国際海運 GHG ゼロエミッション プロジェクト 一般公開セッション「国際海運における脱炭素化技術の可能性」

カーボンリサイクル技術（CCR）に関する取組み

令和元年 8 月 2 日（金）赤坂インターシティコンファレンス
日立造船株式会社
顧問 熊谷直和1

二酸化炭素と水素からメタンを合成
二酸化炭素と水素からメタンを合成する技術は1911年に仏の化学者サバティエが発見した古い技術
二酸化炭素水素触媒

メタンPaul Sabatier
ノーベル賞に輝いた
フランスの化学者
1854-1941

発電所
工場等
循環利用

2Copyright© 2019 Hitachizosen Corporation. All Right Reservedメタネーション技術の歴史

Global CO2 Recycling
Advocator
Emeritus Prof.
Koji Hashimoto
Tohoku Univ

東北大学、東北工業大学名誉教授の橋本先生
が1993年にグローバル二酸化炭素リサイクル構想を提案。
以来その構想のキーマテリアルである水電解で水素を効率よく発生させる電極材料の開発、二酸化炭素と水素でメタンを合成する触媒の開発を行ってきた。日立造船はその研究に共同で参画。

1993 1994 1995 1996 1997 1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009
* 1993年橋本先生
メタン化構想発表* 1995東北大学金研屋上に0.1Nm3/h実証プラント* 2003年東北工業大学
1Nm3/h実証プラント

2010 2011 2012 2013 2014 2015 2016
* 2012年 PTTEPと契約* 2010年東ガスに6Nm3/h * 2012年 IHIとNEDO共同事業開始
反応器を納入* 2013年 経産省事業採択* 2010年PTTEP接触
柏事業所に設置した基礎データ取得用試験機

IHI横浜に設置した
18Nm3/h
試験機

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委託事業の紹介
2012年～2015年 NEDO 戦略的次世代バイオマスエネルギー利用技術開発（実用化技術開発）「木質バイオマスのガス化によるSNG製造技術の研究開発」
2013年
経産省 再生可能エネルギー貯蔵・輸送等技術開発」
2014年～2016年 NEDO 水素利用等先導研究開発事業 に移管
低コスト水素製造システムの研究開発「高効率低コスト水素製造システムの研究開発」
エネルギーキャリアシステム調査・研究「高効率メタン化触媒を用いた水素・メタン変換」
2016年～2017年 NEDO 水素社会構築技術開発事業／水素エネルギーシステム技術開発「再エネ水素と排ガスCO2によるメタン合成および都市ガスグリッド利用を目指したPower to Gasシステムの研究開発」フェーズA
2017年ごろからCCUとしてのテーマとなる
2017年～NEDO 次世代火力発電等技術開発／次世代火力発電基盤技術開発／CO2有効利用技術開発
2018年～
環境省 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／清掃工場から回収した二酸化炭素の資源化によ4る炭素循環モデルの構築実証
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世界のメタネーション実証プラントプロジェクト
橋本先生、当社グループ 1995年世界初の実証

メタネーション技術の日本での認知度が低い
欧州は早くても2009年からLobby活動が必要であった。

2011年以降の立ち上げがほとんど“Power to Gas projects review: Lab, pilot and demo plants for storing renewable energy and CO2”,
M. Bailera et al. Renewable and Sustainable Energy Reviews 69 (2017)292–312
Copyright©
2019 Hitachizosen Corporation. All Right Reserved近年のメタネーション技術の位置づけ
イベント

2016

CCR研究会設立 (4社、東大、産総研)
議員勉強会での講演

20172018

2019

11月
4月

水素基本戦略に掲載

12月

CCR研究会設立研究会会員拡大(20社、九大、東邦大、産総研)
第5次エネルギー基本計画に記載
国交省国際海運GHGゼロエミッションプロジェクト発足
ダボス会議で安部首相言及

2月
7月
8月
1月

エネ庁にカーボンリサイクル室設立

2月

環境省CCUSの早期社会実装会議設立

2月

G20軽井沢/大阪にてイノベーション技術として展示

議員勉強会の様子

6月「水素基本戦略(概要)」から抜粋

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CCR研究会
2016年 11月実効的なカーボンニュートラルを目指したCCR研究会を設立
炭素循環社会の実現を目指して(赤枠は設立メンバー)

日立造船株式会社

日揮株式会社

住友商事株式会社

一般財団法人電力中央研究所

東京電力ボールディングス株式会社

旭化成株式会社

上野トランステック株式会社

国際石油帝石株式会社 エックス都市研究所

一般財団法人日本ガス協会

東邦エンジニアリング株式会社

伊藤忠商事株式会社

JFEスチール株式会社

株式会社九電工

日本製鉄株式会社

西部ガス株式会社

ひびきエル・エヌ・ジー株式会社

大阪ガス株式会社

東邦ガス株式会社

日本特殊陶業株式会社

特別会員 5名
九州大学大学院
小林客員教授
産業総合技術研究所
高木研究G長、望月主任研究員
東北大学金属材料研究所 秋山教授
名古屋大学
則永教授
名誉会員 1名
東北大学
橋本名誉教授東京ガス株式会社

