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ともあきたつざわ
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1 エンジンと地球の明日を考える技術者の雑誌エンジンテクノロジー 2005 年 12 月号通巻 41 号 20~25 ページ編集協力 : 自動車技術会日本機会学会発行 : 山海堂 Engine Technology December 2005, No. 41, p.20 p.25 Edited (supportively) by JSAE and JSME Published by Sankai-do 原子力による水素製造 -- 開発動向 Development Trend of Nuclear Hydrogen Production 堀雅夫原子力水素研究会代表 Masao Hori Representative, Nuclear Hydrogen Forum 要旨原子力による水素製造は将来の水素エネルギー社会において大量基幹的な水素供給の役割を担うため日本を始め米仏など各国で研究開発が進められている本稿では原子力利用の水素製造について特長開発動向技術現状コスト課題今後の見通しなどを展望する Abstract Nuclear hydrogen production is to take a role on the bulk and essential supply of hydrogen in the future hydrogen energy society, and its research and development are being conducted in Japan, US, France and other countries. Features, development trends, status of technologies, cost competitiveness, issues and future perspectives relevant to the nuclear hydrogen production are reviewed in this paper. 1

1. 原子力による水素供給の特長原子力は現在世界全体では電力供給の約 17% わが国では電力供給の約 35% を担っている非電力のエネルギーキャリアーとして期待されている水素の供給においても原子力の利用が検討されている原子力を水素製造に利用する特長として次の 3 点が挙げられる 1 炭酸ガスを排出しないので環境保全に優れている 2 長期大量の持続的供給が可能である 3

2 1. 原子力による水素供給の特長原子力は現在世界全体では電力供給の約 17% わが国では電力供給の約 35% を担っている非電力のエネルギーキャリアーとして期待されている水素の供給においても原子力の利用が検討されている原子力を水素製造に利用する特長として次の 3 点が挙げられる 1 炭酸ガスを排出しないので環境保全に優れている 2 長期大量の持続的供給が可能である 3 エネルギー密度が高くエネルギーセキュリティに優れている持続的供給と二酸化炭素排出抑制を満たす電力水素の製造手段は原子力と再生可能エネルギーであるが多くの国や地域が必要とするエネルギー密度を考慮すると原子力は再生可能エネルギーより優れている米国エネルギー省 (DOE) は図 1 に示すように水素 : 輸送のための原子力 --1 ポンドの原子燃料はガソリン 25 万ガロン相当の水素を炭酸ガス排出なしで製造するとして原子力は密度の高いエネルギー源であり水素の大量基幹的供給に適していることを広報している水素の製造においても将来は原子力発電に匹敵する原子力利用の可能性が期待される 2. 研究開発の経緯エネルギー用の水素を原子力により製造する構想は 1970 年代より提唱され第 1 次石油ショックの後に多くの製造プロセスが研究されたこれらの研究は原図 1 水素 : 輸送のための原子力子炉による高温を利用することから水素 : 輸送のための原子力製造プロセスとしては高温利用の 1ポンドの原子燃料はガソリン25 万ガロン熱化学分解法に関するものが多相当の水素を炭酸ガス排出なしで生産するく研究され高温熱供給が可能なガス冷却炉と組み合わせる方法が検討された初期の原子力利用水素製造プロジェクトとしては日本では 1973~ 80 年の原子力製鉄プロジェクト西独では 1972~86 年の原子力エネルギー長距離輸送プロジェク出所 :DOE (2002) トなどがあったこれらの研究はその後終息したが日本では日本原子力研究所 ( 原研 2005 年 10 月から核燃料サイクル開発機構と統合して日本原子力研究開発機構となる) が高温ガス炉利用の現在のプロジェクトへと継続的に研究を実施しているこれらの成果や技術の展望は国際原子力機関 (IAEA) から 1999 年に刊行された報告書エネルギーキャリアーとしての水素とその原子力による生産 1) に詳述されている炭酸ガスを排出しないエネルギーの重要性が認識されてくるとともに原子力による水素製造への関心が高まり 2000 年には経済協力開発機構原子力機関 (OECD/NEA) が原子 2

