「エネルギーキャリアとしてのアンモニア、その実力と課題」

Size: px

Start display at page:

Download "「エネルギーキャリアとしてのアンモニア、その実力と課題」"

りさこかたいわ
5 years ago
Views:

1 水素エネルギー社会形成研究会平成 28 年度第 4 回セミナーアンモニアからの低炭素水素製造とエネルギーキャリアとしてのアンモニア 2017 年 1 月 31 日昭和電工株式会社栗山常吉

2 目次 1. 昭和電工及び川崎事業所の紹介 2. アンモニアの市場 3. エネルギーキャリアとしての実力 4. エネルギーキャリアとしての課題 5. まとめ

3 1-1. 昭和電工の概要

4 1-2. 川崎事業所アンモニアの歴史昭和 6 年 (1931 年 )4 月 3 日着工からわずか 9 カ月わが国初の国産法 ( 東京工業試験所法 ) によるアンモニアと硫安製造に成功空気中の窒素と水電解による水素でアンモニ合成操業開始年産 15 万 t 当時国内最大の硫安工場

5 1-2. 川崎事業所アンモニアの歴史工場俯瞰 ( 昭和 6 年 ) 水電解工場硫安工場第一合成工場硫安倉庫

6 1-3. アンモニアプラントの紹介現在のアンモニアプラント

7 1-3. アンモニアプラントの紹介ケミカルリサイクルプラントプラスチックリサイクル : 水素製造

破砕成形設備減容成形品低温ガス化炉高温ガス化炉再商品化製品 * ( 合成ガス )

8 1-3. アンモニアプラントの紹介昭和電工の再商品化事業について当社は容リ法プラスチック製容器包装リサイクルにおけるガス化手法の再商品化事業者及び利用事業者 03 年アンモニア製造の水素源確保と循環型社会への貢献を目的として事業を開始分別基準適合物 ( ベール ) ガス化設備 * 水素一酸化炭素を主体とするガス破砕成形設備減容成形品低温ガス化炉高温ガス化炉再商品化製品 * ( 合成ガス ) アンモニア製造設備金属スラグ H 2 CO 2 有価金属回収建材路盤材再商品化製品利用製品アンモニアドライアイス液化炭酸ガス 8 8

9 1-3. アンモニアプラントの紹介 KPR-GAS 原料 FEED NAPHTHA ナフサ原料 FEED AIR 空気 (N2) FEED CO2 13A 都市ガス STEAM S 吸着除去一次改質二次改質 CO 転換 CO2 除去 CnHm+H2O CO+H2 CO+H2O CO2+H2 K2CO3 +CO2 +H2O 2KHCO3 圧縮機 PURGE PW 吸収塔メタン化 CO+3H2 CH4 +H2O CO2+4H2 CH4 +2H2O 循環機アンモニア合成 N2+3H2 2NH3 L-NH3 気液分離器 AMMONIA TANK AMMONIA WATER 安水

10 2-1. アンモニアの需給生産能力国内需給 kt/ 年 1,600 1,400 1,200 1, '12 年 '13 年 '14 年 '15 年 '16 年輸入国内出荷生産自家消費予想出所 ) 日本肥料アンモニア協会編ア系製品需給実績より作成 16 年度は 4-6 月の実績を元にした予想値

11 2-1. アンモニアの需給生産能力海外需給 300 百万トン生産能力 200 工業用 100 肥料用 0 '13 '14 '15 '16 '18 年年年年年出所 ) 化学経済 16 年 3 月増刊号より作成

12 2-2. アンモニアの市況 90,000 80,000 70,000 60,000 /t 国際市況 US$/t US$900 US$800 US$700 US$600 50,000 40,000 30,000 貿易統計実績 ( /t) 20,000 極東 CFR High(US$/t) '12 年 1 月 '13 年 1 月 '14 年 1 月 15 年 1 月 16 年 1 月 43,643 $365 US$500 US$400 US$300 US$200 出所 ) 日本アンモニア協会編アンモニア関係市況推移及び貿易統計より作成

13 3-1. SIP エネルギーキャリアエネルギーキャリアアンモニア水素ステーション基盤技術研究責任者広島大学先進機能物質研究センター小島由継

14 体積水素密度 /kg/100l ( 固体 : 充填率 50%) 3-1. SIP エネルギーキャリア水素エネルギーキャリアの特性室温 10 気圧以下で液化体積水素密度 : 約 11% ( 液体水素の約 1.5 倍 ) 水素吸蔵合金マクネシウムメチルシクロヘキサンアンモニア液体水素高圧水素 (700 気圧 ) 1 アンモニアは体積水素密度が最大 ( 輸送コストが最小 ) 2 製造輸送貯蔵に関する技術インフラが既にある

