革新的CO2 分離回収技術シンポジウム

川崎重工の二酸化炭素分離回収技術開発

2023/2/13

エネルギーソリューション＆マリンカンパニー
エネルギーディビジョン
パワープラント総括部
安原 克樹

目次

Section 1

川崎重工のご紹介

Section 2

CO2分離回収技術の歩み

Section 3

当社のCO2回収技術について

Section 4

商用化に向けた取組み

Section 5

その他の取組み

Section 6

今後の展望© Kawasaki Heavy Industries, Ltd. All Rights Reserved2Section 1
川崎重工のご紹介© Kawasaki Heavy Industries, Ltd. All Rights Reserved

3

当社の許可なく資料の内容を第三者に開示、公開する等の行為を禁止します。

川崎重工の歩み© Kawasaki Heavy Industries, Ltd. All Rights Reserved

1878年

創業者川崎正蔵が川崎築地造船所（東京）を創設

1902年

乾ドック（神戸工場1926年

東京市の永代橋を制作

1941年「飛燕」戦闘機の生産を開始

1975年

米国でモーターサイクルの生産を開始

1976年

ガスタービン発電設備PU200を開発

1981年

わが国初のLNG運搬船を引渡し

1996年

東京湾アクアライン向けシールド掘削機、掘削完了

2001年

北米唯一の鉄道車両一貫製造の専用工場が完成

2004年

台湾高速鉄道向け車両初出荷

2019年

世界初の液化水素運搬船「すいそ ふろんてぃあ」が進水第1ドック）完成

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事業セグメント別売上高比率（連結）
その他事業
5.2%

モーターサイクル＆エンジン事業
29.8%

精密機械・ロボット事業
16.8%© Kawasaki Heavy Industries, Ltd. All Rights Reserved

航空宇宙事業
19.9%

車両事業
8.4%

2021年度
連結売上高15,008億円

エネルギーソリューション＆マリンカンパニー

エネルギー・環境
プラント事業
15.5%

船舶海洋事業
4.3%

5

Section 2
CO2分離回収技術の歩み© Kawasaki Heavy Industries, Ltd. All Rights Reservedz6

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当社のCO2分離回収技術について
燃焼排ガス

様々なCO2排出元への適用

空調への適用化
フェーズ～2008年

火力発電

セメント

閉鎖空間のCO2除去

2009年～2014年
基礎技術開発フェーズ
潜水艦DAC2015年～
実用化開発フェーズ

水素製造プラント ごみ焼却**自治体は、状況(コスト,環境省の方針,地元への貢献等)により、CO2回収方法を判断

商用化
フェーズ
…

航空機

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7Section 3
当社のCO2回収技術について© Kawasaki Heavy Industries, Ltd. All Rights Reservedz8

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KCC（Kawasaki CO2 Capture）

 潜水艦等の閉鎖空間中CO2除去の技術を応用
 多孔体にアミンを担持した新規開発の固体吸収材を用いる事で、従来方式より省エネルギーでCO2分離回収を実現
 有効に利用できない排熱（100℃以下）を利用可能© Kawasaki Heavy Industries, Ltd. All Rights Reserved

