煙なしの製錬 — 鉄鋼と仲間のためのクリーンな炉
石炭は最初の超高層ビルを作り、電子は次の文明を作る。私たちの世界では、炉は咳をせず、ハミングする。唯一の「煙」は意図的に回収する熱だけだ。
煙なしでの製錬の理由（そしてそれが思ったより簡単な理由）
古い冶金の「有害」な部分は金属自体ではなく、それを加熱・還元するための燃焼でした：高炉の石炭、鉱山トラックのディーゼル、プロセス熱のための油。燃焼を取り除き、物理は維持します。電気アーク、誘導コイル、水素が同じ仕事をより少ない副産物で行います。
- 同じ原子、新しい火：電子とH₂がコークスとディーゼルに代わります。
- クローズドループ熱：排ガスは蒸気とプロセス熱になり、天候の影響ではありません。
- 電力の豊富さ：ソーラーシード工場（パート3）が必要なメガワットを生み出します。
石炭を使わない鋼鉄 — 2つのクリーンルート
ルートA — スクラップ → EAF（電気アーク炉）
リサイクル鋼を電気アークで溶かします。石灰と酸素を少量加え、スキミングして鋳造、笑顔に。良質なスクラップがあれば最もエネルギー消費の少ないルートです。
電力：約0.35–0.60 MWh/トン鋼 O₂とフラックス：控えめ 電極：約1–2 kg/トンオプション：小規模鋳造用に誘導炉（1トンあたりの電力はほぼ同じ）を使用可能。
ルートB — DRI(H₂) → EAF
バージン鉄が必要な場合は、シャフト炉（DRI）で水素を使って鉄鉱石を還元し、その後EAFで溶解します。水素は一時的な電子キャリアに過ぎません。コークス炉も焼結炉も不要です。
水素：鋼1トンあたり約50–60 kg H₂ 電力（H₂含む）：約3.2–4.2 MWh/トン ペレット：高品位、低不純物電解槽は約50–55 kWh/kg H₂。太陽光を大きめに設置して安定的に供給します。
1トンあたりのチートシート（鋼）
投入物とエネルギー（液体鋼1トンあたり）
| ルート | 電力 | 水素 | ノート |
|---|---|---|---|
| スクラップ → EAF | ~0.35–0.60 MWh | — | クリーンスクラップが豊富な場所に最適 |
| DRI(H₂) → EAF | ~3.2–4.2 MWh* | ~50–60 kg | 電解槽＋圧縮＋EAF |
*電解槽は約50–55 kWh/kg H₂とクリーン電力を想定。
置き換えるもの（文脈のみ）
| 旧ルート | 燃焼エネルギー | 主燃料 |
|---|---|---|
| BF/BOF（高炉） | ~4–6 MWh/t（熱として） | コークス／石炭 |
| ディーゼル鉱山運搬 | — | 電気バンに置き換え（パート1） |
冶金は維持し、煙は除去します。
事前計算済みのプラントシナリオ（現場に優しい、スクリプト不要）
鉄鋼EAF（スクラップルート）
電力のみ。範囲はスクラップの混合比と実践を考慮しています。
| 容量 | 平均負荷 | PV最小 | 12時間蓄電 | ノート |
|---|---|---|---|---|
| 1 Mt/年 | ~57 MW | ~300 MWp | ~0.68 GWh | 0.5 MWh/t 設計 |
| 5 Mt/年 | ~285 MW | ~1.46 GWp | ~3.42 GWh | ベイ内の複数炉 |
日次エネルギーでサイズ決定されたPV「最小」: PVMWp ≈ 平均(MW) × 5.14 (5.5 PSH、85％効率)。
鉄鋼DRI(H₂) + EAF
電解槽が負荷の大部分を占める；EAFはスプリンターです。
| 容量 | 平均負荷 | 必要なH₂ | PV最小 | 12時間蓄電 |
|---|---|---|---|---|
| 1 Mt/年 | ~400 MW | ~55 kt/年 | ~2.05 GWp | ~4.8 GWh |
| 5 Mt/年 | ~2.0 GW | ~275 kt/年 | ~10.3 GWp | ~24 GWh |
