一人当りの一次エネルギ 消費量 x10 9 J 人当りの一次エネルギー消費量 アメリカ人 先進国平均 日本人 旧ソ連東欧平均 世界 中国人 発展途上国平均 年 DOE-E

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1 エネルギー安定供給と地球温暖化防止のために グローバル二酸化炭素リサイクル 熊谷直和泉屋宏一加藤善大 環境情報工学科アタカ大機株式会社

2 一人当りの一次エネルギ 消費量 x10 9 J 人当りの一次エネルギー消費量 アメリカ人 先進国平均 日本人 旧ソ連東欧平均 世界 中国人 発展途上国平均 年 DOE-EIA 一次エネルギ 消費量に対する比 2004 年の発展途上国一人当りの

3 2.0 一次エ1.8 ネル1.6 ギ 1.4 消費 1.2 量増 1.0 大率 0.8 世界 : の 14 年間に 倍増毎年 倍増 一次エネルギー消費量 発展途上国 先進国 世界 旧ソ連東欧 年 DOE-EIA

4 1200 一 1000 次エ 800 ネルギ 600 消 400 費量 J Year 石油消費量 億バレル 37.5% 天然ガス消費量 兆 m % ウラン消費量 78.0 キロトン 6.2% の 14 年間に 倍増 1990 年以来毎年 倍増 水力その他 7.5% 石炭消費量 億トン 25.6% 石油 2034 年石油涸渇 兆バレル 天然ガス U 2040 年ウラン涸渇 4743 キロトン 2042 年天然ガス涸渇 兆 m 3 石炭 1990 年に対する比 2054 年石油消費量 兆トン 世界が平和でエネルギー産出国は井戸が涸れるまで世界に供給し続ける場合

5 エネルギー産出国実際には 戦略的売り惜しみ井戸の老化 生き残るために供給拒否 エネルギー非産出国生存不可能

6 石油消費量 億バレル 37.5% 水力その他 7.5% 2034 年石油涸渇 兆バレル 2042 年天然ガス涸渇 兆 m の14 年間に 倍増 1990 年以来毎年 倍増 3.5 世 1200 石炭消費量界 億トン % 1990 の1000 天然ガス消費量年一 兆 m の 3 次 % 消エウラン太 2040 年 2.0 費ネ消費量ウラン涸渇陽 600 量ル 78.0 キロトン 4743 エキロトン 1.5 にギ 6.2% 天然ガス石炭ネ対 400 ル天然ガスギ 1.0 す消石炭る費 比量石油 U J 年 2054 年石炭涸渇 兆トン

7 有効日射時間日本で1000W/m 2 の太陽光が地上に届く時間 1 日 3.3 時間 一戸建ての住宅で暖冷房以外の全てのエネルギーを賄うのに必要な太陽電池の出力 10 kw=10,000w 太陽電池のエネルギー変換効率 20%(200W/m 2) でも 南面 50m 2 の屋根必要 仙台で一戸建ての住宅の暖房を含む全てのエネルギーを賄うのに必要な太陽電池の出力 30 40kW 太陽電池の変換効率 20% でも 南面 m 2 の屋根必要

8 市民生活用エネルギー 屋根上の太陽電池では不足 産業 運輸 営業用エネルギー 市民生活用エネルギーの一部 砂漠 海洋の 再生可能エネルギーで

9 全人類へ電力供給に必要な砂漠の面積 1000W/m 2 の太陽光日射時間 :1 日 8 時間発電効率 :15% 2004 年の世界の一次エネルギー消費量 x kj この量の電力を作るのに必要な砂漠の面積 x 10 5 km 2 = 2,987 万 ha 世界の主な砂漠の面積の 1.85% アラビア半島の主な砂漠の 12.1% 地球の主な砂漠の面積 :1.6138x10 7 km 2

10 水素 海水の電気分解砂漠の太陽電池発電の電力利用 輸送方法がない燃焼装置がない 新エネルギーの共通の欠点使いなれた燃料でないと全世界では使って貰えない

11 二酸化炭素と水素からメタンができる 二酸化炭素 + 水素 メタン + 水 CO 2 + 4H 2 CH 4 + 2H 2 O 天然ガスと同じ使い慣れた燃料 メタン

12 グローバル二酸化炭素リサイクル 太陽電池発電 海水電解水素製造 燃焼施設二酸化炭素回収 二酸化炭素と水素からメタン製造 メタン 二酸化炭素

13 グローバル二酸化炭素リサイクル のキーマテリアルズ 海水の電気分解のための陰極 海水の電気分解のための陽極 二酸化炭素と水素からメタンを造る触媒

14 海水の電気分解のための陽極 塩素を発生しない 2Cl - Cl 2 + 2e - 酸素のみを高速に発生 2H 2O O 2 + 4H + + 4e -

15 酸素発生効率 % 塩素発生 MnO 2 酸素発生 9-14% モリブデンは 100% 酸素発生 Mn 1-x Mo x O 2+x 0.5 M NaCl at 30 C &1000 Am マンガン - モリブデン酸化物中のモリブデンの %

16 塩素を発生しない海水電解 陽極上の反応 2H 2 O O 2 + 4H + + 4e - アノード室出口での ph は約 1 に低下 強酸に耐える陽極電極触媒 : Mn- 基複酸化物有効添加元素 :Mo,W, Fe, Sn