3 力水素生産に関する第 1 回の情報交換会議を開催したこの会議には 9 ヶ国 3 国際機関が参加し 21 世紀のエネルギー展望における水素エネルギー原子力による水素製造の技術研究開発の状況などについて情報交換を行ったこの頃から原子力水素製造の研究が世界的に活発になったこの OECD 会議の第 2 回は 2003 年第 3 回は 2005 年に開催されこの分野の重要な交流機会となっている 2) 3. 原子力による水素の製造技術原子力利用の水素製造の主な方法としては (1) 原子炉 ( 発電 ) と水の電気分解法を組み合わせる電気分解法 (2) 原子炉 ( 発電と熱の両方 ) と水蒸気電気分解を組み合わせる高温水蒸気電気分解法 (3) 原子炉 ( 熱 ) と水の熱化学分解法を組み合わせる熱化学分解法 (4) 原子炉 ( 熱 ) と天然ガスなどの化石燃料の水蒸気改質反応を組み合わせる原子力加熱化石燃料水蒸気改質法が挙げられる ( 図 2 参照 ) 図 2. 原子力による水素製造方法 (1) 電気分解法原子力による水素生産方法原子炉 ( 発電 ) と水の電気分解を組一次エネルギーみ合わせる電気分解法は原子力化石燃料原子力発電と水の電気分解の両方とも技術的に実用レベルにあるのでこの組み合わせによる水素製造は現状技術中温高温高温高温で可能である原子炉からの熱量と炭化水素水水蒸気水蒸気改質熱化学分解電気分解生成した水素の熱量 ( 本稿では低位発熱量 LHV を使用 ) の比で表わした原子炉熱の水素熱への転換率は水電気分解この場合発電効率 ( 軽水炉では約水素 32%) と電解効率 ( 固体高分子型電水素燃料電池二次エネルギー解では約 80%) を総合して現在は 25% 程度と見込まれている将来高温炉による 50% 程度の高効率発電を利用すると 40% 程度の高転換率が期待される中温高温タービン発電 (2) 高温水蒸気電気分解法原子炉 ( 発電と熱の両方 ) と水蒸気電気分解を組み合わせる高温水蒸気電気分解法は固体酸化物電解質による高温水蒸気の電気分解で高温により理論分解電圧が低くなり過電圧が低下して電流密度が増加するため電気分解法よりさらに数 % の転換率向上が期待される (3) 熱化学分解法 2500 以上の高温による水の熱分解は理論的には考えられるが実用的には幾つかの化学反応を組み合わせたサイクルによって 1000 以下の温度で水の分解を行わせる熱化学分解法が用いられる水の熱化学分解では原子炉の熱を分解に直接利用するので原子炉熱の水素熱への転換率として 50% 以上が期待され原子力水素製造の究極的な方法と考えられているこの熱化学分解法についてはこれまで多くの研究が行われ 100 以上のサイクルが提案さ電気 3

れているこの中で現在最も有力と考えられているのはヨウ素硫酸などを使用する IS (Iodine-Sulfur) プロセスである ( 図 3) このプロセスは次の (1)~(3) 式の三つの反応により 900 で吸熱し (400 の HI の分解反応も僅かに吸熱 ) 120 で排熱することにより結局 (4) 式に示されるように水が水素と酸素に分解される反応に関与したヨウ素

+1/2O 2 (4) このような熱化学分解の反応サイクルでは高熱源と低熱源の間で熱力学的サイクルを行っているので水の分解プロセスの効率の上限はカルノーサイクルの効率になるそれ故高温原子炉などの高温熱源を使用する方が効率的に有利になる図 3 熱化学分解法 IS プロセスこのプロセスの開発では原研がその進展熱化学分解法 ISプロセス度において世界をリードしている米国仏国などでも