電解槽の電力分配（年間1Mt）：約330～360 MW；EAF＋バランス：約40～70 MW。これらはスパイキーなマイクログリッドではなく、安定したマイクログリッドで運用します。
スペース＆キット（典型的な年間1Mtキャンパス）
| ブロック | 地域 | ノート |
|---|---|---|
| EAF溶解工場（2～3炉） | ~3～6 ha | 密閉、吸音パネル |
| DRIシャフト＋ペレットヤード | ~5～8 ha | ルートBを使用する場合 |
| 電解槽ホール | ~2～4 ha | コンテナ化されたスタック |
| 鋳造／圧延準備 | ~3～5 ha | ビレット、スラブ、ブルーム |
| PVフィールド（最小） | ~3.0～3.5 km² | 近隣の2.05GWp用 |
| 貯蔵ヤード | 約0.5–1km² | 4.8GWhのコンテナ |
冷却水と静けさのために湖（パート1）と共設しています。
鉄鋼の友（他の金属のためのクリーン炉）
アルミニウム — Hall‑Héroult法、端から端まで電化
アルミナ（Al₂O₃）は電解セルで溶融アルミニウムになります。電気カルシナーと、利用可能な場合は不活性陽極を組み合わせて、パーフルオロカーボンスパイクを排除します。
- 電力： アルミニウム（溶解）あたり約14–16MWh/t
- 精錬＆鋳造（電気）： +2–3MWh/t
- 年間500ktプラント： 平均約800MW • PV最小約4.1GWp • 12時間蓄電約9.6GWh
銅 — 焙焼＋電解精錬、きちんと
硫化物精鉱は発熱的に溶解します。SO₂を回収して硫酸（有用な製品）を作り、その後電解精錬で仕上げます。
- 電力： 陰極あたり約2.5–4.0MWh/t
- 年間1Mtのキャンパス： 平均約340MW • PV最小約1.76GWp • 12時間蓄電約4.1GWh
- 副産物： 酸プラントは浸出回路と近隣に供給
シリコン — 電気冶金
クォーツ + 炭素 → アーク炉で冶金グレードのシリコン。クリーン電力と排ガス回収で、明るく制御された雷雨のようです。
- 電力消費： 約11–14MWh/トン
- 年間10万トンプラント： 平均約137MW • PV最小約0.70GWp • 12時間蓄電約1.6GWh
- 太陽光への上流： 隣接するウェハ工場へのルート（パート3）
空気、水、近隣（設計上退屈なくらいクリーン）
空気
- コークスバッテリーなし。 EAFの蓋は閉じられ、煙は洗浄・ろ過されます。
- SO₂回収。 銅の排ガス → 硫酸；排気口の問題なし。
- アークフラッシュ、煙突ではありません。 騒音と光は囲いで遮断されています。
水
- 閉ループ冷却システムとドライクーラー；湖が季節変動を処理します。
- 未処理排水ゼロ；私たちは「排水なし」をライフスタイルとして好みます。
- PVフィールドの雨水は簡単な処理を経てプロセス補給水になります。
Q&A
「水素は危険ですか？」
それはエネルギッシュで尊重に値します — 電気のように。電解槽は屋外に置き、配管は短く、センサーは至る所に設置し、設計はあえて地味にしています。
「スクラップの品質はどうですか？」
私たちは積極的に事前選別します（パート2 エネルギー投入、エネルギー出力）。新鉄が必要なときは、DRI(H₂)が輸入による1世紀分の排出なしにそのギャップを埋めます。
「これはかなりの電力ではないですか？」
そうです — それがポイントです。太陽光工場は大規模に電力を生み出します（パート3）。私たちは言い訳よりも速くコレクターを作り、それを炉に直接配線します。
次は：Steel: Bones of Civilization — Casting Slabs, Billets & Beams（パート5）。私たちは太陽の光を、1世紀持ちこたえるほど強い形に注ぎ込みます。