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KCCシステムの比較方式

固定層システム

移動層システム

吸収材は移動せず、排ガスや蒸気を切替えて供給し、バッチ式にCO2の吸脱着を行うシステム

吸収材は吸着塔、再生塔、乾燥塔を循環し、連続的にCO2の吸脱着を行うシステム

システム
概要

ベンチ
試験装置
外観写真

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社内ベンチスケール試験

自社工場内の微粉炭燃焼設備にKCCベンチ試験設備（固定層、移動層）を併設して開発を実施
微粉炭燃焼試験設備

煙突

灯油タンク

集塵器
脱硫装置

誘引送風機

再燃焼
バーナ

排ガス冷却器

冷却水供給系

耐火ダクト

コンプレッサ

石炭燃焼炉

バーナ用
燃料ホッパ

KCCベンチ試験設備

・固定層・移動層

押込送風機 熱風発生炉© Kawasaki Heavy Industries, Ltd. All Rights Reserved

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社内ベンチスケール試験

吸収材の基本特性評価を目的とし、以下の項目を確認
 石炭燃焼排ガスからCO2を分離
 低温蒸気（60℃）を用いて高濃度CO2を回収＜固定層ベンチ試験設備の外観＞

CO2処理量：10 ton/d
設備サイズ：6.5 m(W)×7.5 m(L)×12 m(H)
多くの基礎データを取得© Kawasaki Heavy Industries, Ltd. All Rights Reserved

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KCC 移動層システムの特長
 吸収塔、再生塔、乾燥塔の3塔で構成
 連続回収を行い大規模プラントに適用可能乾燥空気

高温湿度
空気

CO2回収量：5 トン-CO2/日
設備高さ ：約20m© Kawasaki Heavy Industries, Ltd. All Rights Reserved

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社内ベンチスケール試験

移動層設備の改良と吸収材の担体改良で、破砕量を大幅に低減し、吸収材補充量を約1/200に低減

吸収材補充量

開発初期時

1/200

開発初期時

現在

現在

(運転時間: 200 h以上)
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社内ベンチスケール試験

 5ton-CO2/d以上のCO2を分離回収
経済産業省「CO2分離回収技術の研究開発事業」での成果（地球環境産業技術研究機構[RITE]開発吸収材を使用）© Kawasaki Heavy Industries, Ltd. All Rights Reserved

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社内ベンチスケール試験/次のステップへ

 吸収材の性能劣化対応や、大型プラントの成立性を検証するためには、スケールアップした実ガス試験が必須。
 商用化へのステップを考えれば、ベンチスケール排ガス試験の約10倍程度の規模は必要。

移動層パイロットスケール試験へ© Kawasaki Heavy Industries, Ltd. All Rights Reserved

16Section 4
商用化に向けた取組み
 カーボンリサイクル・次世代火力発電等技術/CO2分離回収技術の研究開発/
先進的二酸化炭素固体吸収材の石炭燃焼排ガス適用性研究© Kawasaki Heavy Industries, Ltd. All Rights Reservedz17

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カーボンリサイクル・次世代火力発電等技術/CO2分離回収技術の研究開発/
先進的二酸化炭素固体吸収材の石炭燃焼排ガス適用性研究※
実施者：川崎重工、RITE 協力：関西電力
吸収材：RITE材
試験機：KHI製（KCC移動層）40 ton-CO2/d
目的 ：石炭火力発電所の実燃焼排ガスからのCO2分離回収試験
予定 ：2022年末 建設完了
2023年2月から総合試運転、CO2分離回収試験開始

当日提示させていただきます

撮影協力：関西電力株式会社

試験設備全景※国立研究開発法人新エネルギー・産業技術総合開発機構（NEDO）の委託事業© Kawasaki Heavy Industries, Ltd. All Rights Reserved

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カーボンリサイクル・次世代火力発電等技術/CO2分離回収技術の研究開発/
先進的二酸化炭素固体吸収材の石炭燃焼排ガス適用性研究

当日提示させていただきます

撮影協力：関西電力株式会社© Kawasaki Heavy Industries, Ltd. All Rights Reserved

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実施目標・体制＜対象＞石炭火力発電所（燃焼後CO2回収）＜目標＞火力発電所内に移動層パイロットスケール試験設備を建設・試運転完了
パイロット試験用固体吸収材の改良及びスケールアップ製造、供給完了
移動層シミュレーションの高度化及び実ガス試験での最適運転条件の提示＜体制＞

・研究開発項目①「固体吸収材移動層システムのスケールアップ実ガス試験」①－1 移動層パイロットスケール試験設備（40 t-CO2/d規模）の詳細設計・建設①－2 石炭火力発電所での実ガスを用いた信頼性、運用性
影響評価© Kawasaki Heavy Industries, Ltd. All Rights Reserved

