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日本のエネルギー事情（震災後）◆要点 エネルギー資源輸入額が増加
原発代替： 火力発電比率は全体の94%(2014)←60%(2010)
特にLNG火力が49% → 貿易赤字化
 電力需要、エネルギー資源需要の低減が必要→ 省エネルギー： 消費総量だけでなくピーク値対策も→ 高度な排熱有効利用技術開発： 更に進める意義
 利用率の低いエネルギー資源の新規開拓→ 安価な低品位炭や重質油等の利用： 既存資源の代替
 国産エネルギーの導入普及→ 再生可能エネルギー導入、メタンハイドレート開発など◆本日の発表： 産総研のエネルギー研究を中心に① 化石エネルギー資源からのクリーン省エネルギー・チェーン② メタンハイドレート開発③ 再生可能エネルギーから水素へ
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化石資源からのクリーン省エネルギー・チェーン◆エネルギー安定供給の確保： 低利用率化石資源、廃棄物等の高効率・クリーン利用◆次世代エンジン・システム
運輸

構造解析により使いやすい軽質油へ
重質油◆IGFC, A-IGCC等の高効率発電◆各種排熱の有効利用
産業◆高効率な燃料電池

スタック型
熱電発電ユニット

家庭・業務、運輸
循環流動層で石炭を効率よくクリーンなガスに

分散型電源

FCV

過冷却蓄熱材3

未利用エネルギー資源について
石炭資源の中で、褐炭は水分含有率が40～60%であることに加えて、自然発火性の問題から輸送が困難（非在来型資源）

 中東に残された原油⇒ その多くが重質油 ｶﾅﾀﾞ,ﾍﾞﾈｽﾞｴﾗ等の超重質油⇒ 中東を上回る膨大な資源量
 回収 ： SAGD法（回収率約70%）(Steam-Assisted Gravity Drainage)4

非在来型資源の有効活用技術
褐炭無灰化
低温触媒ガス化技術：（ハイパーコール製造技術） 1200℃ → ７00℃
合成ガス
(H2, CO)灰による触媒の失活 を抑制

重質油、超重質油（粘度: ケチャップ、ピーナツバター）

凝集緩和による重質油の軽質化
コーキング（熱分解）等

アスファルテン（重質成分）

 触媒劣化、環境汚染
 回収、処理コスト

軽質油
従来のルート（炭素除去）

凝集したまま熱履歴凝集緩和

複雑系混合物の反応を分子レベルで制御遊離した分子ｱｽﾌｧﾙﾃﾝ成分は凝集して存在

20～50 oCの分解温度の減少
水素の高効率添加30～50%のコーク低減
脱硫、脱金属生成物

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二塔式流動層ガス化技術
ガス化反応装置

特 徴
 ガス化と燃焼を分離
 熱を固体で輸送

長 所
 低温ガス化→高効率化
 合成ガスにN2を含まない
 CCSの適用容易

合成ガス(CO/H2)空気,酸素(Ｏ２ )従来： 1200 oC以上の高温でガス化反応→ 低温（<900 oC）で迅速にガス化→ タールトラブル回避

発 電

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石炭ガス化ガスの燃料電池への適用性
微粉炭燃焼
流動層燃焼

石炭利用発電技術の高度化

熱効率 35~42%

ガス化複合発電（IGCC）
ガス化燃料電池複合発電（IGFC）
熱効率 45~60%■石炭中の微量元素（硫黄、塩素、シリコン、ボロンなど）が燃料電池(SOFC)に及ぼす影響が未解明■砒素等をドープした模擬ガスでの試験では、アノードの劣化が進行

重金属蒸気（3ppmのAs）をドープした模擬石炭
ガス化ガスを用いた発電後のアノード表面7固体酸化物形燃料電池 (SOFC)
700-1000ºCで作動
O2-伝導性セラミック電解質
発電効率が最も高い (1-1000 kW)
都市ガス、灯油などマルチフューエルが利用可能
家庭用燃料電池コジェネレーション
燃料: 都市ガス, LPG, 灯油
発電定格 700W
発電効率 45%(LHV)
固体酸化物形燃料電池
総合効率: 80%超

産総研における技術開発ppmレベルの不純物による劣化現象及び機構の解明と対策技術の開発
燃料多様化、高効率・低コスト化のための新規材料、評価技術の開発
50％を超える発電効率を目指し、90％以上まで燃料利用率を向上させる技術、熱電変換等による排熱有効利用技術等の要素技術の開発
8熱電変換技術9メタンハイドレート開発
 メタンハイドレート資源は、大陸縁辺部の海域、凍土地帯に賦存が認められている
 東部南海トラフの原始資源量は、1兆1,415億立法メートル（算定値）。