4 れているこの中で現在最も有力と考えられているのはヨウ素硫酸などを使用する IS (Iodine-Sulfur) プロセスである ( 図 3) このプロセスは次の (1)~(3) 式の三つの反応により 900 で吸熱し (400 の HI の分解反応も僅かに吸熱 ) 120 で排熱することにより結局 (4) 式に示されるように水が水素と酸素に分解される反応に関与したヨウ素硫酸などは系内で繰り返し使用される IS プロセスの反応式 H 2 SO 4 -->H 2 O+SO 2 +1/2O 2 約 900 (1) I 2 +SO 2 +2 H 2 O-->2HI+H 2 SO 4 約 120 (2) 2HI-->H 2 + I 2 約 400 (3) H 2 O--> H 2 +1/2O 2 (4) このような熱化学分解の反応サイクルでは高熱源と低熱源の間で熱力学的サイクルを行っているので水の分解プロセスの効率の上限はカルノーサイクルの効率になるそれ故高温原子炉などの高温熱源を使用する方が効率的に有利になる図 3 熱化学分解法 IS プロセスこのプロセスの開発では原研がその進展熱化学分解法 ISプロセス度において世界をリードしている米国仏国などでも高温ガス炉と IS プロセスの組み合わせるシステムを本命として開発を進めている熱化学分解法ではヨウ素硫酸系のサイクルである IS プロセスのほかにカルシウム臭素鉄を使用するサイクルや銅塩素を使用するサイクルなど異なる熱化学分解プロセスさらに熱化学分解と電気分解を組合せたハイ出所 : 原研ホームページブリッド法と呼ばれるプロセスが研究されているこれらのプロセスの中には高温ガス炉より低い温度 (600~500 ) のナトリウム冷却高速炉へ適用可能なものもある (4) 原子力加熱化石燃料水蒸気改質法原子力加熱化石燃料水蒸気改質法は吸熱反応である天然ガスの水蒸気改質に必要な反応熱を原子炉から供給する方法で化石燃料の使用量を節減できる特長がある例えば下式の天然ガスの水蒸気改質反応において CH 4 + 2H 2 O --> CO 2 + 4H KJ/mol 吸熱分 (165KJ/mol) を原子炉から供給することにより加熱に必要な天然ガス燃焼分の約 30% の燃料節減が可能になる水のみを原料とする他の原子力水素製造法と異なりこの場合は化石燃料も使用するがその使用量を節減できるのでその分環境と資源の保全に効果があると考えられるこの方法では水素と共に生成される炭酸ガスはプロセスの中で分離されるので将来の炭酸ガス固定による排出抑制の際にも有利になる原研では前項の IS プロセスのほかに高温ガス冷却炉と水素製造プラントを結合する技術を開発するために天然ガス水蒸気改質装置を用いて HTTR の 1/30 規模の原子炉加熱を模擬した毎時 110 Nm 3 の水素製造試験を実施してきたこれらの試験では HTTR からの熱利用を想定して約 900 までの温度でプロセスや機器の性能制御性安全性 4

などを調べている ( 図 4) 同じ水蒸気改質反応だが反応域に水素透過性の良いパラディウム合金などの膜を置いて水素を分離する透過膜分離改質 ( メンブレンリフォーマー ) 方式により 600 以下の温度で水素を製造する方法が開発されている東京ガスはこの方式の水素製造装置を東京千住の実証用水素ステーションに設置して 2005 年までに 3000 時間以上の性能試験を行っている

