都市ゴミからの次世代航空機燃料の供給に向けたロードマップ

国立研究開発法人産業技術総合研究所
材料・化学領域 研究戦略部
上席イノベーションコーディネーター
平田 悟史

次世代航空機燃料シンポジウム 2015年7月8日

次世代航空機燃料に求める条件
CO2排出量の低減ができること

化石資源由来は対象外
バイオマス資源を原料とする

国内で製造

バイオマス資源の輸入はコストアップ要因（海外で燃料製造し輸入する方がよい）
国内で利用可能なバイオマス資源は限られる

現行のケロシンと同程度の価格安価な原料の使用が不可欠

2020年に商業飛行ができる製造のための基本技術が確立していること（新たな研究開発では間に合わない可能性）

第1分科会では、都市ゴミから次世代航空機燃料の製造について、技術検討を行いロードマップを作成した。

次世代航空機燃料シンポジウム 2015年7月8日

国内バイオマスの賦存量と利用可能量

出典：第4回バイオマス活用推進会議資料（2012）

次世代航空機燃料シンポジウム 2015年7月8日

バイオマス資源の賦存量・利用可能量と適合性
賦存量（万t-dry/年）

利用可能量（万t-dry/年）

適合性

備考

林地残材

800800△ 収集・運搬が困難、価格が高い

炭素量を重量の50%と想定

農作物非可食部

996698△ 収集・運搬が困難、肥料用との競合

炭素量を重量の50%と想定

建設発生木材362

36△ すでに90%が使われている

炭素量を重量の50%と想定

製材工場等残材

340

18△ すでに95%が使われている

炭素量を重量の50%と想定

都市ゴミ3,120 1)

○ 全量が収集されている 水分が重量の40%と想定

1) 一般廃棄物発生量 5,200万t/年 出典：理科年表
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第1分科会の活動の概要
メンバー

会合とおもな議題

伊藤忠エネクス株式会社
伊藤忠商事株式会社
国立研究開発法人 宇宙航空研究開発機構
オリックス資源循環株式会社
国立研究開発法人 産業技術総合研究所
JFEエンジニアリング株式会社
シェルジャパン株式会社
石油資源開発株式会社
東京大学
東洋エンジニアリング株式会社
日本アジア投資株式会社
日本航空株式会社
野村リサーチ・アンド・アドバイザリー株式会社
日立造船株式会社
三井造船株式会社
株式会社三井物産戦略研究所
経済産業省
国土交通省
環境省
国立研究開発法人 新エネルギー・産業技術総合開発機構
IATA JAPAN（国際航空運送協会）
計21組織

2014年7月4日 第1回分科会
・ガス化技術の現状整理
2014年7月25日 第2回分科会
・LanzaTech社技術・Green Sky Londonプロジェクト
2014年8月22日 第3回分科会（東広島）
・ガス化・FT合成ベンチスケール設備見学
・検討項目の整理
2014年9月5日 第4回分科会
・JFEエンジニアリングのガス化改質炉・実証設備/実用化設備のイメージ検討
2014年10月3日 第5回分科会
・採算性検討2014年10月17日 第6回分科会
・アルコール発酵＋ATJプロセスの検討
2014年11月27日 第7回分科会（千葉）・JFEエンジニアリングのガス化改質炉見学
2015年1月16日 第8回分科会
・燃料の規格、品質検査について

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都市ゴミからの航空機燃料製造プロセス
第1分科会においては次の3つのプロセスを対象に検討を行った

ガス化

ガス精製

合成ガス

JFEエンジニアリングの保有技術（ガス化改質施設）

都市ゴミ

合成ガス発酵FT合成

アップグレーディング

東洋エンジニアリングのライセンス技術（Velsysマイクロリアクター）

エタノール
LanzaTechの保有技術

エタノール発酵
日立造船の保有技術

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ATJ

航空機燃料

都市ゴミとは
台所ごみ○生ごみ ○貝殻

千葉市の例○アルミホイル ○廃油（固めるか、紙・布に染み込ませて）硬質プラスチック類のうち、カセットテープ、ビデオテープ
軟質プラスチック類○洗剤ボトル ○発泡スチロール ○食用油のボトル○ソース・マヨネーズ・卵パックなどの容器 ○ペットボトルのラベル、キャップ
皮革類、ゴム類○カバン ○靴○ボール（空気を抜いてから）○ゴムホース・ビニールホース

木の枝、刈り草・葉再生利用できない紙類・布類○シュレッダーした紙 ○紙くず
布類
○わたや羽毛の入った衣類○おむつ（汚物を取り除いてから）○汚れのついた紙○布団・カーペット・じゅうたん類で指定袋に入るもの

その他○在宅医療ごみ ○使い捨てカイロ
可燃ごみ

生ごみ

可燃分

53.88%

20.50%灰分6.64%

3.00%

水分39.48%

76.50%

低位発熱量 (kJ/kg)