三菱日立パワーシステムズ株式会社

株式会社商船三井2018年2月16日の会員拡大総会を経て現在

三井化学株式会社

一般財団法人日本海事協会

平成31年6月30日現在

27企業・団体
非開示2社含む

https://ccr-tech.org/
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8

第5次エネルギー基本計画 2030年に向けて第5次エネルギー基本計画は⇒エネルギー政策の基本的方向性を示す。
2018年7月3日閣議決定された。

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資源・燃料政策の今後の重点 2019年3月7日発表

9Copyright© 2019 Hitachizosen Corporation. All Right Reserved国土交通省の動き

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将来燃料の候補 (非化石・人工合成)

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船舶ゼロ・エミッション代替燃料のワーキンググループ設立

目的
国際海運GHGを2050年までに50％削減することがIMOで採択され、これを達成すべく、化石燃料の代替燃料にCO2のメタン化燃料の導入を検討する。
• WGのキーワード
CO2関係/H2関係/メタネーション燃料とLNG燃料/物性/燃焼実験 実船実験/ 燃料認証
/GHG評価(EEDI Cf) / プラント関係 / 化石燃料問題共有者 / 海事関係 / 採算
• 幹事会社：
株式会社商船三井• 事務局 ：
一般社団法人日本海事協会
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CO2の削減効果
再エネ水素
8.4kWh820g CO2150g H2CO2石炭火力発電所
820g/kWh

メタン化反応器

CO2820g CO22.28kWh 出力

ガス火力発電所
360g/kWh298g CH4820g CO2 ÷(1 + 2.28)kWh=250g CO2/kWh

250÷820 x 100(%) =30.5% → 69.5％の削減効果

13Copyright© 2019 Hitachizosen Corporation. All Right Reservedコストは？

http://criepi.denken.or.jp/jp/kenkikaku/report/download/4nxxfmoGxU5La4rAB0ZV948pEwpJXhCc/T02039.pdf

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稼働率の水素単価に及ぼす影響
稼働率も影響するが、電力単価の影響の方が大きい

装置前提価格 204百万円 (136千円/kW)

装置前提価格 5,000百万円 (33千円/kW)

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電力中研の報告書 水素単価に占める電力コストの割合

水素単価に占める電解電力の比率 83.67％
設備費は11.7％

安い電力が水素単価を決める。
http://criepi.denken.or.jp/jp/kenkikaku/report/download/4nxxfmoGxU5La4rAB0ZV948pEwpJXhCc/T02039.pdf

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CO2の回収コスト

CO2回収、利用に関する今後の技術開発の課題と方向性 資源エネルギー庁 平成27年6月
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全体概算費用

CO2単価＝1.9円/Nm3-CO2
CO2 + 4H2 → CH4 +2H2O
1.9 +17.5×4→71.9円/Nm3-CH4
百万BTUのメタン=26.5Nm3-CH4
超概算
71.9円×26.5Nm3÷113円/USD＝16.8＄/mmbtu
2017年9月のLNG価格 8.10 $/mmbtu
2014年4月のLNG価格 16.79$/mmbtu

水素単価 円/Nm3

水素単価＝17.5円/Nm3-H2

電力単価3円/kW
水素単価17.5円

電力価格が3円以下になれば、14～15＄も可能。

『丸紅のUAE太陽光 天然ガスより安く、発電コスト2円台』
日経新聞の見出し

CO2を有効利用・循環利用するため、メタンに対してインセンティブを与える政策が必要
18Copyright© 2019 Hitachizosen Corporation. All Right Reservedメタネーション設備価格
100万円(Nm3-CH4/h)
＠250Nm3-CH4/h

当社
概算値

46万円(Nm3-CH4/h)
＠2,500Nm3-CH4/h

ここでも経済性は設備費よりも電力単価が支配的であり、再エネの大量導入により生み出される余剰電力の価格をどう評価するか？
あるいは海外大規模再エネの輸入手段としてのメタネーションを用いる場合の電力単価設定
19
Copyright© 2019 Hitachizosen Corporation. All Right Reservedエネ総工研の試算

最も経済的液化
メタン化
CO2 3000円/tで計算

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日立造船 PEM型水電解槽 (ハイドロスプリング🄬)
再生可能エネルギーからの水素製造
2010 筑波大学
2Nm3/h2015 九州大学 伊都キャンパス
水素ステーション (1Nm3/h)

2016 福島再生可能エネルギー研究所(5Nm3/h)

2012 福島再生可能エネルギー研究所
5.5Nm3/h, 2.6kW

2017 トヨタ自動車九州株式会社の宮田工場 FCVフォークリフト用 (24Nm3/h)

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Copyright© 2019 Hitachizosen Corporation. All Right Reserved反応器設計

Differential reactor
Differential flow reactors
are used for thedetermination of thekinetics of catalytic
reactions.