・研究開発項目②「高効率CO2分離回収技術基盤技術開発」②－1 固体吸収材の性能向上及び製造技術開発②－2 高度シミュレーション技の開発と最適プロセス検討

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燃焼排ガス向け実証(1) 処理ガス量 ：7,200Nm3/時(2) CO2回収量 ：40t-CO2/日(3) 検証課題：●安定的なCO2分離回収の実施●分離回収エネルギーの評価●固体吸収材の耐久性の確認他

処理カス量7,200Nm3/h

CO2分離回収40t-CO2/日© Kawasaki Heavy Industries, Ltd. All Rights Reserved

CO221当社の許可なく資料の内容を第三者に開示、公開する等の行為を禁止します。

概要(プロセスフロー)
移動層特徴〇移動層システムは、吸収塔(CO2吸収)、再生塔(CO2脱離)、乾燥塔(水分除去)から構成〇吸収材の循環運転により、吸収反応、再生反応を連続的に行える〇吸収材の循環速度変更により、CO2濃度変動に追従可能
プロセスフロー
舞鶴発電所

吸収材
排ガス

7,200 Nm3/h

ファン前処理塔

フィルター
蒸気

舞鶴
発電所

減圧減温装置

60℃

乾燥空気

外気凝縮器

© Kawasaki Heavy Industries, Ltd. All Rights Reserved

ファン加熱器

舞鶴発電所

吸収塔

舞鶴
発電所

再生塔
凝縮器 回収ポンプ
乾燥塔

CO2

外気フィルター22

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パイロットスケール試験実施で期待できる効果

 石炭火力発電所からの実ガスによるCO2分離回収試験ができる。
 実ガスでの長時間運用による吸収材性能、耐久性評価ができる。
 機器大型化、吸収材循環量による性能検証ができる。
 事業化・商用化に向けたKCCプラントの運用方法の確立、連続操作/制御応答性の開発・検証ができる。

© Kawasaki Heavy Industries, Ltd. All Rights Reserved

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工事進捗状況(1)

当日提示させていただきます。

工事進捗状況 (2021年8月)© Kawasaki Heavy Industries, Ltd. All Rights Reserved

当日提示させていただきます。

工事進捗状況(2022年5月時点)

24当社の許可なく資料の内容を第三者に開示、公開する等の行為を禁止します。

工事進捗状況(2)

当日提示させていただきます

工事進捗状況 (2022年7月時点)© Kawasaki Heavy Industries, Ltd. All Rights Reserved

当日提示させていただきます

工事完了(2023年1月時点)
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実証スケジュール
2020年度

現在
2021年度

2022年度

2023年度

2024年度

詳細設計
製作・調達

【意義】
現地工事
CO2 回収コストの低減可能な固体吸収材移動層システムの実ガス試験を助成事
試運転業(2023～2024年度)にて実施・評価することで、CN社会への実装が期待できる。
 大型化の設計手法獲得
 装置要素技術開発
 設計・建設による改善点・改良点抽出

実証試験

 石炭火力ボイラ排ガスからのCO2回収性能評価
 運転安定性評価

設計時の改善点、実証試験結果をフィードバックし更なる改善を図る© Kawasaki Heavy Industries, Ltd. All Rights Reserved

26Section 5
その他の取組み
 環境配慮型CCUS一貫実証拠点・サプライチェーン構築事業委託業務（固体吸収剤による分離回収技術実証）
 二酸化炭素の資源化を通じた炭素循環社会モデル構築促進事業委託業務（低濃度二酸化炭素回収システムによる炭素循環モデル構築実証）/Direct Air Capture (DAC)実証事業© Kawasaki Heavy Industries, Ltd. All Rights Reservedz27