メタンハイドレート堆積物（再現試料）の燃焼

http://www.mh21japan.gr.jp/pdf/BSR_2009.pdf

世界のメタンハイドレート資源分布

日本周辺の分布※ 産総研メタンハイドレート研究センター提供資料より

メタンハイドレート(MH)資源からの天然ガス生産

http://www.mh21japan.gr.jp/mh/05-2/#6

在来型の天然ガス資源とMH資源の開発上の違い

減圧法の原理• メタンハイドレートは、砂層中に固体として存在するため、掘削しただけでは在来型の天然ガス資源のように自噴しない。
• 原位置でMH分解をして、ガスとして回収する生産手法を開発⇒減圧法• MHが分解すると地層内で固体として存在していたMHが水とガスに変わるため、地層内の物理的条件が変化する。その条件を把握し、最適な生産手法の開発が重要。
※ 産総研メタンハイドレート研究センター提供資料より

地層特性評価技術
生産井
孔底付近
を減圧

海底面

堆積層の圧密上層
MH 層

ガス・水の流れ下層
MH を原位置で分解

MHの分解やMH層に加わる圧力の変動などにより、MH層の圧密や変形が生じると予想されるMH貯留層の基礎特性及び力学特性を評価し、長期的に安定・安全な生産を可能とするための技術開発が必要⇒数値シミュレータ(COTHMA)の開発
Coupled thermo-hydro-mechanical analysis with dissociation and formation of methane
hydrate in deformation of multiphase porous media

 渥美半島から志摩半島の沖合50～80kmの海域で実施。
 約6日間で累積生産量は約12万m3、平均生産量は約2万m3／日（平成25年）。
※ 産総研メタンハイドレート研究センター提供資料より

再生可能エネルギーから水素へ

 電力系統の課題
 多様なエネルギー源から作り出せる水素（エネルギーセキュリティ上重要）◆エネルギーキャリア
 製造・貯蔵関連技術開発◆ソーラー水素◆水素材料評価13各国の一人当たり年間エネルギー消費実績

先進国と新興国(BRICS)
2010→2012 エネルギー消費減少増加（出典： 電気事業連合会ホームページ資料ほか）

14電力系統のマネジメント
タービンの慣性エネルギー

系統電力周波数需要増加

基準
燃料

圧縮機

燃焼機、ボイラー等

空気

タービン

G

需要減少

 30分同時同量： 周波数制御（図出典： 電気事業連合会HP）

周波数変動を最小限に留めて基準周波数（例：東京は50Hz）に維持系統に並列している発電機の予備力として調整力を常時確保

 電圧制御： 無効電力(SVC等)
 送電線、変圧器等の熱容量（許容電流が送電電力を制限）
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再生可能エネルギー導入の影響
系統に接続してダイナミックに運用せず、貯める。
→ 水素の出番 不安定な出力への対応：••（出典：「電力系統出力変動対応技術研究開発事業」説明資料）

バックアップ電源（火力等）→低利用率化
蓄電池の利用→長時間の運転条件維持に多大なエネルギー消費、高コスト

 パワーコンディショナー：••

蓄積エネルギー小→周波数低下時にエネルギー放出がない
パワエレ素子は過電圧・過電流に弱い→系統擾乱時（瞬低等）停止の可能性
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エネルギーキャリア
CO2フリー水素製造産出地でCCS
メチルシクロヘキサン(MCH)：
トルエン+H2から（千代田化工建設など）

液体水素(< -253oC)：
褐炭（化石資源）から（川崎重工業など）

文部科学省事業「先端的低炭素化技術開発（ALCA）」

再生可能エネルギーから水素製造
経済産業省事業「再生可能エネルギー貯蔵・輸送等技術開発」

17酸化物光電極による水分解水素製造

 通常の電解による水の分解反応
 理論上1.23 V以上、実際には過電圧の影響で1.6 V以上の電解電圧が必要
 水分解用の酸化物光電極中で最も高い太陽エネルギー変換効率(1.35%)を達成
 低い補助電源電圧（0.7 V程度）で水を分解して水素を生成できる
 水素製造の低コスト化
18水素材料の評価
水素貯蔵等に用いられる金属材料の脆性評価（70MPa以上の高圧下）

air

水素ステーション

蓄圧器

H2

current
motor

配管類

water
 安全性の過剰な確保 → 適正化
 使用可能な鋼材の拡大（現状70MPaスタンドではSUS316Lのみ）

高圧水素容器

バルブ類

高圧水素ガス系統
水素スタンドの低コスト化（海外製品が使用可、等）ま と めエネルギー資源の持続的有効利用に関連して、産総研で実施しているエネルギー研究開発を中心に述べた。
①化石エネルギー資源からのクリーン省エネルギー・チェーン
化石エネルギーの徹底利用について、上流（非在来型資源）から下流（未利用排熱）までに渡り、クリーン化、省エネルギー化の視点からとらえた研究開発を紹介した。

②メタンハイドレート開発
国産エネルギーとして有望なメタンハイドレートの研究開発手法および採掘の現状について示した。

③再生可能エネルギーから水素へ
系統電力網と再生可能エネルギーとの協調における課題、エネルギーセキュリティ上の水素の重要性、産総研水素関連技術と福島再生可能エネル
ギー研究所について概説した。

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ご清聴ありがとうございました

Integration for Innovation

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