15 燃料消費量 / 億トン < 3-1. SIP エネルギーキャリア年度燃料消費量の比較 1.6 億トン C 重油天燃ガス 1. 背景消費量発電用燃料億トン LPG 軽油石炭自動車用燃料 0.3 ガソリン 0 自動車用燃料発電用燃料自動車用燃料の消費量は発電用燃料の 40%

16 燃料費総額 / 兆円 < 3-1. SIP エネルギーキャリア燃料費総額 ( 市場規模 ) の比較 LPG 軽油ガソリン自動車用燃料 13 兆円 1. 背景 2014/12 燃料費 C 重油天燃ガス石炭 7.6 兆円発電用燃料 (13 兆円 /0.64 億トン ) (7.6 兆円 /1.6 億トン )=4.3 自動車用燃料の重量単価は発電用の4.3 倍高い自動車用燃料発電用燃料

17 3-1. SIP エネルギーキャリア 4. アンモニア分解高純度水素供給システム燃料電池自動車用水素燃料仕様 ( 国際規格 2012 年 12 月 ) 仕様 ISO 水素純度 99.97% 非水素成分総炭化水素 (C1) 水分 (H 2 O) 酸素 (O 2 ) N 2 Ar He 二酸化炭素 (CO 2 ) 一酸化炭素 (CO) 硫黄化合物ホルムアルデヒドギ酸アンモニア全ハロゲン化物 2ppm 5ppm 5ppm 100ppm 300ppm 2ppm 0.2ppm 0.004ppm 0.01ppm 0.2ppm 0.1ppm 0.05ppm

18 3-1. SIP エネルギーキャリアアンモニア分解高純度水素供給システム NH 3 分解装置微量 NH 3 除去装置 NH 3 高純度 H 2 水素精製装置ブレークスルー 10Nm 3 /h スケール 1 高活性高耐久性アンモニア分解触媒 (1000ppm 以下 ) 2 残存アンモニア濃度を 0.1ppm 以下にでき再生が容易なアンモニア除去材料 3 水素純度 99.97% 以上を達成できる精製技術

19 残存アンモニア濃度 /ppm 3-1. SIP エネルギーキャリア NH 3 分解触媒ルテニウム系触媒のアンモニア分解活性 ( 理論値 : 化学平衡濃度 ) 従来触媒 ( 含浸法 ) ppm 10 4 開発触媒 ( 共沈法 ) 10 3 理論値 1000ppm 以下 Ru/MgO (Ru: 3wt%) 温度 / Ru/MgO 触媒 : 残存アンモニア濃度 : 1000ppm 以下 (550 以下 )

20 アンモニア除去濃度 /ppm 3-1. SIP エネルギーキャリアアンモニア除去材料の除去濃度と累積供給量 ( 除去濃度 : アンモニア除去後の残存アンモニア濃度 ) 従来材料加熱再生 : 困難 ( 分解蒸発 ) 2 NH 3 除去材料開発材料加熱再生 : 実用可能 NH 4 HSO 4 系除去材料無機系除去材料アンモニア累積供給量 /gnh 3 /L 無機系除去材料 : 残存 NH 3 濃度 0.1ppm 以下除去量 3 倍加熱再生可能 50

1ppm 以下 ( 水素に対して ) 1Nm 3 /h アンモニア分解装置 2Nm 3 /h (1) 実証システムの

21 3-1. SIP エネルギーキャリアアンモニア分解装置除去装置の概観アンモニア分解除去装置アンモニアカス 1 Ru/MgO 触媒 2 無機系除去材料アンモニア除去装置水素 75% 窒素 25% アンモニア 0.1ppm 以下 ( 水素に対して ) 1Nm 3 /h アンモニア分解装置 2Nm 3 /h (1) 実証システムの 1/10 スケールのアンモニア分解装置除去装置を開発 (2) アンモニア除去材料が実用可能レベルにあることを確認 (3) 一気通貫での実証実験に成功

22 3-1. SIP エネルギーキャリア水素精製装置の概観 3 水素精製技術水素 75% 窒素 25% 水素 100% 窒素 1ppm 2Nm 3 /h 1.2Nm 3 /h 以上高純度水素 (1) 実証システムの 1/10 スケールの水素精製装置を開発 (2) 水素窒素混合ガスから燃料電池自動車用水素燃料の国際規格をクリアする純度 99.97% 以上窒素 1ppm 以下の高純度水素が製造可能