5 などを調べている ( 図 4) 同じ水蒸気改質反応だが反応域に水素透過性の良いパラディウム合金などの膜を置いて水素を分離する透過膜分離改質 ( メンブレンリフォーマー ) 方式により 600 以下の温度で水素を製造する方法が開発されている東京ガスはこの方式の水素製造装置を東京千住の実証用水素ステーションに設置して 2005 年までに 3000 時間以上の性能試験を行っているこの膜分離方式と原子炉を組み合わせる方式については三菱重工などがナトリウム冷却高速炉水素製造プラントの概念設計研究を行っている水素製造方法電気分解高温電気分解熱化学分解熱化学分解熱化学分解図 4 高温ガス炉水素製造システム出所 : 原研ホームページ表 1 原子力利用の各種水素製造方法と原子炉型原子力利用の各種水素製造方法と原子炉型使用原料熱 ( 中高温 ) 高温液体 ( 金属塩 ) 炉 (5) 原子力利用水素製造と熱エネ熱分解水熱 ( 高温膜分離 ) 高温炉熱分解天然ガス熱 ( 高温 ) 高温液体金属炉ルギー転換率水蒸気改質天然ガス+ 水熱 ( 高温 ) 高温ガス炉水素製造プロセスと原子炉システ水蒸気改質天然ガス+ 水熱 ( 中温膜分離 ) ナトリウム冷却炉ムの組合せについてはこれまで水蒸気改質 DME+ 水熱 ( 低温 ) 軽水炉放射線分解水放射線 ( 機能触媒 ) ( 使用済み燃料 ) に種々方法が提案検討されている表 1 に水素製造方法使用する原子力エネルギーの形態 ( 電気熱 ) 原子炉型の例を示すこれらの水素製造方法における原子炉熱量に対する生成する水素熱量の割合 ( 転換率 %) の推算値を表 2 に示すまた天然ガス水蒸気改質法に関しては天然ガス燃焼加熱と原子炉加熱の場合について使用する天然ガス熱量に対する生成する水素熱量の割合 ( 転換率 %) も表中に示してある水水水水水原子力エネルギー電気電気 + 熱 ( 高温 ) 熱 ( 高温 ) 熱 ( 中温 ) 原子炉型 ( 例 ) 各種発電炉高温ガス炉高温ガス炉ナトリウム冷却炉表 2 原子炉熱量化石燃料熱量の水素熱量への転換率原子炉熱量 ( 化石燃料熱量 ) の水素熱量への転換率 [ % ] エネルギー源原料原子炉発電水原子炉発電 + 加熱水原子炉加熱水原子炉加熱天然ガス水天然ガス燃焼加熱天然ガス水方法電気分解電気分解熱化学分解改質反応改質反応水素熱量原子炉熱量 24 % ~40% ~45 % ~50% ~330 %* - 水素熱量天然ガス熱量 ~115 %* ~80 % * 水素熱量 / ( 原子炉熱量 + 天然ガス熱量 ) = 85 % * メンブレンリフォーマー ( 原子炉熱利用効率 60% 水蒸気改質シフト反応収率 95%) の場合 5

