ENEX2022

ここまで来た熱利用～脱炭素社会を切り拓く熱の3R

2022年1月27日
省エネルギー部 小林 正典※本資料は、当日使用したものを公開用に再編集したものです。

本日の内容ENEX2022

１．脱炭素化への潮流と省エネルギー
２．熱マネジメントによる省エネルギーの取り組み
３．未利用熱エネルギー利用・熱の脱炭素化に関する将
来技術の探索1

2030年度CO2排出目標達成に向けた省エネルギーへの期待
省エネルギーに対する期待は非常に大きい！
エネルギー需要の見通し

エネルギー効率の改善

2012-2030では石油危機後の水準を同程度の大幅なエネル
ギー効率の改善が見込まれている

出典:2030年度におけるエネルギー需給の見通し（令和3年9月14日更新版）

2

部門別に見たエネルギー消費の現状
革新的技術開発を通じた省エネポテンシャルの開拓
省エネルギー機器・設備の普及拡大などが重要

出典:エネルギー白書2020（,資源エネルギー庁「総合エネルギー統計」、内閣府「国民経済計算」、日本エネルギー経済研究所「エネルギー・経済統計要覧」を基に作成されたもの）

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第6次エネルギー基本計画における需要サイドの省エネの取組

出典:令和３年１２月１６日 産業構造審議会・ 総合資源エネルギー調査会クリーンエネルギー戦略検討合同会合資料からの抜粋

4地球温暖化対策計画の改定（2030年削減目標の引き上げ）出典:（一社）日本エレクトロヒートセンター～令和３年１２月１６日 産業構造審議会・ 総合資源エネルギー調査会クリーンエネルギー戦略検討
合同会合資料からの抜粋

5クリーンエネルギー戦略の位置づけ

出典:令和３年１２月１６日 産業構造審議会・ 総合資源エネルギー調査会クリーンエネルギー戦略検討合同会合資料からの抜粋

6

本日の内容ENEX2022

１．脱炭素化への潮流と省エネルギー
２．熱マネジメントによる省エネルギーの取り組み
３．未利用熱エネルギー利用・熱の脱炭素化に関する将
来技術の探索7我が国におけるエネルギーロスの現状
未利用熱エネルギーを有効に利用することが省エネルギーへの道
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国内の一次エネルギー

真に必要なエネルギー量

エネルギー変換後

20
再エネ・水力等
2.７EJ
1510ロス（熱）

天然ガス・都市ガス
4.3EJ
石炭
4.４EJ

電力・燃料等への変換
輸送
貯蔵

3-4割

ロス（熱）

運輸分野
2.7EJ
民生分野
3.9EJ

5

電力・燃料等からの0

産業分野
５.5EJ

再変換

動力
熱
光…

石油
６.5EJ

6-7割程

未利用
熱エネル
ギー

※EJ=1018 ジュール
出典：資源エネルギー庁 令和2年度（2020年度）エネルギー需給実績（速報）を基にNEDO作成

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未利用熱エネルギーの発生源と排出割合
電力分野

産業分野

熱熱
他
電力分野

民生分野

運輸分野

熱
民生分野

熱

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未利用熱の実態

廃ガス熱量では、86％が250℃未満、76％が200℃未満。

産業分野の排熱実態調査 （TherMAT/NEDO）２０１９年
15業種の工場設備の排熱実態調査報告書

10未利用熱の実態• 産業分野(除く電力）の熱需要は、200℃以下の比較的低温領域が、１／４以上を占めている。すなわち、未利用熱の温度分布と、熱需要の温度分布は相当程度重なる。
（熱需要 PJ）

業種別・温度帯別熱需要（熱需要 PJ）

熱形態別・温度帯別熱需要

1,400

1,400
機械製造他

1,200

鉄鋼金属

1,000

窯業土石

800

プラゴム
化学石油

600

繊維木紙
400

食品飲料

200

冷熱 (電気)1,200

冷熱 (燃料等)
1,000

温水 (電気)800

温水 (燃料等)

600

蒸気400

電気加熱

200

燃焼加熱

00～20℃20

200～400℃
600～800℃
200
400 600
800 1000～1200℃
1000 12001400～1600℃
1400 16001800～2000℃
1800 2000（温度帯 ℃）～20℃20200～400℃
600～800℃
200
400 600
800 1000～1200℃
1000 12001400～1600℃
1400 16001800～2000℃
1800 2000（温度帯 ℃）

出典）平成29年度新エネルギー等の導入促進のための基礎調査（熱の需給及び熱供給機器の特性等に関する調査）
http://www.meti.go.jp/meti_lib/report/H29FY/000018.pdf（平成31年2月26日閲覧）