環境配慮型CCUS一貫実証拠点・サプライチェーン構築事業委託業務※1（固体吸収剤による分離回収技術実証）

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※2※1 代表事業者のJCOAL(一般財団法人石炭フロンティア機構)と共同実施※2 Integrated Test Center© Kawasaki Heavy Industries, Ltd. All Rights Reserved28

環境配慮型CCUS一貫実証拠点・サプライチェーン構築事業委託業務（固体吸収剤による分離回収技術実証）

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KHI固体吸収剤のアミン変質物、排ガス中成分の影響による分解生成物の大気放出可能性及び環境影響評価••

どのような物質が？
どれくらいの量が？

環境への影響は？

© Kawasaki Heavy Industries, Ltd. All Rights Reserved29環境配慮型CCUS一貫実証拠点・サプライチェーン構築事業委託業務（固体吸収剤による分離回収技術実証）

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委託代表事業者

石炭フロンティア機構

MOU締結

協力者

The State of Wyoming（実証フィールドの提供）
CO2分離回収技術の環境影響評価の実証に適した Integrated Test Center（ITC）を実証フィールドとして提供

共同実施者

川崎重工業

日米協働

●KHI固体吸収剤による二酸化炭素分離回収技術
実証試験設備の設計・建設・運転●ワイオミング州政府及びITCとの実証試験の計画・実施に係る調整及び協働●環境影響評価試験の計画・実施

充墳塔

ガスサンプリング

要素試験装置外観
前事業で実施した実証試験設備でのFEED※1によるスキッド分割設計3D図 ※1．Front End Engineering Designの略© Kawasaki Heavy Industries, Ltd. All Rights Reserved

Dry Fork発電所全景と実施試験場所（ITC）

30

環境配慮型CCUS一貫実証拠点・サプライチェーン構築事業委託業務（固体吸収剤による分離回収技術実証）

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環境モニタリングも計画しており、実証試験前、中、後に下記地点の大気組成を計測・評価予定＜計測予定箇所＞© Kawasaki Heavy Industries, Ltd. All Rights Reserved31

二酸化炭素の資源化を通じた炭素循環社会モデル構築促進事業委託業務（低濃度二酸化炭素回収システムによる炭素循環モデル構築実証）/Direct Air Capture (DAC)実証事業

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空気からのCO2分離回収の実証を目的に、5kg-CO2/d規模の試験設備を弊社明石工場内に設置
40年前から閉鎖空間に不可欠なCO2除去技術を開発（まさにDAC技術そのもの）
日本の潜水艦に当社CO2分離回収技術を採用
空気中のCO2を1,000時間以上連続で分離回収
小型試験機データを基にCO2分離回収工程のLCA評価を実施し、再エネ電力を利用することでネガティブエミッションを実現。

© Kawasaki Heavy Industries, Ltd. All Rights Reserved32

二酸化炭素の資源化を通じた炭素循環社会モデル構築促進事業委託業務（低濃度二酸化炭素回収システムによる炭素循環モデル構築実証）/Direct Air Capture (DAC)実証事業

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 季節、天候の影響を把握するために、温湿度調節器を設置
 CO2回収時に用いる蒸気はヒーターで生成（実機では排熱の利用を想定）＜実証試験設備のフロー＞

試験用温湿度調節器
ブロア

真空ポンプ

除湿器

空気など

CO2
加熱器

加湿用
ボイラ

吸収塔

水ヒータ
© Kawasaki Heavy Industries, Ltd. All Rights Reserved

蒸気発生器
低温蒸気CO2回収後空気33

二酸化炭素の資源化を通じた炭素循環社会モデル構築促進事業委託業務（低濃度二酸化炭素回収システムによる炭素循環モデル構築実証）/Direct Air Capture (DAC)実証事業

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 空気中のCO2を1,000時間以上連続で分離回収
 CO2吸収量は外気温と湿度の影響で変動するものの、性能を維持（温湿度調節器は停止して運転）＜CO2分離回収試験結果＞