23 3-1. SIP エネルギーキャリアまとめ (1)550 以下においてアンモニアを 1000ppm 以下まで分解する高性能触媒を開発した (2) 残存アンモニア濃度を 0.1ppm 以下にでき再生が容易な無機系アンモニア除去材料を開発した (3) 水素純度 99.97% 以上窒素 1ppm 以下を達成できる精製技術を確立した (4) 水素 1Nm 3 /h のスケールでアンモニア分解装置除去装置水素精製装置を開発した (5) アンモニア分解装置除去装置水素精製装置を組み合わせることで燃料電池自動車用水素燃料製造が可能となる今後の予定昭和電工川崎事業所において10Nm 3 /hスケールのシステム実証を行う

4-1. 当社の事業シナリオ使用済みプラスチック原料環境省公募平成 27 年度地域連携

実証 2018 製造 SIP 最終年度ステーション実証 2020 利用東京オリハラ

24 4-1. 当社の事業シナリオ使用済みプラスチック原料環境省公募平成 27 年度地域連携低炭素水素技術実証事業の一環環境負荷低減水素 H2 パイプライン式水素ステーション昭和電工 ( 株 ) 川崎事業所エコマーク認定環境負荷低減アンモニア (ECOANN ) 製造プロセスとして世界初の環境ラベルを取得将来的には輸入アンモニアも視野 10Nm 3 /h 実証 2018 製造 SIP 最終年度ステーション実証 2020 利用東京オリハラパイプライン式水素ガスサテライト式 1000Nm 3 /h オンサイト式 300Nm 3 /h 2025 以降

25 4-1. 当社の事業シナリオサテライト式水素供給基地の展開 ( 例 ) 東長原事業所昭和電工 ( 株 ) 地方工場をサテライトの拠点化水素アンモニアの供給基地とし FCV 用だけでなく発電高純度水素などへも対応工場内設置のため安全設備運転要員ユーティリティ土地の確保などオンサイト式で懸念される障害が大幅軽減東北アンモニアセンター液化アンモニア物流基地 ( 福島県相馬港 ) 昭和電工 ( 株 ) 川崎事業所 ( アンモニア製造 )

26 4-1. 当社の事業シナリオ昭和電工東北アンモニアセンター福島県相馬港 5 号埠頭敷地 :10,000 m2アンモニアタンク :120tx2 基サテライト式水素供給基地候補地液安船輸送 : 川崎相馬港ロット : 液化アンモニア船 200t 水素トレーラー (2,000 m3 ) 200 台分 FCV8 千台相当遊休地候補地東北アンモニアセンターガス - ガス熱交を選択福島を東北地方の水素供給拠点として活用

27 4-2. アンモニア及び水素の価格約 18$ BTU:British thermal unit 1BTU=1.054kJ 約 7$

28 4-2. アンモニア及び水素の価格現在の LNG 価格 (7$/ 百万 BTU) と熱量等価の NH3 H2 価格 (1$=110 円 ) LNG NH3 H2 41 円 /kg 17 円 /kg 8 円 /Nm3 3 倍の価格であれば現実性あり計算根拠 LNG1 トン 53 百万 BTU 7$/ 百万 BTU 41 円 /kg LNG 発熱量 =54.5MJ/kg NH3 発熱量 =22.5MJ/kg なので LNG と同じ発熱コストパフォーマンスを出すための NH3 価格は /54.5=17( 円 /kg)

29 4-2. アンモニア及び水素の価格 5 倍 4 倍 2 倍アンモニアの市場取引価格は変動幅が大きい

30 4-2. アンモニア及び水素の価格米ドル / トン 700 アンモニア価格と LNG 価格には良い相関性がある注 : スケールを合わせるため天然ガスの価格は百万 BTU 当たりの $ の値の 50 倍を使用 2008 年 2009 年 2010 年 2011 年 2012 年 2013 年 2014 年

31 4-2. アンモニア及び水素の価格アンモニア価格は原油価格とも連動する再生可能エネルギー由来のアンモニアが LNG 原油価格と連動しない仕組みができれば LNG 原油価格高騰時 ( 原油価格 :150~200$) には対抗可能 CO2 の評価によっても競争力は強化

32 4-3. リスク解析安全対策アンモニア濃度 (ppm) 5~10 アンモニアの空気中濃度と人体への影響人体への影響臭気を感じる 50 不快感を覚える 100 刺激を感じる 200~ ~500 2,500~5,000 5,000~10,000 目や咽喉を刺激する短時間 (0.5~1 時間 ) 耐えうる限界短時間 (0.5 時間 ) で生命危険呼吸停止短時間で死亡 32

