2020年10月26日 ，日本首相菅義偉宣布，日本將在2050年實現溫室氣體零排放，完全實現“碳中和”。當下，以應對氣候變暖制約經濟增長和作為經濟增長代價的時代已經結束。國際社會已經進入了將應對氣候變暖轉變為經濟增長機遇的時代。

本文對2021年3月日本經濟產業省和各有關府省制定的“實現2050年碳中和的綠色發展戰略”（以下簡稱：綠色發展戰略）做簡要介紹。

綠色發展戰略概要

為在2050年實現 “碳中和”，日本制定了14個主要相關產業的綠色發展戰略“實施計劃”，內容包括該產業的現狀和需解決的課題、今后的發展方針和2050年前的路線圖。鋼鐵業屬于這14個產業中的“碳循環·原料產業”。

綠色發展戰略對于各產業通用的主要政策包括預算、稅制、金融、規制改革·標準化、國際合作等方面。例如，在預算方面，在NEDD（日本新能源·產業技術綜合開發機構）建立了2萬億日元的“綠色創新基金”，對包括氫煉鐵在內的18個項目進行研究開發。

電力產業的脫碳化是實現2050年“碳中和”目標最為關鍵的一步，需要發展可再生能源、氫能發電和以CO2回收為前提條件的火力發電、核能發電，逐步實現電力產業的脫碳化。

對于電力產業以外的其他產業（工業、運輸等），要大力推進電氣化，通過與“碳中和”的電氣化組合，逐步實現這些產業的脫碳化。對于難以實現電氣化的高需求產業，要逐步利用氫等脫碳燃料，并從化石燃料中回收、再利用CO2。對于這些產業，必須進行創新型的制造工藝的開發和脫碳技術的開發。

除上述措施外，對于最終仍難以實現脫碳化的產業，采取植樹、直接空氣碳捕獲與儲存（DACCS）、生物能源碳捕獲與儲存（BECCS ）等技術逐步實現碳中和目標。

材料產業的實施計劃

鋼鐵等各種金屬、化學品、水泥、紙張等材料是支撐人們生活的重要物資。這些材料的輕量化、強韌化有助于下游工序的節能和資源的節約。

另外，材料產業在材料生產制造過程中會排出大量的CO2，其中鋼鐵業的CO2排放目前相對較高，需要對鋼鐵生產工藝進行根本性變革。

總體來說，為在2050年實現“碳中和”，需要推進在創新型金屬材料、創新型的冶煉、軋制及加熱方法、資源有效利用等方面的研究開發（圖1）。

3.1創新型金屬材料

3.1.1簡介

實現汽車、船舶、飛機等各產業的“碳中和”，需要創新型的金屬材料支撐。例如，為提高能效，要推進運輸機械的輕量化，輕量強韌化金屬材料不可或缺。為實現5G、6G高度發展的信息通信社會，需要開發高強度、高導熱率的新型合金，以使數據中心節能化。

此外，在社會公共設施領域，為擴大使用新型的無碳能源，需要提供滿足各種特性要求的材料。例如，對于氫供給設備，為防止氫脆的發生，需要開發耐氫腐蝕性優良的創新型金屬材料。

3.1.2具體研發方向

為使產業界最終產品達到脫碳化的目標，應實現創新型金屬材料的開發和供給，降低運輸機械的燃料消耗，高度發展信息通信社會。例如，開發出超過現有汽車用高強度鋼板的創新型超高強度鋼板，以及多種材料復合（多元化材料）等，使運輸機械在保持成本競爭力的同時進一步輕量化。

飛機發動機電動化需要使用新型合金和高耐熱性材料。為此要加速開發飛機發動機用的全新高性能材料，以使新一代飛機輕量化和飛機發動機高效率化，降低飛機的燃料消耗，預計這項研究將使2040年全年飛機發動機CO2減排量達到92.8萬噸。此外，為實現數據中心的省電化，早日實現5G、6G社會，還要開發功能性合金，既提高熱傳導率，又實現高強度化。

