発电用燃料として注目集めるアンモニア、官民の研究开発が加速するそのワケは【エネルギー自由化コラム】
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农业用肥料などに使用されてきたアンモニアが、発电用燃料として注目を集めています。政府が2050年の温室効果ガス排出実质ゼロ（カーボンニュートラル）を目指す中、燃やしても二酸化炭素を排出しないことから、化石燃料を燃やす火力発电の后継と期待されているのです。产业界ではアンモニア発电の実用化を目指し、研究、开発の动きが加速してきました。
滨贬滨がアンモニア混焼率7割を达成
横浜市磯子区新中原町の滨贬滨横浜事业所から3月末、ニュースが飞び込んできました。新エネルギー?产业技术総合开発机构（狈贰顿翱）の委託を受け、2020年10月から进めてきた2000キロワット级试験用ガスタービンでのアンモニアと天然ガスの混焼実験で、热量比率70％のアンモニア混焼を达成したのです。
アンモニアはこれまで、农业用肥料などに使用されてきましたが、燃えにくい性质を持つことから、燃料としての利用に目を向けられることがありませんでした。燃焼速度が天然ガスより遅いうえ、液体のアンモニアを燃焼器に投入すれば、その気化热で燃焼器の温度が低下する难点を抱えているからです。
気体のアンモニアを燃焼器に供给する场合は、蒸発器や制御弁などの付帯设备を大型化しなければなりません。その结果、设备コストが大幅に増え、実用化のハードルを高くしてしまいます。设备コストを抑え、安定燃焼を実现することが、开発の大きな课题となっていたわけです。
一时的にアンモニア専焼にも成功
滨贬滨は2018年、2000キロワット级ガスタービンで热量比率20％の気体アンモニアを天然ガスと混ぜて安定燃焼させることに成功しました。同时に、窒素酸化物の発生量を抑えられることも実証しています。
しかし、混焼率をさらに高めなければなりません。そこで、2019年から东北大流体科学研究所の小林秀昭教授、国立产业技术総合研究所とともに、アンモニアを安定燃焼させる技术开発に取り组んできました。
选んだ方法は液体アンモニアを直接喷雾して利用するための燃焼器の改良です。燃焼器は喷射弁を改造して内部の空気をこれまで以上にかき混ぜる构造にしました。滨贬滨が长年开発してきた航空机エンジンの技术を応用したのです。その结果、アンモニアの燃焼を安定化させることに成功し、混焼率70％を达成しました。
さらに、一时的ではあるものの、液体アンモニアの専焼にも成功しました。滨贬滨はこの技术を活用してさらに研究、开発を进める方针で、「2025年をめどにしてアンモニア専焼ガスタービンの商用化を目指したい」と意気込んでいます。
闯贰搁础は自社生产へペトロナスと协业の覚书
国内最大の火力発电事业者である闯贰搁础は、燃料用アンモニアの自社生产に向け、マレーシアの国営エネルギー公司?ペトロナスと协业の覚书を交わしました。ペトロナスはアジア有数のアンモニア製造事业者で、技术面で相互协力しようとしているわけです。
アンモニアの製造には、约100年前に确立された「ハーバー?ボッシュ法」と呼ばれる手法が使われています。天然ガスなどに含まれるメタンから分离された水素と、大気中の窒素を高温高圧で合成するものです。しかし、原料に化石燃料を使ううえ、合成の过程で多くのエネルギーを必要とするため、大量の二酸化炭素を排出するのが现状です。
しかし、再生可能エネルギーで水を分解して水素を作り、より少ないエネルギー消费で合成できるようにすれば、製造工程で二酸化炭素を排出しないグリーンアンモニアを作ることができます。
今回の覚书は闯贰搁础とペトロナスの协业でグリーンアンモニアの大量生产を目指しています。闯贰搁础は「ペトロナスとの协业で脱炭素社会への移行に寄与したい」と意欲的です。
狙いは石炭や天然ガスなどの后継燃料
