粗鋼、銑鉄/粗鋼比1.0、水素1 kg＝11.2 Nm³ 換算。設備改造費・予熱エネルギー費・コークス削減による原料費減は含まない水素購入費のみの試算である。置換率10%と総CO2の10%削減は一致せず、高炉の投入炭素には熱源・浸炭分も含まれるため、総CO2基準で10%を削るには必要水素量がこの試算を上回る。

表が示すのは幅の大きさだ。2030年の供給コスト目標が実現し、かつ炉内利用率が70%に達する最良条件でも、水素購入費だけで削減コストは約13,400円/t-CO2 になる。利用率が40%に留まるなら約23,400円/t-CO2、価格が1,100円/kg なら約44,600円/t-CO2 まで上がる。設備改造費と予熱の追加エネルギーはこの上に積まれる。外部水素で高炉の削減幅を押し上げる路線が経済的に成立するのは、価格が330円/kg を十分に下回り、同時に実機で高い利用率が確認される場合に限られる。

比較すべきは他の削減手段だ。COURSE50 の枠組みでは化学吸収法による分離回収コストの低減が目標に置かれ、2,000円台/t-CO2 という水準が目標として示されてきた（NEDO／COURSE50 公表資料）。ただしこれは分離回収のみの目標値であり、輸送・貯留を含めた総額が水素吹き込みの削減コストを下回るかは、経済産業省のCCS長期ロードマップに沿って進む国内CCS事業のコストが固まるまで確定しない。手を付ける順番としては、所内副生ガスで取れる約10%が外部調達費を要さない点で最も有利であり、次にCO2分離回収、そして設備更新のタイミングに合わせた電炉・直接還元への転換という順序が、現時点の単価構造からは導かれる。

課題・反論・代替視点

この整理に対する最も強い反論は、水素吹き込みの寄与は約10%で頭打ちだという前提そのものへの疑義である。約10%は COURSE50 の目標値であり、試験高炉では条件次第でこれを上回る削減率が報告されてきた。実機で高い吹き込み率と利用率が成立するなら、天井は化学量論よりも上にある。この場合、制約の所在は反応論ではなくスケールアップと水素価格に移る。もっとも、コークスが熱源と充填構造体として残らざるを得ないという論点は、そのシナリオでも有効な上限として効き続ける。高炉を残す限り排出はゼロにならないという結論は、寄与率の数値が動いても変わらない。

もう一つの反論は、削減コストの単価だけで技術を順序づけるのは乱暴だという指摘だろう。既存高炉の残存簿価、雇用、立地のサプライチェーンを維持したまま排出を切り下げられる点は、資本と地域の観点では大きい。電炉転換はスクラップの質に依存し、自動車用高級鋼板のような高品位材を安定供給できるかという別の壁がある。欧州でも2024年以降、大型DRI計画の一部で投資判断の見送りや設計変更が公表されており、ArcelorMittal がドイツ等の直接還元案件を進めないと公表した事例はその代表だ。DRI一本槍が最短路とは限らないという証拠は増えている。

水素価格の前提にも不確実性がある。試算は供給コスト目標の330円/kg を下限側に置いたが、製鉄所規模で大量供給される水素がこの価格で届くかは、輸入インフラと国内供給網の整備速度に依存する。価格差支援が適用されれば実質負担は下がるが、支援の期間と規模には限りがある。水素が高止まりすれば Super COURSE50 の上積み分は経済的に成立せず、高炉の削減はCO2分離回収込みの約30%水準で実質的に止まる。

代替視点として挙げておくべきは、削減の起点を製鉄プロセスに置かない考え方だ。鋼材の使用量を減らす設計、長寿命化、スクラップの品質管理と循環率の向上は、製鉄所の投資を伴わずに最終製品あたりの排出を下げる。鋼材を調達する自動車・建設側にとっては、低炭素鋼の価格を見比べる前に、使用量と循環の設計で取れる削減のほうが単価が低い場合がある。

日本市場・日本企業への示唆

欧州の先行事例は条件が違う。スウェーデンの HYBRIT（SSAB・LKAB・Vattenfall）は安価な低炭素電力、良質な鉄鉱石、系統の余裕という前提のうえに成り立っており、日本にそのまま持ち込めない。日本の製鉄所は臨海部に大型高炉を集約し、1基あたりの資産規模が大きく残存寿命もある。電力価格は北欧より高く、系統の余裕も限られる。だから日本では高炉を使い続けながら排出を削る移行期が欧州より長くなり、水素吹き込みとCO2分離回収の組み合わせが国内の主軸に置かれてきた。欧州でDRI投資の見直しが出ている現況は、この移行期の設計が日本固有の消極策ではないことを示している。