在社會公共設施方面，要開發出適于日本國內特殊自然條件的高強度、短工期、低成本的海上風力發電用結構材和電纜用材。對于日本現在依存于海外企業的海上風力發電產業，要構建海上風力發電的國內產銷鏈，從而實現海上風力發電裝置的低建造成本和低維護維修成本。

3.2主要存在的問題

3.2.1簡介

金屬材料在實現“碳中和”社會中具有很大作用，但目前金屬材料在制造階段（冶煉、軋制）仍會排放大量的CO2，其脫碳化是當務之急。

在冶煉工序，如能用氫取代用作鐵礦石還原劑的煤炭，則可大幅降低CO2排放量。但焦炭的還原反應是放熱反應，而利用氫的還原反應是吸熱反應，隨著氫還原反應的進行，高爐會冷卻。為連續進行還原反應，需要補充熱量。此外，減少煤炭用量，反應氣體在爐內流通需要的間隙發生怎樣的變化等技術方面的問題解決難度很大，所以目前在世界上尚未建立起氫還原鐵的技術。另外，低成本氫的供應問題也尚未解決。

對于軋制及加熱工序，加熱爐的能耗很大，存在電費等能耗成本過大的問題。為此，需要對加熱爐開展大幅節能創新加熱技術的開發。

3.2.2具體研發方向

鋼鐵產業“碳中和”的目標是，率先在世界上進行CO2排放量實質為零的“零碳鋼鐵”技術的開發和應用，到2050年使綠色鋼鐵的市場份額達到5億噸/年。

為此實施的措施包括：在鋼鐵生產的還原及冶煉工序，開發利用高爐進行氫還原鐵礦石的技術，分離回收高爐煤氣中的CO2和將回收的CO2轉化為還原劑再利用的技術，以及減少鋼鐵生產中CO2排放量的技術。為實現2050年的“零碳鋼鐵”目標，確立了支撐全氫還原鐵礦石的“氫直接還原法”的基礎技術，包括鐵礦石還原需要的爐內熱補償技術、原料中的雜質去除技術、電爐熔煉還原鐵的技術等。

在熔煉和軋制工序（包括鋼鐵及非鋼行業），開發省電化電解和軋制再加熱的電加熱化等CO2減排技術。一般來說，電加熱的能源效率低于化石燃料的能源效率，因此要提高電加熱裝置用材的熱傳導率，推進電加熱的節能化，以降低材料的生產成本。

3.3資源的有效利用

3.3.1簡介

日本的礦產資源對外依存度很高，為實現金屬材料的穩定供給，必須提高國內產生的廢金屬料的循環利用水平，并致力于實現資源的節約。

此外，要擴大環境友好型金屬材料的應用，降低金屬材料制品全生命周期的CO2排放量，參與制定關于全生命周期環境負荷評價的國際標準，以規范和促進綠色金屬的普及與應用。

3.3.2具體研發方向

通過資源循環利用的擴大和制品長壽化使CO2排放量下降，以實現脫碳化，并降低資源的制約性。例如，可以預見，輕量化材料鋁在汽車制造中的需求將會增大。預計到2050年鋁材在全球汽車用材市場中的份額將增加50%，達到約1.4億噸。為此，要進行可將廢鋁材循環用于汽車車體材料的高端循環利用技術的開發，使鋁材的資源循環利用率由現在的10%提高到50%（2050年）。

在鋼鐵材料方面，汽車板等高等級材料還依賴于高爐-轉爐長流程工藝，為此要開發和利用雜質去除技術，從而實現由長流程向短流程工藝的轉變，促進鋼鐵材料的循環利用。

此外，從含有微量稀有金屬元素等的鐵礦石、廢金屬料和海洋中提取和回收稀有金屬技術，稀有金屬的再利用、再資源化技術，減少稀有金屬用量技術，以及用非稀有金屬替代稀有金屬技術的開發和高端化，可以有效地緩解稀有金屬資源短缺的制約。