10,726

2,175

○乾燥剤

○保冷剤 ○ペット類のフン、猫砂
千葉市ホームページ

大都市部における生ごみバイオガス化の有効性の検討
楊翠芬（産総研）ほか、第３回日本ＬＣＡ学会研究発表会講演要旨集（2008 年2月）

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都市ゴミの熱量

プラスチックの埋立処理をしていないケース

第18回廃棄物学会研究発表会 小集会発表資料
地球温暖化防止における 都市ごみサーマルリサイクルの役割の 現状と可能性 2007 年 11 月
廃棄物学会学術研究委員会 廃棄物焼却研究部会

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都市ゴミのガス化技術
シャフト炉式ガス化溶融炉

コークスベッド式直接溶融炉

新日鉄住金エンジニアリング

上部流動式高温ガス化溶融炉

JFEエンジニアリング

コークス不使用・酸素吹き込み式溶融炉

新日鉄住金エンジニアリング

プラズマ式直接溶融炉

日立金属

多管付円筒回転炉-旋回溶融炉

日立造船、タクマ、シーメンス

外熱円筒回転炉-表面溶融炉

IHI、クボタ

セラミック熱交-竪型旋回式

荏原

流動床-竪型旋回式

神戸製鋼所

仕切流動床-竪型旋回式

三菱重工業

流動床-横型旋回式

川崎重工業

傾斜旋回溶融炉

バブコック日立

外熱式多筒型ロータリーキルン

中外炉工業

間接加熱キルン式

三菱重工業

ガス化改質施設（熱分解・純酸素吹込）

JFEエンジニアリング

横型円筒旋回炉

流動床-旋回燃料溶融炉

ロータリーキルン
その他

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ガス化改質施設の構造②乾燥、熱分解⑤ガスの改質⑥ガスの急冷

⑦ガス精製
ガス発電
脱硫

電力

廃棄物
精製合成ガス

硫黄
高温
反応炉
酸素

急
冷・酸
洗
浄

塩製造装置 再利用
水沈殿槽

脱ガスチャンネル
ピット

プレス

酸素製造設備金属水酸化物
酸素

均質化炉①廃棄物の圧縮③ガス化、溶融④スラグの均質化

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スラグ
メタル

⑧水処理

工業塩

ガス化改質施設
エネルギー収支

稼働実績

規模

酸素供給方法竣工A

100t/d×3

PSA

2005.3

B

80t/d×2

深冷分離

2005.3C

185t/d×3

深冷分離

2005.3D

225t/d×2

深冷分離

2006.9E

150t/d×2

深冷分離

1999.8次世代航空機燃料シンポジウム 2015年7月8日

Fischer-Tropsch反応
触媒反応
液体炭化水素CO（FT反応）

H2
CO

H2O

CnH2n+2200～300℃
1～5MPa

金属触媒

活性金属
高いRu
Co
Ni
Fe

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低い価格

+

触媒活性

H2

炭素（C）の数により、ナフサ（Cが5～10）
灯油（Cが10～14）
軽油（Cが14～20）
ワックス（Cが20以上）

実験設備と生成物の例

軽油、灯油
ワックスの混合物

ガス化炉

ガス精製・成分調整工程

ガス化技術は脱塵、脱タール、脱硫
原料と規模で決まる 脱CO2、H2/CO比調整
温度700～1,000℃

ナフサ

FT合成反応圧力2～3MPa
温度200～300℃

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水VELOCYSのFT合成反応技術

リアクター ： マイクロチャンネルリアクター

FT合成反応は発熱反応
反応時に除熱が必要
熱伝導がよい出典：Velocys社ホームページ

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VELOCYSのFT合成反応技術
リアクター ： マイクロチャンネルリアクター
ユニット化されている。
ユニット数を増やすことでスケールアップする
スケールアップが容易
スケールアップのリスクが少ない

500 ～ 3,000 bpd の中小型FTに適する(=160 ～ 960 kL/d)（他の方式の場合、10,000 bpd以上）
コンパクト
工期が短い 18～24か月（他の方式の場合、5年）
出典：Velocys社ホームページ

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VELCYS社の実績
VELCYS社のFT合成反応技術

納入実績

納入先（計画中を含む） 場所

規模(bpd)プロセス

Calumet Specialty
Karns City
Products Partners L.P. ペンシルバニア

1,000

GTL

2,500

都市ごみ→合成ガ
ス→ジェット燃料

GreenSky London
Project (Solena)

ロンドン
英国

JV with Entered GTL
joint venture withWaste Management,
NRG Energy andVentech

Oklahoma City
オクラホマ

Ashtabula GTL

Ashtabula
オハイオ

2,800

Red Rock Biofuels

オレゴン

1,100

時期

2012計画

埋立ガス+天然ガス 2014計画→液体炭化水素パイロット
は運転中

2014計画林地残材→ガス化→液体炭化水素2014計画

出典：Velocys社ホームページ

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Green Sky London Project

ロンドンの都市ごみ
57.5万t-dry／年（2,500t-wet/日相当）1)