6 4. 原子力水素の製造コスト原子力による水素製造は未だ研究開発段階であるが製造コストの試算は幾つか発表されている原研が高温ガス炉利用の各種水素製造コストを推算したもの (2000 年文献 2) では最も一般的な天然ガス燃焼の水蒸気改質法による製造コストを1.0 とした相対値で示すと水の電気分解法が 2.5 IS 熱化学分解法が 1.5 原子力加熱天然ガス水蒸気改質法が 0.9 となっている米国工学アカデミーは 2004 年に出した報告書水素経済 : 機会コスト障害 R&D 必要性 3) の中で将来技術による水素コストを推算しているそれによると石炭や天然ガスなどの化石燃料水素は製造コストが 6~9 円 /Nm 3 輸送費ステーション費を含む供給コストでは 16~18 円 /Nm 3 なのに対して IS 法原子力水素は製造コストが 15 円 /Nm 3 供給コストでは 22 円 /Nm 3 となっているガソリン車燃費の水素供給コスト相当額は 19 円 /Nm 3 なので原子力水素は競合範囲に入っているなお再生可能エネルギー水素の供給コストは 33~40 円 /Nm 3 となっている日本原子力産業会議の 2050 年の原子力 --ビジョンとロードマップ報図 5 天然ガス価格と水素製造コスト告書 4) の中では IS プロセス熱化学天然ガス価格と水素製造コスト分解法水素と原子力加熱 ( 核熱 ) および天然ガス燃焼 ( 自燃 ) の天然ガス水蒸気改質水素のコストを天然ガスの価格 (2000 年は 4$/GJ 2050 年はその 1.5 倍と想定 ) をパラメーターとして図 5 のように評価している (1.5 円 /MJ は 19 円 / Nm 3 に相当 ) この図の範囲では原子力加熱天然ガス水蒸気改質水素が最も低コストで熱化学分解法水素は天然ガスの価格が上昇すれば相対的に有利になってくる 5. 各国の開発動向円 /MJ 日本日本では原研が高温の熱を炉外に取り出して水素製造などに利用できる高温ガス炉の開発をしてきておりそのための高温工学試験研究炉 (HTTR) を茨城県大洗町に建設し世界最高の 950 の高温を既に達成している原研ではこの高温ガス炉を用いて二酸化炭素を排出しない水素製造法として IS プロセスと呼ばれる熱化学分解法の研究開発を進めており既に毎時約 30N リットルの連続水素製造試験を終了し 2,005 年から毎時 30Nm 3 のパイロット試験計画を進めており 2015 年頃には毎時 1000 Nm 3 の水素製造系を原子炉 HTTR へ接続して原子力水素製造の実証を目指している日本では原子力水素研究会 ( 事務局 : エネルギー総合工学研究所内 ) が 2001 年に設立され国内の原子力電機化学石油電力ガス自動車鉄鋼建設などの企業のほか研究所大学など 35 機関から約 50 名が参加して情報交流技術評価を行って水素製造コスト天然ガス改質 ( 核熱 ) 天然ガス改質 ( 自燃 ) 熱化学法 + 電解天然ガス価格水準 (2050 年 /2000 年 ) 6

7 いる同研究会はこの分野の展望解説書原子力による水素エネルギー 5) を 2002 年に刊行した現在研究会参加機関などにおいて原子力水素製造に関する研究開発設計などが開始されている日本における原子力水素関係の主な研究開発 ( 実験試験設計など ) を表 3 に示す国の政策に関してはエネルギー政策基本法 (2002 年成立 ) に基づくエネルギー基本計画 (2003 年閣議決定国会報告公表 ) の中の水素エネルギー社会の実現に向けた取り組みの節に水素供給における原子力の位置づけについて次のように示されている水素は利用段階ではゼロエミッションのエネルギー媒体であるものの化石燃料から水素を製造する場合には二酸化炭素等が排出されることとなるため化石燃料の改質による水素製造技術表 3 国内の機関による原子力水素関連研究開発原研高温工学試験炉 ( 高温ガス炉 ) 建設運転 IS プロセス熱化学分解法水素製造試験原子力加熱天然ガス水蒸気改質水素製造模擬試験サイクル機構硫酸ハイブリッド中温熱化学分解法水素製造実験東京工大 CO 2 分離式オンボード燃料改質水素キャリアーシステム開発電中研硫酸ハイブリッド熱化学分解法水素製造実験放射線機能触媒水分解水素製造実験三菱重工新型炉開発東京ガス膜透過型原子力加熱天然ガス水蒸気改質法開発炉プラント設計東芝軽水炉加熱 DME 水蒸気改質水素製造実験 ( 注 : この他の機関でも解析評価設計研究などを実施している ) の改善を進めるまた製鉄所の副生ガス等の副生水素の活用将来的には二酸化炭素を極力排出しない手段例えば原子力や太陽光バイオマスを活用した水素の製造等化石燃料に依存しない水素の製造が実用化されることが期待される 5.2 米国米国ではエネルギー省 (DOE) が 2000 年に原子力研究イニシャティブ (NERI) という公募研究に 3 件の原子力水素のテーマを採択しこの頃から大学研究所ではこの分野の研究が活発化している DOE では原子力による水素製造は原子力部門が担当しており一方水素製造利用の研究開発実証全般はエネルギー効率再生可能エネルギー部門が管轄してきた DOE は 2002 年に化石エネルギー部門などが行っているものも含めて水素関係の研究開発実証を一体化し水素の製造から利用までを含めた統合水素計画として強力な推進体制を構築したこの計画では水素の製造 ( 化石燃料原子力再生可能エネルギー ) 配送貯蔵変換利用規格基準のそれぞれにマイルストーン年次の達成目標を設定しロードマップを作成して推進しているこの統合水素計画のもと原子力水素イニシャチブ (Nuclear Hydrogen Initiative) が 2002 年 11 月から開始されたその目標として原子力水素の商用規模製造の実証をするため 2010 年代後半に発電水素併給の次世代原子力プラント NGNP ( Next Generation Nuclear Plant) を建設する計画を進めてきたこのような米国の原子力利用水素計画は国家戦略として輸入石油依存から脱却し水素を輸送用燃料に使用する水素エネルギー社会実現へのブッシュ政権の取り組みを反映したものであるすなわち 2002 年 1 月の DOE ビッグスリー自動車メーカー共同の水素燃料電池車開発プロジェクトフリーダムカー計画 2003 年 1 月の大統領一般教書で発表し 7

