水素還元製鉄を高速化する触媒を開発(Towards a faster hydrogen-based steel production)

2026-06-12 マックス・プランク研究所

ドイツのマックス・プランク協会(Max Planck Society)と共同研究チームは、水素を用いた低炭素製鉄プロセスの効率を高める新たな触媒技術を開発した。製鉄業は世界のCO₂排出量の大きな割合を占めており、従来のコークスを用いる高炉法に代わり、水素還元による製鉄が脱炭素化の有力手段として注目されている。しかし、水素還元反応は反応速度やエネルギー効率の面で課題があった。研究では、鉄鉱石の還元過程を促進する触媒を用いることで、水素による酸化鉄還元反応を大幅に加速できることを実証した。触媒は反応温度の低減やエネルギー消費削減にも寄与し、より効率的なグリーンスチール生産を可能にする。研究成果は、水素利用による製鉄技術の産業化を後押しし、鉄鋼産業の脱炭素化に向けた重要な進展と位置付けられる。今後は実機規模への展開や経済性評価が期待されている。

水素還元製鉄を高速化する触媒を開発(Towards a faster hydrogen-based steel production)
Nickel oxides serve as a catalyst precursor and accelerate the reduction kinetics by a factor of two, compared to an uncatalyzed hydrogen-based reduction. © Image taken from Nature Synthesis. DOI: 10.1038/s44160-026-01086-5

<関連情報>

持続可能な合金合成のための固体-固体触媒 Solid–solid catalysis for sustainable alloy synthesis

Xinren Chen  (陈信任),Baptiste Bienvenu,Tingting Yang  (杨婷婷),Baptiste Gault,Shaolou Wei  (魏绍楼),Xuyang Zhou  (周徐洋) & Dierk Raabe
Nature Synthesis  Published:08 June 2026
DOI:https://doi.org/10.1038/s44160-026-01086-5

Abstract

Metal production causes 10% of global greenhouse gas emissions, with most metals extracted from oxide ores via fossil-based pyrometallurgy, including melting. Solid-state hydrogen-driven redox reduction is not only a sustainable alternative, but can also be used to integrate reduction, in situ alloying of mixed oxides and microstructure design in one single process. Upon co-reduction of a Fe2O3–NiO mixture with hydrogen, we report a distinct type of solid–solid catalytic interaction between pre-reduced metal (Ni) and a transient oxide (FeO). This interaction accelerates hydrogen-based reduction by a factor of at least two, highlighting its potential relevance for improving reduction kinetics in hydrogen-based ironmaking and alloy production. Specifically, during hydrogen-driven co-reduction of Fe2O3 and NiO, Ni partitioning takes place across metal–oxide interfaces, driven by interface dynamics, during which restructuring continuously regenerates the catalytic sites that promote H2 spillover. These findings show that hydrogen-based alloy production is not only more sustainable than fossil-based practices, but can leverage kinetic and commercial advantages through solid–solid catalytic effects.

0701鉄鋼生産システム
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