33 4-3. リスク解析安全対策アンモニア関係の法令 (1) 高圧ガス保安法 : 法第 24 条の2~5 一般則第 53~60 条など (2) 消防法 : 第 9 条の3( 貯蔵取扱いの届出物質政令別表第 2; アンモニア ) (3) 毒劇物取締法 : 指定令第 2 条別表第 2 劇物 (4) 大気汚染防止法 : 施行令第 10 条特定物質 (5) 水質汚染防止法 : 第 2 条有害物質 (6) 悪臭防止法 : 施行令第 1 条特定悪臭物質 (7) 労働安全衛生法 : 施行令別表 1-5 危険物可燃性のガス施行令別表第 3 特定化学物質 ( 第 3 類物質 ) 施行令第 18-2(MSDS 対象物質 ) (8) 船舶安全法 : 危規則第 2 3 条危険物告示別表第 1 高圧ガス (9) 港則法 : 施行規則第 12 条危険物告示高圧ガス (10) 航空法 : 施行規則第 194 条危険物告示別表第 1 高圧ガス

34 4-3. リスク解析安全対策出典 :Comparative Quantitative Risk Analysis of Motor Gasoline,LPG,and Anhydrous Ammonia as an Automotive Fuel Iowa State University June 17,2009

35 4-3. リスク解析安全対策 10-6 ( 百万回に 1 回死亡事故が発生する ) 国地域により判断基準は異なるが 10-6 で許容レベルとする所が多い出典 :Comparative Quantitative Risk Analysis of Motor Gasoline,LPG,and Anhydrous Ammonia as an Automotive Fuel Iowa State University June 17,2009

36 出典 :Comparative Quantitative Risk Analysis of Motor Gasoline,LPG,and Anhydrous Ammonia as an Automotive Fuel Iowa State University June 17, リスク解析安全対策 10-6 について比較アンモニアはガソリンより範囲が広いが LPG よりは範囲が狭いリスクの序列は LPG> アンモニア > ガソリン

37 4-3. リスク解析安全対策安全対策

38 4-3. リスク解析安全対策液化アンモニアの安全な取扱い法の要約編

39 4-3. リスク解析安全対策

40 5. まとめ優位点単位体積当たりの水素含有量が最大 ( 輸送コスト最小 ) 製造法が確立している貯蔵法が確立している ( 室温 10 気圧以下で液体 ) 輸送法が確立している ( 室温 10 気圧以下で液体 ) ( 直接燃焼も可 ) 留意点安全性の確保製造コスト ( 水素の製造コスト ) 昭和電工の強み昭和電工は 85 年に亘りアンモニアを製造販売してきた実績がある現在は使用済みプラスチック由来の ECOANN を製造販売しているエネルギーキャリアとしてのアンモニアの評価昭和電工はアンモニアおよび高純度水素の既存顧客を保持している昭和電工はアンモニアを安全に取り扱う膨大なノウハウを持っている事業性ありと判断

< 開発の社会的背景 > 化石燃料の枯渇に伴うエネルギー問題大量のエネルギー消費による環境汚染問題を解決するため燃焼後に水しか出ない水素がクリーンエネルギー源として期待されています常温では気体である水素はその効率的な貯蔵輸送技術の開発が大きな課題となってきました常温 10 気圧程度の条件

< 開発の社会的背景 > 化石燃料の枯渇に伴うエネルギー問題大量のエネルギー消費による環境汚染問題を解決するため燃焼後に水しか出ない水素がクリーンエネルギー源として期待されています常温では気体である水素はその効率的な貯蔵輸送技術の開発が大きな課題となってきました常温 10 気圧程度の条件平成 30 年 10 月 11 日大陽日酸株式会社国立大学法人広島大学国立研究開発法人科学技術振興機構 (JST) アンモニア分解ガスから燃料電池自動車の燃料水素を高効率で回収する水素精製装置を開発注 1) アンモニア分解ガスから燃料電池自動車用高純度水素を高効率で回収する水素精製装置を 10Nm 3 /h の規模で開発し水素回収率注 2) 90% を初めて達成しましたまた 10% のオフガスをアンモニア分解用熱供給装置に供給することができ

「エネルギーキャリアとしてのアンモニア、 その実力と課題」

「エネルギーキャリアとしてのアンモニア、その実力と課題」