回収量 [ kg/day ]109876543210

目標0© Kawasaki Heavy Industries, Ltd. All Rights Reserved

200400600
試験時間 [ hr ]

800

1000
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Section 6
今後の展望© Kawasaki Heavy Industries, Ltd. All Rights Reservedz35

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将来動向（世界）
 IEAのNZEシナリオでは、2030年16.7億ton/年、2050年76億ton/年で回収量が増加の見込み 2050年に向けて燃焼後排ガス・DACにて、35億ton/年(約半分)のCO2回収を見込み市場は大きい※その内、DACによるCO2回収は2030年0.9億ton/年、2050年9.9億ton/年(約13％)
伸長が大きいCO2回収量[億ton/年]

8060

NZEｼﾅﾘｵでは20年から25年は微小な増加
しかし、以降25年間は様々な回収手段に対する政策誘導により回収量が大幅増加する

56.6

76
9.9億ton/年：DAC
13.5億ton/年：水素製造
6.3億ton/年：バイオ燃料製造
4.1億ton/年：その他燃料製造

40

11.0億ton/年：産業分野(燃焼)
16.7

200.4

16.9億ton/年：産業分野(プロセス)

14.3億ton/年：電力分野
出典：IEA Net Zero by2050 A Roadmap for the Global Energy Sector© Kawasaki Heavy Industries, Ltd. All Rights Reserved

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実証後の展開（適用領域の拡大）【技術の波及】〇 事業ターゲットである石炭火力発電所燃焼排ガス（10-15% CO2）に加え、同程度のCO2濃度を有する他の排出源や、異なる要求仕様によって技術的ハードルが高い適応先への展開を図っていく。
（例１）：都市ごみ処理施設等からのCO2分離回収（例２）：各種ボイラやガスエンジン等の中小規模の自家発電設備を持つ事業者の工場から排出されるCO2削減→ 余剰排熱を利用して発電設備から発生するCO2を分離回収。システムのレトロフィット等。

各種燃焼排ガス利用～廃棄・Energy to Fuel・EOR・化学品製造利用(CCU)

CO2分離回収〇 更なる適用先の開拓によって、カーボンリサイクル社会実現への貢献が期待できる。
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ホルマリン、酢酸、メチルメタアクリレート、クロロメタン類、合成樹脂、溶剤、医薬等

貯留(CCS)37

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実証後の展開（回収規模の拡大）

当日提示させていただきます© Kawasaki Heavy Industries, Ltd. All Rights Reserved38

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更なる適用拡大
燃焼排ガスからのCO2回収は、パイロットプラントでの技術実証準備段階にあり、取得するデータを基に大型化、商用化を実現する。
DACは、カーボンニュートラル実現のために期待される技術との認識が高まっている。そのため、こちらについても大型化、商用化を進める。
当社がこれまで培ってきたプラント技術を活かし、KCC技術の更なる深化を図ると共にカーボンニュートラル実現に貢献していく。

大規模DACイメージ© Kawasaki Heavy Industries, Ltd. All Rights Reserved

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Kawasaki CO2 Capture: KCC開発スケジュール
環境影響評価試験（環境省事業）

燃焼排ガス
空調への適用化
フェーズ～2008年

火力発電所
実用化開発試験（NEDO事業）

閉鎖空間のCO2除去

セメントプラント

2009年～2014年
基礎技術開発フェーズ空気

2019年～2021年
DAC実証試験（環境省事業）

2015年～
実用化開発フェーズ

ガスエンジン…

潜水艦

2030年～

様々なCO2
排出源へ適用

商用化
フェーズ

…

航空機

© Kawasaki Heavy Industries, Ltd. All Rights Reserved40© Kawasaki Heavy Industries, Ltd. All Rights Reserved41© Kawasaki Heavy Industries, Ltd. All Rights Reserved

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