17 100 Mn-Mo-Sn- 複酸化物電極上での酸素発生 M Sn 4+ 酸素発生効率 % M Sn M Sn 4+ 電解条件 0.5 M NaCl, ph A m M Sn M Sn 4+ 陽極析出条件 0.2 M Mn M Mo 6+ - x M Sn 4+ ph -0.1, 90 C M Sn 電解時間 / h

18

19 触媒 10-4 アモルファス合金触媒 1m 2 1 Co-15Zr 秒 10-5 Ni-40Zr 間当たり 10-6 の Co-45Zr Ni-10Zr 二酸化 10-7 炭素 Fe-9Zr 変 Fe-70Zr 換 10-8 ( モル ) 温度 / 選択率 % 選択率 % Ni-40Zr Fe-9Zr C 3 H 8 CH 4 C 2 H 6 CO CH 4 C 2 H 温度 / C C 2 H 4

20 100 希土類元素添加 : 活性増大 : Ni-35Zr-5Sm 80 CO 2 転換率 % Ni-35Zr-5Ce Ni-35Zr-5Y 20 Ni-40Zr 温度 /

21 CO 2 の CH 4 への転換 二段リアクター触媒 (0.2g + 0.2g) CO 2 の転換率 % 第 2 リアクター 一段リアクター CO 2 + 4H 2 CO 2 + 4H 2 CH 4 CH 4 H 2 O H 2 O 第 1 リアクター 触媒 (0.4g) 13.5 lg -1 h -1 触媒前駆体アモルファス Ni-30Zr-10Sm 合金 温度 C

22 100 Ni / (Zr-Sm 複酸化物 ) 大量生産用粉末触媒 アモルファス Ni Zr Sm 92.3% 転換 x 0.95-x 0.05 CO 2 転換率 % % 転換 Ni-(Zr Sm )O 1.92 (Zr/Sm=5) Ni 分率

23 東北大学金属材料研究所 1995

24 橋本 功二 パイロットプラント 海水電解 4H2O 4H2 + 2O2 2003年 CO2メタン化 CO2 + 4H2 CH4 + 2H2O

25 アメリカ内務省 Minerals Management Service (MMS) 広報, March 20, 2007 Outer Continental Shelf (OCS) Alternative Energy and Alternate Use Programmatic Environmental Impact Statement (EIS) 海洋再生可能エネルギー資源 海洋波エネルギー海流エネルギー沖合風エネルギー沖合太陽エネルギー エネルギー貯蔵輸送のために水素使用

26 エネルギー貯蔵輸送のために水素使用 4 つ全ての代替エネルギー源 : ( 波 海流 風 太陽 ) 発電可能 電解 : 4 つ全ての代替エネルギー源のいずれからも水素を製造できる最も実行可能な方法 沖合エネルギーの水素としての輸送と貯蔵 アメリカ内務省

27 海水電気による水素製造 脱塩海水の固体電解質電解白金電極大量エネルギー生産には不適 脱塩海水の高温濃厚 KOH 電解質電解洋上での安全性は保証できずグリーンテクノロジーではない 直接海水電解 世界にないグリーングリーンテクノロジー海水から少量の割合の水を貰う危険な塩素発生せず有毒な化学薬品を洋上に持ち込まない

28 沖合エネルギーの水素としての輸送と貯蔵 圧縮水素 パイプライン 船 タンカー 水素の透過と漏洩を防止する材料と技術の改善必要水素脆化防止 水素液化容器輸送 パイプライン使用不能 液化水素の使用は高価で複雑なため魅力なし 水素キャリアーアンモニア ( 片道 ) 液化炭化水素 ( 往復 ) 金属水素化物 ( 往復 ) アメリカ内務省

29 水素キャリアーアンモニア ( 片道 ) 液化炭化水素 ( 往復 ) 金属水素化物 ( 往復 ) アンモニア ( 片道 ) 陸上で水素を分離水素輸送と燃焼のインフラの開発と普及必要 合成 : 200 atm., 500 C 洋上のグリーンテクノロジーではありえず 金属水素化物 ( 往復 ) 燃焼のインフラの開発と普及必要 30 年の研究後の今も大きさと重量で水素ボンベに勝てていない

30 水素キャリアー液化炭化水素 ( 往復 ) 沖合の発電場所へ二酸化炭素輸送 沖合エネルギーの水素としての輸送と貯蔵 最良の水素キャリアー : メタン メタン合成 : 種々の炭化水素の中で最も単純な装置で最も安く 最も容易 他の炭化水素の合成には発電場所に巨大な施設必要 メタン :LNG として最も有効な輸送と燃焼の施設が存在する唯一の炭化水素

31 水素キャリアーという思想 陸上での輸送と燃焼のためのインフラに対する配慮なし 小規模な水素供給 National Renewable Energy Laboratory Report September 2004 NREL/MP Summary of Electrolytic Hydrogen Production: 最大で年間 500 代以上の車に水素供給 世界の持続可能な発展のためには 再生可能エネルギーを全ての目的に使用産業 輸送 営業 市民生活 輸送と燃焼のインフラが存在している燃料 メタン

32 日本経済新聞 6月22日 橋本 功二

33

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