カーボンニュートラルへのチャレンジー水素・アンモニアの役割ー
第14回JAPICオンライン講演会
２０２３年４月１４日
一般社団法人クリーン燃料アンモニア協会 会長
村木 茂
1クリーン燃料アンモニア協会（CFAA）のご紹介
設立

目

的

2019年4月1日 一般社団法人グリーンアンモニアコンソーシアム設立
2021年1月14日 法人名称を一般社団法人クリーン燃料アンモニア協会に変更

・地球温暖化対策とエネルギーセキュリティーの向上に貢献するため水素社会の導入に期待。
・アンモニアは、水素のエネルギーキャリアの有望な候補。
・内閣府のSIPエネルギーキャリアで多くの成果を上げてきたので、これらの成果を早期に社会実装するために設立。
・本協会では、アンモニアの直接利用技術の社会実装と、クリーンアンモニアの供給から利用までのバリューチェーン構築を目指し、技術開発・評価、経済性評価、政策提言、国際連携等を実施していきます。

主な活動

組織体制
社員総会

１ 産学官の会員・関係者に共通のプラットフォームを提供することによるコラボレーションの推進

関する技術開発・評価と、サプライチェーンの商用化に関する検討の推進

事務局

広報WG

３ クリーンアンモニアに関する環境影響評価、標準化、技術検討WG

４ クリーンアンモニアの社会実装に向けた、戦略策定

認証WG

および規制に関する調査、研究や政策提言

５ 国際連携理事会

監事

２ アンモニアの製造から輸送・貯蔵および利用技術に

社員：正会員

戦略委員会

企画運営委員会

技術委員会

国際委員会

会員：16カ国194の企業、研究機関、政府機関等
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21世紀はエネルギー大転換期（Grand Energy Transition）《大きなトレンド（５D＋E＋S）》○脱炭素化（Decarbonization）○電化（Electrification）とデジタル化（Digitalization）－AI, IoT, Society 5.0, Blockchain等の活用－電化とデジタル化による脱炭素の推進○供給と利用の多様化（Diversity）－再生可能エネルギー、バイオエネルギー、水素、アンモニア－原子力（SMR、高温ガス炉、核融合）－天然ガス＋CCUS（CO2回収、利用、貯留）、カーボンニュートラルメタン○分散型化（Decentralization）－地産地消：マイクログリッド、スマートエネルギーネットワーク○ 需要中心型（Demand Centricity）－Supply PushからDemand Pullへ－需要側での多様なエネルギー、サービス、デジタル技術の選択と活用○ エネルギー安全保障（Security）

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カーボンニュートラル

出典：JOGMEC
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グリーン成長戦略（改訂版）：2050年カーボンニュートラルの実現
カーボンニュートラルは電化社会（電力需要30～50％増）

参考：初版記載の電源構成
再エネ 50-60%
原子力・火力＋CCUS/ｶｰﾎﾞﾝﾘｻｲｸﾙ 30-40%
水素・アンモニア 10%

電力量10%はアンモニア4500万t（水素700万t）に相当

5水素基本戦略シナリオ

グリーン成長戦略目標
Max. 3M

20M（水素基本戦略（概要）より引用）
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水素エネルギーキャリア

米国($3/MMbtu)からのブルーアンモニア
輸入価格 ＄350/ton（20円/Nm3-H2）7水素エネルギーキャリアの比較

出典：水素政策小委員会 /アンモニ等脱炭素燃料 政策小委員会 合同会議 中間整理（案）8

2050年CNを前提とした水素の今後の導入拡大（イメージ）

出典：水素政策小委員会 /アンモニ等脱炭素燃料 政策小委員会 合同会議 中間整理（案）92050年CNを前提としたアンモニアの今後の導入拡大（イメージ）

出典：水素政策小委員会 /アンモニ等脱炭素燃料 政策小委員会 合同会議 中間整理（案）10国際水素サプライチェーン（資源エネルギー庁 2050年カーボンニュートラルの実現に向けた検討 より引用）

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アンモニアが燃料として注目されている理由• 直接燃焼が可能で、燃焼時にCO2 を排出しない。

• 燃焼時にはNOxを生成するが、技術開発により抑制可能。
• 海上輸送・貯蔵に適している。

・３つの水素キャリアの中で体積当たりの水素含有量が最も多い（NH3 121kg-H2/m3 liquid , LH2 71kg-H2/m3 , MCH 47kg-H2/m3 ）・液化が容易（LPGと同等）で大型タンカーが現存（LH2 は-253℃の極低温が必要であり、現在技術開発途上）• 世界的に大量に生産され商取引されているので、コスト構造が明確。