8 た水素燃料製造プロジェクトに拠っているこの計画では水素を国内の一次エネルギー資源から製造する方針で先ず天然ガス将来はバイオマス石炭原子力などを利用するとしている一方米国議会が 2001 年から毎年審議しては審議未了となってきた包括エネルギー法案が遂に 2005 年 8 月に 2005 年エネルギー政策法として両院を通過大統領が署名して成立したこの中で原子力水素供給に関しては上記次世代原子力プラント NGNP による水素製造実証プロジェクトと既存炉による水素製造実証の二つが含まれている次世代原子力プラント NGNP についてはアイダホ州にあるアイダホ国立研究所がプロジェクトリーダーになってそのサイトに設置するものとし第 1 フェーズ終了の 2011 年までに各種方式を絞って最終設計システムインテグレーションを行い第 2 フェーズ終了の 2021 年までに建設を行うとしており 2015 年度まで 1250M$(1400 億円 ) それ以降は必要額の資金を支出するとしている既存炉による水素製造実証は地域や気候の異なる 2 地点の既存の原子炉における水素製造実証と経済性分析のために最大 100M$(120 億円 ) を支出するとしている既存の原子炉は実用軽水炉なのでこれによる水素製造は電気分解法になると考えられる米国における原子力水素関係の研究開発はこのエネルギー政策法によって着実に進行するものと期待されている 5.3 国際的な動き国際的な動きとしては 2001 年に始まった日米仏英加など 10 ヶ国による第 4 世代原子力システム国際フォーラム (GIF) の中での原子力水素に関する研究協力があるこのフォーラムは 2030 年頃から導入される次世代原子力システムに関する国際協力による研究開発の枠組みで先進国のみならず途上国への導入も視野に入れ発電水素製造海水淡水化熱利用などの用途を含んだものである次世代のシステムが持つべき特長として持続可能性経済性安全性信頼性核拡散抵抗性を挙げこれらの目標に合致した研究開発国際協力の対象システムとして 6 炉型を選んだその一つの高温ガス炉は水素製造を主目的としている GIF が選んだ 6 炉型のうち残りの 3 炉型 ( ガス高速炉, 鉛高速炉, 溶融塩炉 ) は発電および水素製造に利用 2 炉型 ( 超臨界水炉, ナトリウム高速炉 ) は発電利用としてきたが最近はこの 2 炉型でも水素製造を視野に入れており選択された 6 炉型すべてで水素製造が検討されている水素製造プロセスが主テーマとなっている高温ガス炉の国際協力では日本を始め米国仏国などが具体的な協力内容を固めつつある一方これらの国ではその国独自の計画を進めると共にこの多国間協力のほかに 2 国間の協力協定も締結するなど原子力水素研究開発に積極的な取り組みを始めている 6. 実用化の課題と対応 6.1 製造規模原子力による水素製造の規模は市場の需要に対応する必要があるわが国の乗用車の燃費および走行条件では 100 万 KWe 発電プラントの電力から電気分解法で水素を製造すると原子炉熱の水素熱転換効率を 25% として平均的な燃料電池車 (FCV) 約 180 万台へ燃料供給ができるわが国の FCV の 2020 年導入目標約 500 万台 ( 乗用車 ) に対する必要水素燃料は 100 万 KWe の原子力発電所 3 基により供給することができる 8