11未利用熱利用が進みにくい要因①
熱は輸送が難しく、発生地から概ね500m以内に熱需要が無いと熱→熱の廃熱利用は困難。
排熱する企業と熱需要のある企業が異なると、マッチングや調整コストのハードルが高い。
廃熱が、利用設備へ熱輸送される場合の距離12未利用熱利用が進みにくい要因②・熱の輸送性の低さ、企業の省エネ設備投資への慎重な態度、調整コストが未利用熱利用を妨げている。
・未利用熱を最大限利用するためには、技術開発・助成措置に加えて、企業の判断を促すメカニズムと、調整コストを下げる取り組みが必要。
が、しかし！！

・これまでは未利用熱のコンペティターは化石燃料の燃焼（あるいは化石燃料由来の電源をベースロードとした発電等による加熱/加温）だったが、「2050年CN」で「熱（そのもの）」の脱炭素化へのアプローチの重要性が増してきている！
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熱マネジメントの基本、熱の３RとはReduce
使う熱や廃棄される熱の量を減らす技術

Reuse
熱を「熱のまま」
再利用する技術Management
統合的に有効利用するための技術

Recycle熱を「他の形態に」変換して利用する技術

14熱マネジメント技術の脱炭素化への貢献

産業分野
コジェネ

CO
CO22
CO
CO22

蓄電

蓄熱

運輸分野

民生分野

CO
CO22
CO
CO22

CO
CO22COCO2215

工場における例（産業用ヒートポンプ）

集中ボイラーで熱を供給する工場に産業用ヒートポンプを導入すると・・・

熱需要近傍で熱を発生させることで十数%～50％の配管ロスを無くせます

高性能のヒートポンプを導入することで数%～20％のロスを減らせます

ボイラーで蒸気製造

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自動車における排熱利用

自動車はEVシフトなど変化の大きい分野ですが時代に応じた形で排熱利用の取り組みを進めて行きます。

冷蔵

17

熱を熱のまま再利用

今後も、熱マネジメントや蓄熱技術の開発を進めて行きます
工場

温水プール

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※関連動画のご案内①※ENEX2022でご紹介した内容のうちアニメーション表示した部分は以下のNEDOチャンネルリンクで動画としてご覧になれます。よろしければ是非ご視聴下さい。
01.できる！省エネルギー【はじめに】
https://www.youtube.com/watch?v=NmciHelZqpM
02.脱炭素化への潮流と省エネルギー
https://www.youtube.com/watch?v=52yfPufBdRo
03.熱マネジメントによる省エネルギーの取り組み

https://www.youtube.com/watch?v=CdmQXifshd0
04.省エネルギーに関する将来技術の探索

https://www.youtube.com/watch?v=2caJmhzclmE19※関連動画のご案内②※さらに、今後、熱利用の脱炭素化について大きな役割を担うことが期待される産業用ヒートポンプについて以下のNEDOチャン
ネル動画もオススメです。よろしければ是非ご視聴下さい。
01.産業分野のエネルギー消費で何が問題か
https://www.youtube.com/watch?v=gkQb1YoM35Y

02.熱についてはヒートポンプで考えてみませんか？
https://www.youtube.com/watch?v=flzGTdpkO3Y
03.開発が進む産業用ヒートポンプhttps://www.youtube.com/watch?v=1vJJsFB2TWE
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国家プロジェクトによる取り組み
未利用熱エネルギーの革新的活用技術研究開発（2015年度～2022年度）

NEDOプロジェクトマネージャー：岩坪哲四郎

プロジェクトリーダー：小原春彦(産総研）

小規模研究開発（１）ナノ構造熱電(2020年度末終了)
AIST、京都大学（２）厚膜印刷熱電材料(2020年度末終了)
AIST（３）有機熱電材料(2020年度末終了)
AIST* AIST: 産業技術総合研究所** JRCM: 金属系材料研究開発センター

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未利用熱エネルギーの革新的活用技術研究開発
実用化に向けた主な課題と今後の取組（例）<断熱>コストダウンを見据え工業的作製・加工プロセスの確立<熱電変換>
200～600℃で使用可能な熱電変換モジュール・システムの確立

・高強度化・低熱伝導率化の両立
・再現性の高いプロセスのスケールアップ技術の開発
・実環境下（バイオマスボイラ、コージェネ、自動車排気システム）での性能検証

日本の優位性を確保するため
性能評価手法の国際標準化

・発電性能の評価手法の国際標準規格提案
・標準化に向けた耐久性評価技術の確立<高温ヒートポンプ>
PJ終了後の早い段階での実用化のため200℃加熱の実現と性能検証