Integral reactor
Integral flow reactors areused for thedetermination of reactor
designActual data
Reactor Design

CFD Analysis
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日立造船のメタン化技術

メタン化触媒

反応器

反応器

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CO2とH2でメタンを合成する実証機(弊社柏工場)
第一反応器

第二反応器

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2016年ETOGAS社を買収～Power to Gasシステムの世界
No.1企業へ～

アルカリ水電解槽

メタネーション反応装置

ETOGAS社
がエンジニアリングを担当
2016年10月
資産取得

世界最大のメタネーションプラント
Audi e-gas plant
入力 Max 6.3MW
水素 Max 1,260Nm3/h
メタン Max 315Nm3/h

BioMethan社
2015年 HZグループ傘下

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石炭ガス化ガスのSNG
石炭の水蒸気改質ガスから合成天然ガス(Synthetic Natural Gas)を作るプラントは
米国North Dakotaで既に商用化1984年以来稼働
MethodeName of Process

PurposeType of gasfire

Condition

Catalyst

2 stages of adiabatic First：300～450℃
fixed bed
Second：260～
BASF:Ni basis
315℃
catalyst
Gas recycle
Pressure Unknown

Lurgi

SNG by Coal gasification

TREMP（Topsoe'sRecycle Energy
efficient
Methanation
Process)

3 stages of fixed
SNG from Coal gasfication
bedwith using heat recoverd
from nuclear powerGas recycle

250～700℃
30bar

Haldor Topsoe：MCR-2X,MCR4

Conoco/BGC

SNG by Coal gasification

Adiabatic fixed bed

Undisclosed

Undisclosed

SNG by Coal gasification

Multi stages of fixed
230～320℃
bed
25～70barGas recycle

Fixed Bed

HICOM

Linde

SNG by Coal gasification

RMP（Ralph M.
Parsons)

不明

Fixed Bed
Keeping at constant
Undisclosed
temperature byindirect heatexcange315～538℃
4～6段断熱固定床
4.5～77bar

Pellet(3.2mm,5.4mm)
Unkown in detail

StatusRemarks

・Demonstration：SA、Findings Demonstrationm
Sasolburg (SASOL)
・Inpact of H2S, the conversion rate is・Commercial：USA、Northsignificantly reduced at 4.0mg/m3
Dakota(Great Plains Synfuels
・Surface area is reduced by nickelPlant)
crystallization ofMore than 20 years
・Life of catalyst:4years
Operating rate: 98.7%
・Demonstration
EVA II/ADAM II
10,150h・The demonstration plant closed in 198
・TOPSOE are supplying TREMP process

・Demonstration
Westfield Coal Gasification
Plant (Scotland)
・2000hr operation in the testplant・Pre-commercial
Westfield Development
Center (Scotland)

・Improved BGC process
・CO2 separtion was carried out aftermethanation
・Steam（but sintering occured）

Undisclosed

Undisclosed

・Steam injection to reduce Carbon formation.
・Concept of the reactor is utilize synthesis ofmethanol

Undisclosed

Undisclosed

・CO shift reaction at the same time
・No gas recycle

3 stages of adiabatic
400～750℃
fixed bed

Ni系 NiO～60%

Unknown

ICI/Koppers

SNG by Coal gasification
Koppers-Totzek
Gasfication

Bureau of Mines

SNG by coal gasification

Fultized Bed
多段原料導入200～400℃
20.7barRanny Ni・1120hr operation at the test ・Ni basis catalyst is higher activity than Fe（２times recovery)basis catalyst, but has its S durability weaker.

SNG by coal gasification

Fultized Bed
２段原料導入層内熱交換器430～530℃
69～87barHarshaw Chemical
Company
Ni, Cu, Mo

・2200hr operation in the labo
scale

300～500℃
20～60bar

Undisclosed

商用（小規模）Fultized Bed Bi-Gas
Comflux(ThyssengasGmbH)

SNG by coal gasification

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Copyright© 2019 Hitachizosen Corporation. All Right Reservedプラントの規模感(ノースダコタ)

CO＋3H2→CH4+ H2O
ΔH=-206ｋJ/mol-CH4

発熱量大CO2＋4H2→CH4+ 2H2O
ΔH=-165ｋJ/mol-CH4

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G２０ 軽井沢、G20大阪国際メディアセンター
G20 軽井沢 G20 イノベーション展会場
入口

メタネーション技術の展示

世耕経済大臣G20 大阪国際メディアセンター展示

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G20軽井沢、G20大阪での展示パネル

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Copyright© 2019 Hitachizosen Corporation. All Right Reserved謝辞

本文にも記載しておりますように、本報告は、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）の委託業務の成果の一部を活用しています。
ここに謝意を表します。

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