9 熱化学分解法では水素への転換率がこの 2 倍の 50% と想定すると電気分解法の半分の規模の原子炉からの熱により同量の水素製造が可能である原子力加熱天然ガス水蒸気改質法による水素製造では原子炉からの熱は補助的に使用されるので電気分解法の場合より 1 桁小さい熱出力の原子力プラントで同量の水素の製造ができる水素エコノミーが成熟するまでの間は末端需要への供給インフラの整備状況によもよるが水素ステーションで電気分解する方法かあるいは小型の原子力プラントの方が市場の要請に応じやすい将来石油精製などの大口の水素需要に対しては現在の大型原子力プラントの規模で対応できると考えられる水素のパイプラインなどの供給インフラが整備される水素エネルギー実用期には原子力はその大量エネルギー供給の特長を生かしてオフサイト水素製造 ( 水素の需要地を離れた原子力プラントサイトでの集中型の水素製造 ) とオンサイト水素製造 ( 水素の需要地における分散型の電気分解水素製造への電力供給 ) の両方の供給役割を担うと考えられる 6.2 持続的大量供給の条件大量のエネルギーの持続的供給可能性は原子力の利点であるただし今後 50 年以上の期間を考えると原子力の発電利用の場合と同様に原子燃料のリサイクル利用が必須になるそれ故高速増殖炉による燃料リサイクル方策の確立が原子力による持続的大量供給の前提条件となる 6.3 製造プラントの安全性原子力水素製造プラントの安全性は電気分解法のように原子炉プラントと水素プラントが分離したものではそれぞれのプラントの安全を独立に確保する方策がとられる熱化学分解法や水蒸気改質法のように原子炉プラントと化学プラントの複合プラントでは連結部分に起因するエネルギー的機械的化学的事象の安全性への影響を検討しておく必要がある基本的には中間系統を設けることにより両プラント間の直接的な相互作用を回避し原子炉プラント部分と化学プラント部分にこれまでの安全の考え方を適用することで対応する方向が検討されている 6.4 社会的受容性水素エネルギーが将来の輸送用エネルギーキャリアとして受け入れられるとしても原子力を利用するその製造手段が社会に受け入れられるためには原子力利用が環境資源などの面から社会にとってベネフィットがあることが理解される必要があるそのためには開発と並行して製造から消費にわたる関係者が参画した評価決定のプロセスをとるなどして進めることが重要であるすなわち現段階から原子力 - 水素について技術開発者製造利用に関係した業界国地方自治体などの政策行政レベルも含めてリスクコストベネフィットを評価検討し意志決定していく段階的なプロセスにより進めることが必要であろう 6.5 開発パートナー石油精製における水素の需要増の見通し原子力化学複合プラントの技術開発などから今後の原子力水素製造プラントの開発における原子力電力電機業界のパートナーとして石油ガス化学などの業界が考えられこれらの業界との協働的共生的な取り組みが必要になってこようまたユーザーである自動車輸送業界地方自治体などとの連携も重要である 9