バイオジェット燃料製造プラント

ロンドンシティ空港で給油

生産量 1,043 BPD(166 kL/日)2)・リサイクルできるものを除去した後に埋立していたごみが対象
・複数のごみ処理業者が搬入・ナフサ 630 BPD (=100 kl/日) と電力20MWも併産
・2015年着工、2017年運転開始予定
・ガス化技術：Solena Fuels
・FT合成技術：Velocys･GE, Honeywell, FLUOR, Barclay,
British Airways, 伊藤忠が参加
・総事業費 5億ドル
・リスク要因 在来燃料価格の下落
ガス精製技術・Jet A-1として給油車から給油
・在来燃料との混合は空港で行う・同空港のBAの必要量の2%・BAが在来燃料と同価格で11年間全量買取

1) 水分量を40%と想定、2) 1バレル=159L

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ガス化＋FT合成プロセスの概算例
原料（ゴミ）

低位発熱量 10,000kJ/kg = 2,390 kcal/kg

ガス化炉

投入量

1,000 t/d

投入エネルギー量 1×1013J/d = 0.278☓107kWh/d = 115,833 kW
補助エネルギー量（仮）効率46.6%

合成ガスエネルギー量

液体燃料製造工程56,330 kW

ジェット燃料留分収率
ジェット燃料発電工程5,000 kW

16,900kW = 146×1010 J /d18.4 MJ / L
39,750 L /d = 250 BPD

オフガスをガスエンジンで発電発電量30%
所内動力の一部を賄う

30%× ガスエンジン発電効率 35%

56,330 kW × 0.3 × 0.35 = 5,915 kW

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都市ゴミからの航空機燃料製造プロセス
第1分科会においては次の3つのプロセスを対象に検討を行った

ガス化

ガス精製

合成ガス

JFEエンジニアリングの保有技術（ガス化改質施設）

都市ゴミ

合成ガス発酵

FT合成

アップグレーディング

東洋エンジニアリングのライセンス技術（Velsysマイクロリアクター）

エタノール
LanzaTechの保有技術

エタノール発酵
日立造船の保有技術

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ATJ

航空機燃料

都市ゴミからの航空機燃料製造プロセスの比較

ガス化＋FT合成＋水素化分解

ガス化＋嫌気性発
酵＋化学反応（ATJ）

糖化＋アルコール発酵＋化学反応（ATJ）

国産技術の有無 ガス化：ありFT合成：あり
水素化分解 ：あり

ガス化
：あり
嫌気性発酵 ：なし
化学反応：なし

糖化：あり
アルコール発酵 ：あり
化学反応
：なし

技術の成熟度

ガス化：完成
嫌気性発酵 ：完成
（実証中）
化学反応：不明

糖化：あり
アルコール発酵 ：あり
化学反応：不明

ガス化
：完成
FT合成
：完成
水素化分解 ：完成

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バイオジェット燃料導入に向けたロードマップ

B737型機 1フライト（約1時間）
で使用する燃料は、4,000L

2015
実証

2018

2025

2020

2030～

実証プラント建設

バイオ燃料製造（都市ゴミ→合成ガス→FT） 500kL/年（≒10 BPD)）（ジェット燃料 : 軽油 = 5:5）

国内線フライトで使用10%混合で使用
B737型フライト約600便/年

実用化

商用プラント建設（1,000 BPD ← 都市ゴミ2,000t/d）
国内大都市部、海外主要空港周辺への立地を想定
商用プラント建設（300 BPD ← 都市ゴミ600t/d）

国内地方空港への展開（ただし採算性に課題）
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実用化イメージ

合成ガスのエネルギーの60%をジェット燃料と軽油に変換
排出原単位を400kg/人・年とすると人口183万人分に相当

ジェット燃料+軽油
160kL/日
100円/L近くへ分解精製・蒸留

ゴミが持つエネルギーの40%を合成ガスに変換 FT合成反応
ガス精製・成分調整

合成ガスのエネルギーの35%を電力に変換
発電 19,000kW

ガス化
非化石資源由来の航空機燃料のニーズはある。
原料
2,000t/日

安価でなければ実用化は困難。

－?円/t

日本国内の資源から製造するのであれば、都市ゴミからの製造が最有力。
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ビジネスモデル

ゴミ焼却工場

一般廃棄物処分場

Drop-in-fuelを直接供給

産業廃棄物
未利用バイオマス資源
BTLプラント（空港隣接地）

廃棄物収集

ガス化・ガス精製技術
FT合成・水素化分解・分留技術

紙、製材工場等残材、建設発生木材
農作物非食用部、林地残材 のうち低コストで収集できるもの

プラントエンジニアリング技術

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燃料ユーザーご清聴ありがとうございました。

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