• 現在も化学品合成や発電排ガス脱硝に使用されており、安全に利用するためのガイドラインが既に整備されている。

社会導入の初期段階における、発電所や化学工場などの管理された区域での利用を想定すると、技術的、コスト的ハードルは決して高くない。
12サウジからのエネルギーキャリア別、ブルー水素コスト比較（単位水素あたりのコスト）

13燃料アンモニア導入官民協議会
・2020年10月27日に第1回会合を開催
・3回の会合を経て2021年2月に中間とりまとめを発表
・2021年11月バリューチェーンのコスト削減と政策対応を検討するタスクフォースを設置

１．目的
燃料アンモニアの利用拡大に向けた課題を整理し、その解決に向けた官民での役割、そしてタイムラインを官民で共有し、一体となって取り組みを進めることを目指す
２．構成員
政府・関係機関等
資源エネルギー庁

民間企業等
資源・燃料部

株式会社IHI

石油天然ガス・金属鉱物資源機構

株式会社JERA

国際協力銀行

電源開発株式会社

日本貿易保険日揮ホールディングス株式会社（以下オブザーバー）

日本郵船株式会社

製造産業局

素材産業課

丸紅株式会社

国土交通省

港湾局

三菱重工業株式会社

同海事局

三菱商事株式会社
一般財団法人 日本エネルギー経済研究所
一般社団法人 クリーン燃料アンモニア協会
14燃料アンモニア導入官民協議会（2）３．中間とりまとめ骨子○安定確保
地理的特性に留意したうえで、単に外国事業者からアンモニアを調達するのではなく、天然ガスの上流権益や安定的な再生可能電源を確保するなどして、我が国企業が中長期的に安定してコントロールできる形でのアンモニアの調達を図る。
○コスト低減原料の調達、生産、輸送/貯蔵、利用、ファイナンス等においてコスト低減を図る。
○環境配慮
今後一定の導入普及後には生産時に排出されるCO2について合理的なコストでの抑制を図り、アンモニア由来の電気が評価される環境整備を図る。
○海外展開
アジア諸国をはじめ世界の脱炭素移行に貢献するため、燃料アンモニアに係る技術やノウハウの国際展開を図るとともに、アンモニア事業に係る規格・標準化等の環境整備を図る。
○導入拡大のロードマップ
2030年には国内で年間300万トン、2050年には国内で年間3000万トンの需要を想定する。
2050年に世界全体で1億トン規模の我が国企業による調達サプライチェーンの構築を目指す。
アンモニア供給価格は2030年までに水素換算Nm3当り10円台後半を目指す。
○実用化を目指す技術
ガスタービンコンバインドサイクル発電での混焼・専焼化技術、工業炉やコージェネレーションでの利用技術、船舶部門での直接燃焼技術とアンモニア燃料船の商用化、ブルー・グリーンアンモニアの高効率・低コスト製造並びにCO2固定化システム等の技術
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製造技術（ブルー・グリーン）
天然ガス水蒸気改質＋ハーバー・ボッシュ
CO2（1/3）

CO2分離回収

高濃度CO2（2/3）

排気ガス N2 CO2
水蒸気（1/3）

2次改質
COシフト

H2CO2CO

水蒸気改質

天然ガス （2/3）
外部加熱

CCS

空気空気

H2N2CO2

CO2回収

H2N2

吸熱反応

H2 N2

アンモニア合成

ブルーアンモニア

発熱反応

アンモニア合成で発生する熱を有効利用
H2 N2

再エネ水電解＋ハーバー・ボッシュ
再エネ電力

水電解装置

H2N2空気H2 N2アンモニア合成

グリーンアンモニア

空気分離装置

この他、アンモニア直接電解合成の技術開発がGI基金で進められている
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利用技術（石炭火力混焼）
・ アンモニアを石炭火力発電設備のボイラーで安定的に燃焼が可能
・ 実証試験炉(1万kW input)では、アンモニアを２０％（熱量等価）混焼しても、排気中のNOx値を石炭専焼と同程度に保つことが可能
・ 水島火力発電所 ２号機で、12万kW出力のうち、１,000kW相当の石炭をアンモニアに置き換えて発電する電力供給を実証（NOx値、アンモニアスリップの問題はなかった）
・ 20％～60％混焼バーナー開発完了、100%専焼バーナーを開発中（1万kW級試験炉）
・ JERA碧南火力100万kW石炭火力で20％混焼実証試験を実施（2021-2023年度 NEDO事業）（1GW石炭火力でアンモニア20％混焼の場合、 年間約50万トンの燃料アンモニアを使用）