・新規冷媒を適用したヒートポンプ試作機の設計、製作、性能測定試験

開発成果を含む高温ヒートポンプの導入障壁の排除・導入効果等の見える化を可能とする汎用的なツール・データセットの構築
・開発ツールを用いたモデルケースの検討

22未利用熱エネルギーの革新的活用技術研究開発
成果の実用化・事業化（例）
未利用熱を従来比3倍の性能で回収可能な高温用高効率熱交換器を実用化（2015年度）

事業化

実用化
・1300℃の耐高温性能
・従来に比べ３倍の性能で未利用熱を回収

従来比２倍の未利用熱回収性能の冷凍機を実用化（2017年度）、事業化（2019年度）

温水熱の利用温度をより低温域まで拡
大：95℃の温水排熱について、従来は75℃までの熱しか回収できなかったところを、より低温域の51℃まで熱回収

高温炉に設置可能

開発した一重効用ダブルリフト吸収冷凍機「DXS」2019年度以降、ドイツ等に導入、商用運転を開始
導入先
事務所ビル
機械工場
大学病院

高温炉（～1300℃）

美濃窯業株式会社

導入国
ドイツ
ドイツ
ポーラン
ド

用途
業務用空調
産業用空調
業務用空調

熱源温水
95→65℃
90→55℃
65→57℃

冷凍能力
630kW
1,407kW
300kW

台数
31
1

日立ジョンソンコントロールズ空調株式会社

導入時期
2019年
2020年
2020年

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本日の内容ENEX2022

１．脱炭素化への潮流と省エネルギー
２．熱マネジメントによる省エネルギーの取り組み
３．未利用熱エネルギー利用・熱の脱炭素化に関する将
来技術の探索24

未利用熱利用についてのNEDOの主な取り組み〇未利用熱エネルギーの革新的活用技術研究開発
ナショプロとして、未利用熱エネルギーを効果的に、削減（断熱、遮熱、蓄熱）、再利用（ヒートポンプ技術）、変換利用（熱電変換、排熱発電）する技術開発等を実施。

〇先導研究でシーズ技術の支援
熱交換・熱マネジメント技術の高度化、空気の資源化、高性能蓄熱技術などによる産業分野の脱炭素化、再エネ導入促進による脱炭素化を実施。

蒸留プロセス

データセンター

熱交換・熱物質移動制御による酸素富化による工業炉の産業分野の脱炭素化

脱炭素化

25

将来に向けたシーズ技術の探索

NEDOのミッション■エネルギー・地球環境問題の解決■産業技術力の強化

技術シーズの探索・創出

技術シーズの発掘・育成

国家プロジェクト等
技術シーズの実証

実用化促進

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将来に向けたシーズ技術の探索・育成①
カーボンニュートラル時代に向けた熱交換技術の再構築
化石燃料社会からカーボンニュートラル社会に変化する中で、複雑化・高度化していくエネルギー変換プロセスへの柔軟な対応を可能とし、それらのプロセスの効率を高めていくための熱マネジメント技術の可能性を検討しています。

化石燃料社会

カーボンニュートラル社会

複雑化
高度化

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将来に向けたシーズ技術の探索・育成②
飛躍的な伝熱促進を目指した沸騰・蒸発技術
熱マネジメントの中でのカギとなる熱交換プロセスについて、熱交換を行う界面における熱移動や物質移動を促進できる技術の可能性を検討しています。
この技術を、化学産業を中心とした様々な産業プロセスに適用することで、産業分野の大幅な省エネルギー化、脱炭素化に貢献できます。
超高速高温蒸気製造技術（プロトタイプ作成に成功）

工業炉

分離プロセス
ヒートポンプ、潜熱回収

電子デバイス冷却
伝熱面のぬれ性制御による沸騰冷却技術

様々な産業プロセスへの適用を目指し研究を実施

LNG等冷熱利用

多くの産業分野の脱炭素化に貢献できます28

将来に向けたシーズ技術の探索・育成③

低コスト・省エネルギーで酸素濃度を調整するための技術
・酸素濃度を高めた酸素富化空気を燃焼に用いることで、NOx発生を抑え、エネルギー効率良い燃焼が可能になります。CO2の分離回収も容易になります。
・COVID-19対応等、医療分野でも酸素富化空気が求められています。
革新的ハイブリッド分離膜
空気

酸素富化空気革新的TSA技術（TSA:温度スイング吸着）
O

酸素の流れ

O

排熱を利用

O O

酸素富化空気
高速透過

O O空気

O O

酸素の希薄な空気

化石燃料
H

H
HCCH
H H C CH H C

低NOｘ
省エネルギー
燃焼O

脱水することでCO2の分離回収ができますOCOH

H29将来に向けたシーズ技術の探索・育成④
高性能高温蓄熱技術の開発
高速に熱交換可能で高密度で熱を蓄積できる蓄熱技術の開発を行っています。これを活用することで様々な産業分野の省エネルギーや、再生可能エネルギーの導入支援を目指しています。
シーズ：革新的蓄熱材“h-MEPCM”

コア:合金PCM

シェル:
Al2O3

本プロジェクト：蓄熱体＆モジュールの開発

世界初の中高温用MEPCM。量産化を検討中。

蓄熱モジュール評価装置トーチ

蓄熱体イメージ

特徴・高蓄熱密度 ≒1 GJ m -3・高熱伝導率：金属級・高耐久性 ＞3000 cycle
・マイクロ粒子 ≒30 µm
・優れた成型加工性

170 mm充填層

ハニカム、ペレット、リング、粒子、etc.