制度面では、GX-ETS が2026年度から第2フェーズに入り、改正GX推進法に基づいて一定規模以上の直接排出事業者に排出枠の遵守義務が及ぶ段階に移っている（経済産業省・GXリーグ事務局の公表資料）。鉄鋼は対象の中心であり、削減コストの単価と排出枠価格の関係が投資判断の基準線になる。水素吹き込みの削減コストが最良条件でも約13,400円/t-CO2 という水準にある以上、排出枠価格がそこに届かない局面では、制度上認められるクレジット利用の範囲内で遵守を組み立てるほうが安い。ただしクレジットによる遵守には制度上の制限が設けられる設計であり、上限と対象種類を確認せずに回避策として織り込むのは危うい。水素吹き込みへの投資は、価格差支援や基金の補助を織り込んだ実質コストで評価するのが現実的だ。

鋼材を調達する側の示唆は、調達を一本で考えないことに尽きる。高炉水素吹き込みで得られる低炭素鋼は、原単位を1〜3割下げた低炭素材であってゼロ材ではない。Scope 3 でゼロ水準を求められる用途があるなら、電炉材や水素直接還元材を別枠で調達する二本立ての計画が整合する。国内高炉各社の低炭素鋼（日本製鉄 NSCarbolex Neutral、JFEスチール JGreeX、神戸製鋼所 Kobenable Steel など）はマスバランス方式で削減価値を特定製品に割り当てる設計であり、割当のルールと第三者検証の範囲を確認せずに数字を受け取ると、Scope 3 の削減主張が後から崩れる。長期契約では「水素還元鋼」という名称ではなく、t-CO2/t-鋼材の原単位と検証方法を契約条件に書き込むことで、名称と実態のずれを避けられる。

まとめ

高炉に水素を吹き込む技術の削減幅は、所内副生ガスで取れる約10%、CO2分離回収を足した約30%、外部水素の大量導入で狙う50%超という段階構造になっている。前の二段は COURSE50 の公表目標として設計された水準であり、三段目は Super COURSE50 が外部水素を前提に掲げる水準だ。段を上がるごとに、削減は技術の成果から購入する財に変わる。本稿の試算では、還元炭素の10%を水素に置き換えるだけで、水素購入費のみの削減コストが約13,400〜78,200円/t-CO2 の幅に分布した。幅を決めるのは水素価格と炉内の水素利用率である。

この構造が示すのは、高炉水素吹き込みが移行策として設計された技術だということである。コークスは熱源と充填構造体としても炉内に残り続け、その分のCO2も残る。だから所内の副生ガスで取れる一段目を確実に取ったうえで、そこから先はCO2分離回収と貯留の出口を確保するか、設備更新のタイミングで電炉・直接還元に移るかという別の意思決定になる。「水素還元でゼロになる」という理解のまま設備計画と調達計画を組めば、2030年代後半に数字の辻褄が合わなくなる。

分水嶺は、国内の実機高炉で水素吹き込みを行うかの判断が下される2027〜2030年に来る。その時点での水素の実勢価格、国内CCS事業のコストと貯留サイトの確定状況、GX-ETS の排出枠価格という三つの変数が、高炉を残す道と捨てる道のどちらが安いかを決める。鋼材を調達する側は、この判断が供給側で下される前に原単位と検証方法を契約条件として書ける体制を整えているかどうかで、2030年代の調達コストに差がつくことになる。

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主要出典

• NEDO（国立研究開発法人新エネルギー・産業技術総合開発機構）「環境調和型製鉄プロセス技術開発（COURSE50）」事業概要・成果報告（水素還元約10%＋CO2分離回収約20%＝約30%の目標構成、試験高炉の仕様） — https://www.nedo.go.jp/
• NEDO グリーンイノベーション基金事業「製鉄プロセスにおける水素活用」研究開発・社会実装計画（Super COURSE50 の目標水準、直接還元テーマの目標） — https://www.nedo.go.jp/
• 資源エネルギー庁「水素基本戦略」（2023年6月改定。供給コスト目標 2030年30円/Nm³、2050年20円/Nm³） — https://www.enecho.meti.go.jp/
• 経済産業省「GX実現に向けた基本方針」および改正GX推進法・GX-ETS関連資料（2026年度からの第2フェーズ、義務対象、遵守手段の設計） — https://www.meti.go.jp/
• 経済産業省「CCS長期ロードマップ」および先進的CCS事業関連資料（分離回収・輸送・貯留のコスト前提） — https://www.meti.go.jp/
• 一般社団法人日本鉄鋼連盟「カーボンニュートラル行動計画」および鉄鋼業の2050年カーボンニュートラルへの取り組み（高炉一貫法の排出原単位、産業部門に占める比率） — https://www.jisf.or.jp/
• GXリーグ事務局「GX-ETS の制度設計に関する資料」 — https://gx-league.go.jp/
• IEA「Iron and Steel Technology Roadmap」（2020年公表。BF-BOF の原単位およびDRI・電炉の国際的な位置づけ） — https://www.iea.org/
• 日本製鉄・JFEスチール・神戸製鋼所 各社の低炭素鋼製品（NSCarbolex Neutral、JGreeX、Kobenable Steel）に関する公表資料（マスバランス方式による削減価値の割当と第三者検証の範囲）