アンモニア混焼のNOx検討結果（SIPエネルギーキャリア終了報告書 IHIより引用）

https://www.jera.co.jp/information/20210524_677

17利用技術（石炭火力）✓燃焼用空気に旋回を与え炉内ガスの循環流を形成。
✓循環流により高温燃焼ガスと燃料を急速に混合させ，燃料中の揮発分とN 分の放出を促
進，安定した火炎を形成するとともに還元雰囲気中でのNOx の低減を図る。
アンモニア混焼バーナ概念図✓アンモニア混焼時も排ガス組成は安定。
✓煙突出口アンモニアは1ppm程度と高い燃焼性を有する。
✓アンモニア混焼による石炭減少分，CO2濃度も減少。
排ガス組成の経時変化（出典）2019 IHI技報
石炭火力発電における微粉炭・アンモニア混合燃焼技術の開発

18利用技術（石炭火力）✓燃焼時に排出される大気汚染物質を抑制した火力発電用ボイラ向けバーナのアンモニア専焼に成功。
✓本技術では，バーナの構造やアンモニアの供給方法を工夫することで，石炭専焼時と同程度にNOxの排出濃度を抑制すると同時に，有毒な未燃アンモニアの発生を抑制するアンモニア専焼に成功した。
✓今後は，バーナ構造の改善やボイラ性能に与える影響の評価を実施し，2025年の専焼バーナの実証試験を目指す。
小規燃焼試験設備（IHI相生事業所）（出典）2022.5.17 IHIプレスリリース
https://www.ihi.co.jp/ihi/all_news/2022/resources_energy_environment/
1197910_3473.html

19利用技術（ガスタービン アンモニア直接燃焼）○東北大学や産業技術総合研究所での、アンモニア燃焼の基盤研究成果により低NOx燃焼機構が解明。

NH3 flameCH4 flame○通常の脱硝触媒を使用して、NOx排出値10ppm以下が可能。
○50kW, 300kW マイクロガスタービン（トヨタエナジーソリューションズ）
・アンモニア専焼（Single Fuel）の特徴を活かした、BCP対応電源等としての実証が期待される。
○2,000kW級 ガスタービン（IHI）
・アンモニア混焼（20%アンモニア／天然ガス）のため、 混焼率の増加、発電システムの省エネ化などの開発。
・現在70％混焼まで開発完了。
・液体アンモニア100%燃焼によるガスタービンでCO₂フリー発電を達成（2022年6月プレスリリース）。2025年に実用化を予定。

20% NH3 / CH4 flame（図、写真はSIPエネルギーキャリア終了報告書より引用）

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利用技術（中型・大型GT ）✓三菱重工業では，中型（40MW級）GTではアンモニア直接燃焼を，大型（400MW級）ではアンモニアをクラッキングした水素での燃焼を採用し開発中。

アンモニアを利用したガスタービンシステム（出典）2022 三菱重工技報
カーボンニュートラルに貢献する水素・アンモニア焚きガスタービンの開発状況

21利用技術（中型GT-40MW ）✓H-25 形GT（40MW 級）を対象に，アンモニア専焼開発に着手。
✓燃焼器は拡散燃焼器をベースとしたリッチ・リーン二段燃焼方式を採用。燃焼器の上流域でアンモニアと一次燃焼空気を化学量論以上の燃料過濃の状態で燃焼させた後，二次燃焼空気との急速混合により即座に希薄燃焼の状態に移行させてNOx の発生を抑える。
✓フルスケールの燃焼器１本を用いて，燃焼器の燃焼安定性，NOx 排出量，アンモニア燃料切替え時の特性などを確認中。

リッチ・リーン二段燃焼方式の燃焼器

アンモニア燃焼試験装置（出典）2022 三菱重工技報
カーボンニュートラルに貢献する水素・アンモニア焚きガスタービンの開発状況

22利用技術（大型ガスタービン）数10万kW級大型ガスタービンは、燃料である液体アンモニア（-33℃で液化）を、タービンの排熱（高温550℃）の一部を利用し、水素と窒素に分解し、燃焼して発電するシステムを構築。
このシステムのシミュレーション結果では、天然ガス焚タービンと同程度の発電端効率を確認。
55万kW級 ガスタービンコンバインドサイクルの場合、カーボンフリーアンモニアを燃料として発電すると、１１０万トン/年のCO2排出削減効果（三菱パワーより）（野勢ほか4名, 発電用大型ガスタービンにおけるアンモニア利用技術の開発, 日本燃焼学会誌, 61-198 （2019 ）, 293-298. より引用）