触媒反応
熱制御技術

制御盤

エクセルギー再生
コプロダクション
石炭ガス化

ハイブリッド自動車用

太陽熱発電

予熱ヒーター

内容：h-MEPCM蓄熱体と蓄熱モジュールの性能を明確化

次世代自動車熱マネ

再生可能エネルギー利用技術入側圧力計

出側圧力計

電気自動車用SOFC/SOECh-MEPCMに期待される 200˚C 400˚C
エネルギー利用技術

蓄熱発電
ソーラーリアクター カルノーバッテリー

超省エネ
ガス分離技術

600˚C

800˚C

産業排熱有効利用
電炉排熱

高炉スラグ排熱

リジェネバーナー

30（参考）産業の熱需要における電化の可能性

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出典:（一社）日本エレクトロヒートセンター～令和３年１２月１６日 産業構造審議会・ 総合資源エネルギー調査会クリーンエネルギー戦略検討合同会合資料からの抜粋

(整備中）徹底した省エネの実現に向けた熱関連技術
熱発生・廃熱回収ボイラー等代替（除くヒートポンプ）✓ 次世代加熱炉（マイクロ波等）✓ 水素、アンモニア燃焼（工業炉）

ヒートポンプ✓ 高温・大昇温ヒートポンプ✓ 低昇温・温冷熱同時利用ヒートポンプ✓ 次世代冷媒✓ 次世代圧縮機（大容量、磁性潤滑油等）✓ ケミカルヒートポンプ（吸収式、吸着式等）✓ 高性能除湿・乾燥技術

廃熱発電技術✓ ORC✓ カルノーバッテリー

熱電発電技術✓ 高効率・低価格の熱電発電（FAST素子等）✓ 熱化学電池（温度差発電、熱充電）

需要サイドでの最適化制御等

熱輸送
遮熱／断熱技術

熱の多段階利用✓ 高機能材料（軽薄短小かつ高強度）、構造最適化✓ 材料熱伝導率や放射率のデザイン✓ 部材機能（例えば光透過性）との両立✓ コージェネや工場内の高温廃熱を多段階に再利用（HPで昇温/温冷熱同時利用するものも含む）

蓄熱技術✓ 熱流センサー・AI等を用いた熱需要・廃熱実態把握／予測／最適システム制御✓ 産業用ヒートポンプシミュレーターの適用性向上✓ 用役系・化学系連携最適化制御✓ データセンター（空調、廃熱利用）✓ EV等非内燃機関車の熱需要（除霜等）✓ 利用温度や熱量に応じた最適デバイス選択✓ 蓄熱技術等と組合せてのDr運用技術
・・✓ 利用温度や利用環境に応じた蓄熱材料、モジュール✓ 熱入出力特性の制御機能を持つアクティブ
蓄熱技術

熱輸送技術
✓ ヒートパイプ／ループヒートパイプ✓ オフライン輸送（ハスクレイ等）

実運用のための技術

共通基盤技術

熱交換技術✓ 革新的高効率・低熱損失熱交換技術（材料開発、界面制御、構造最適化（トポロジー、設計））

熱需給最適化技術✓ 各要素技術を最適運用するためのシステム設計・エネルギーマネジメント関連技術（熱流れの見える化、ヒートポンプと排熱発電の最適運用等）

計測技術（熱流センサー）✓ 高感度・低価格の熱流センサー（異常ネルンスト効果）

規格化・標準化✓ 産業用ヒートポンプ等の幅広い熱源・熱出力温度に対応した評価基準✓ 産業用ヒートポンプのモジュール化・ラインアップ化※この技術整理は講演当時にNEDOで実施中の研究開発等で取り扱っている熱関連の省エネルギー技術～赤：開発中ないし今後開発が見込まれるもの、紫：主に実証での検証、社会実装加速化が見込まれるもの、黒：現時点では開発済み、黒字に黄色のハイライト：当該技術の高度化のための開発要素があると思われるもの～について講演者が暫定的に書き出したものであり、NEDOとして確定したものではありません。文責は講演者にあります。今後の開発さらには成果の本格的な社会実装に向けて加除修正含めて検討されていくものであることをご了承ください。

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ENEX2022

NEDO は、今後も未利用熱エネルギーの利用や熱の脱炭素化に関する技術の開発・社会実装のための取り組みを積極的に行っていきます。
ご清聴
ありがとうございました！

未利用熱エネルギーの革新的活用技術研究開発 | NEDO

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