10 7. 今後の見通し (1) 電気分解電気分解による水素製造は実用技術なのでオンサイトの小規模水素ステーションなどは需要に応じて現段階でも設置可能であるただし水素製造コストは化石燃料ベースのものより一般的に高い日本の電力の中では原子力が最も低コストでしかも発電コストに占める燃料費の割合が小さいので今後原子力発電比率が向上してオフピーク時に原子力の余剰電力が出てくるようになれば料金体系次第でオンサイトの小規模電気分解のコスト競争力は向上すると考えられるまた原子力発電プラント併設の集中型電気分解も化石燃料の価格によっては実用性が出てくると考えられる (2) 水蒸気改質前述の日本原子力産業会議の 2050 年の原子力 -- ビジョンとロードマップの検討では日本の長期エネルギー需給のシナリオ評価を行って 2050 年には輸送用燃料の水素は最終エネルギー消費の 11% を占めこの水素の 3 分の 2 が原子力加熱天然ガス水蒸気改質によって製造されるとしているこれには原子力の熱コストが化石燃料と比較して低く且つ水蒸気改質のような化学反応への熱供給ではこの熱が効果的に利用されることが効いているこの方法は技術的に大きな障害がなくまた炭酸ガスの排出低減が可能なため原子力利用の水素製造プロセスの中では中期的に実用可能と位置付けられる (3) 熱化学分解原子力による水素製造の中で水の熱化学分解法は炭酸ガスの排出がゼロで原子炉熱の水素熱量への高転換率が期待され原子力水素製造の究極的な方法と考えられているその中でも現在最有望な方法と目されているのは IS プロセスと高温ガス炉の組み合わせで日米仏など各国がこの開発プロジェクトを進めており原研がこのプロセスと炉の両方の開発で先頭を行っている今後国際協力研究開発を含めて進展が期待される (4) その他熱化学分解法でもこれまで数多くのプロセスが研究されておりその他の方法も含めて原子力利用の新しい水素製造プロセスが提案発表されている市場が要求する水素供給の規模時期コストや資源環境制約に応え得る原子力利用方式の幅広い探査的研究は今後も継続されよう [ 参考文献 ] 1) IAEA, "Hydrogen as an Energy Carrier and its Production by Nuclear Power" IAEA TECDOC-1085 < (IAEA, 1999) 2) 第 1 回会議 OECD/NEA, " Nuclear Production of Hydrogen -- OECD/NEA First Information Exchange Meeting on Nuclear Production of Hydrogen", Paris, France, October 2-3, 2000, 240 pages (OECD, 2001) 第 2 回会議 OECD/NEA, "Nuclear Production of Hydrogen -- OECD/NEA Second Information Exchange Meeting on Nuclear Production of Hydrogen", Argonne, USA, October 2-3, 2003, 312 pages (OECD, 2004) 第 3 回会議 OECD/NEA, " Nuclear Production of Hydrogen -- OECD/NEA Third Information Exchange Meeting on Nuclear Production of Hydrogen", Oarai, Japan, October 5-7, 2005 ( 論 10

11 文集未発行 ) 3) Committee on Alternatives and Strategies for Future Hydrogen Production and Use, National Research Council, National Academy of Engineering, "The Hydrogen Economy: Opportunities, Costs, Barriers, and R&D Needs", 256 pages (National Academy Press, 2004) 4) 日本原子力産業会議原子力開発利用委員会 2050 年の原子力 --ビジョンとロードマップ < ( 日本原子力産業会議 2004) 5) 原子力水素研究会編著原子力による水素エネルギー (180 ページ 2002 年 6 月原子力システム研究懇話会発行 konwakai@syskon.jp) 11

PowerPoint プレゼンテーション

PowerPoint プレゼンテーション水素製造システム ( 第 7 回 ) 熱化学水素製造松本第 3 回 2 本日の講義の目的水の熱分解熱化学水素製造の考え方エネルギー効率実際の熱化学水素製造プロセス UT-3 IS 本スライドには以下の資料を参考にした : 吉田エクセルギー工学 - 理論と実際原子力辞典 ATOMICA http://www.rist.or.jp/atomica/index.html 再生可能エネルギーを利用した水素製造