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利用技術（SOFC／工業炉）
SOFC（固体酸化物形燃料電池）✓京都大学の研究グループが有するアンモニア燃料電池に関する基盤技術を活用し，IHIがアンモニア100％燃料の1kW SOFC発電システムを開発。
✓発電効率は水素を燃料とした場合と同程度。
✓10kW～200kWの発電システムの開発を目指す。

（IHIホームページより引用https://www.ihi.co.jp/ihi/all_news/2018/technology/2018-5-16/index.html）

工業炉✓10kW モデル試験炉（大阪大学）にて，２段燃焼でNOx生成の抑制が可能。
✓アンモニア混焼による輻射熱の低下は，酸素付加（30%O2）により対応可能。
✓2022年1月，NEDO事業採択「燃料アンモニア利用・生産技術開発／工業炉における燃料アンモニアの燃焼技術開発」（AGC，大陽日酸，産総研，東北大）（SIPエネルギーキャリア終了報告書 大陽日酸より引用）

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利用技術（舶用エンジン）および船舶市場潜在需要
・ 試験用単気筒ディーゼル機関（7kW）にアンモニアを20％混焼し課題抽出（NOxの制御が必要）。
・ IMO（国際海事機関）の「国際海運からのGHG削減戦略」への対応 GHG削減戦略採択（2018年4月）～2050：総排出量50％削減→～2100：GHGゼロ排出・GI基金採択「アンモニア燃料国産エンジン搭載船舶の開発」「アンモニア燃料船開発と社会実装の一体型プロジェクト」

船舶市場における潜在需要“アンモニアは2050年にシェア46%、230百万トン” （IEA “Net Zero by 2050”）“Net Zero by 2050”, IEA, May 2021

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（株式会社JERA 2020年10月13日 プレスリリース資料より引用）

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クリーン燃料アンモニアの実装プラン

供給インフラアンモニアハブ基地構想

市場（カーボンニュートラルポートと連携）
一次基地

フェーズ Ⅰ
・石炭発電での燃料アンモニア混焼
・アンモニア供給インフラの整備

二次輸送 (陸・海)（１次受入基地と国内配送システム）

水素供給

・豪州、米国を中心としたサプライチェーンの構築

フェーズ Ⅱ・石炭発電での燃料アンモニア混焼率の拡大
・天然ガスタービン発電での燃料アンモニア利用
分散型電源への展開（小型・中型発電、燃料電池）
工業炉

天然ガス+CCS/EOR (Blue)

NH3 再生可能エネルギー (Green)舶用エンジン【カーボンフリー発電】
・石炭発電の専焼化
・大型ガスタービン発電の専焼化
・アジアの石炭発電への展開

豪州、米国、中東

2050年 国内需要想定
CO2削減効果

3000万トン
6000万トン27

ロードマップ（サプライチェーン＆利用技術）
2021

2025

2030

供給
Green (再生可能E)
Blue (天然ガス+CCS)
Gray

利用

国内市場
50～100万t/年（2021－2023）

石炭火力混焼(~1,000MW)JERA碧南火力
1GWでの20％混焼大規模実証

中型GT（～40MW）

開発・実証

大型ACCGT(100MW～)

商用インフラ整備

大阪万博での実証

国内市場
300～500万t/年
3000万t/年（～2050）

社会実装・混焼率の向上→専焼
社会実装

開発・実証

社会実装

舶用エンジン

開発・実証

アンモニア燃料船の社会実装

工業炉

開発・実証

社会実装
アジアの電力・舶用燃料市場への展開
1億トンを超えるサプライチェーン構築28

燃料アンモニアのサプライチェーン構築の可能性

カナダ

サウジアラビア

アメリカ合衆国
UAE

オマーン

オーストラリア
西豪州, クイーンズランド州,南豪州,タスマニア州

チリ
ニュージーランド
Natural Gas (Blue)
Renewables (Green)29

11/29第4回
水素・アンモニアの政策ロードマップ案 GX実行会議資料

出典：水素政策小委員会 /アンモニ等脱炭素燃料 政策小委員会 合同会議 中間整理

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