闯贰搁础は2050年までにカーボンニュートラルを目指す目标を掲げています。国内に30近い火力発电所を持ち、石炭や天然ガス、石油といった化石燃料を燃やしています。设备容量は7044万キロワット。2019年度で年间约1亿6000万トンの二酸化炭素を排出しています。
化石燃料を使用していたのでは、目标の达成は困难です。アンモニアを製造工程のエネルギーに再エネ由来の电力を使って自社生产することで、化石燃料を使った火力発电をアンモニア混焼からアンモニア専焼に切り替えていこうと考えています。水素の燃料利用も头にあります。
闯贰搁础は狈贰顿翱が募集するアンモニア混焼火力発电技术の実証事业に応募しました。认められれば、爱知県の発电所で実験を进めることを検讨しています。
多额の初期投资なしにエネルギー転用が可能
アンモニアといって思い浮かぶのは、刺激臭を持つ有害物质のイメージか、古くから肥料に使われてきたことでしょう。しかし、肥料以外にも火力発电所で出る窒素酸化物の还元剤、メラミン树脂やナイロンの原料として利用されています。
そんなアンモニアに燃料としての役割が期待されるのは、燃焼させても二酸化炭素を排出しないからです。しかも、生产や运搬、贮蔵の技术、サプライチェーンが确立されているため、初期投资をそれほどかけずにエネルギー転用することができます。
将来的には水素の输送媒体として利用することが考えられています。アンモニアは分子式が「狈贬3」で、窒素と水素の化合物です。大量输送の难しい水素をアンモニアに変换して输送し、利用场所で水素に戻そうというわけです。未来の水素社会构筑にも欠くことができない存在なのです。
全石炭火力のアンモニア専焼で二酸化炭素を半减
経済产业省は当面、石炭火力でアンモニアを混焼し、二酸化炭素の排出を削减する方针です。しかし、その先ではアンモニア専焼に进み、カーボンニュートラルの达成に贡献させたい考えを持っています。
経产省によると、2018年度の国内二酸化炭素排出量は约12亿トンで、うち电力部门が约4亿トンを占めました。国内の全电力大手が持つ石炭火力で20％のアンモニア混焼を実现すれば、二酸化炭素の排出削减量は约4,000万トンに上ると试算されています。
これを50％に高めたら、削减量は约1亿トンになります。石炭をすべてアンモニアに置き换えたとしたら、削减量は约2亿トン。电力部门が排出している二酸化炭素量をざっと半分にすることができます。
| ? | 20％混焼 | 50％混焼 | 専焼 |
|---|---|---|---|
| 二酸化炭素排出削减量 | 约4,000トン | 约1亿トン | 约2亿トン |
| アンモニア需要量 | 约2,000万トン | 约5,000万トン | 约1亿トン |
サプライチェーンの强化も今后の课题に
未来の主力エネルギーと期待される水素と比べると、コストがかからないのもアンモニアの强みです。経产省によると、発电コストは水素が1キロワット时当たり97.3円なのに対し、アンモニアは23.5円です。
ただ、課題も残っています。アンモニアの安定確保です。国内の全石炭火力で20％の混焼をするとなると、必要になるアンモニアの量は約2000万トン。これは世界のアンモニア輸出入量とほぼ同じです。専焼することになれば约1亿トンのアンモニアが必要になります。
闯贰搁础のように各社が自社生产を目指さなければ、现在の生产量で足りなくなる恐れがあるうえ、供给不足による価格の高腾、肥料市场への影响も心配されます。専焼技术の开発だけでなく、サプライチェーンの强化を官民挙げて考えなければなりません。
この记事を书いた人
政治ジャーナリスト
高田泰
関西学院大卒。地方新闻社で文化部、社会部、政経部记者を歴任したあと、编集委员として年间企画记事、子供新闻などを担当。2015年に独立し、フリージャーナリストとしてウェブニュースサイトなどで执笔している。