エネルギー会第120回運営委員会
座談会話題提供「石炭クリーン化技術、メタンハイドレード」
１．石炭をガス化して発電
２．二酸化炭素を回収し固定化
３．メタンハイドレードの可能性

２０１２年３月７日
金氏 顯

1

2012/3/9

1１．石炭をガス化して発電

化石燃料の埋蔵量およびCO2発生量
単位:石油換算億ﾄﾝ

項 目

天然ガス

石油

石炭

100%
(ベース)
80%
CO2発生量60%(発熱量当たり)

石炭

石油

天然ガス

燃料主成分
(C:H重量比)

メタン
CH4

ベンゼン
C6H6

CH2

(75：25)(85：15)(95：5)

約60年

約40年

約130年

資源埋蔵量

生産量
(2006)

埋蔵量

生産量(2006)

埋蔵量

生産量(2006)

1

米国

中国

サウジ

サウジ

ロシア

ロシア

2

ロシア

米国

イラン

ロシア

イラン

米国

3

中国

インド

イラク

米国

サウジ

イラン

豊富かつ偏在していない
廉価な石炭の有効利用

可採年数

出典：BP Statistical Review of World Energy (2008)

CO2発生量の多い石炭では高効率化、更にCO2回収が必要⇒ ＩＧＣＣ
2

なぜIGCC
なぜIGCC？①？①

石炭を用いた高効率火力発電方式
高効率火力発電（石炭）

高効率火力発電（クリーンな天然ガス）

石炭ガス化炉
蒸気タービン～～
蒸気タービンST

石炭(注)高効率GT適用時
蒸気冷却系統

ガス
精製

燃料

フィルタ

燃焼器

燃焼器
空気
昇圧機
～

C

T

～

ガスタービン

C

T

ガスタービンＧＴ

空気

空気

実証機：1250℃級
商用機：1500℃級

排ガス
排熱回収
ボイラ

コンバインドサイクル(C/C)

排ガス
排熱回収
ボイラ

IGCC(石炭ガス化複合発電)

IGCC（（Integrated coal Gasification Combined Cycle）石炭ガス化複合発電）石炭ガス化複合発電
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3

①石炭焚きUSC②石炭ガス化複合発電 (IGCC)
高効率化（ランキンサイクル＋ブレイトンサイクル（ランキンサイクル）

蒸気タービンのコンバインドサイクル）

石炭ガス化炉

蒸気タービン～～

石炭

USC ：600℃
A-USC：700℃

フィルタ

燃焼器
空気昇圧機

石炭～

空気
排ガス
空気CT

ガスタービ
ン

石炭焚
ボイラ

排ガス
排熱回収
ボイラ

微粉炭火力

IGCC
(石炭焚ボイラ)(石炭ガス化)
高効率天然ガス複合発電の出現で天然ガスボイラは消滅。しかし、石炭はガスタービンで使用困難 ⇒石炭ガス化複合発電
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4

なぜIGCC
なぜIGCC？②？②

石炭火力
フライアッシュ（粉状）

環境にやさしい灰処理

IGCC
スラグ
（ガラス質）

フライアッシュ（従来石炭火力）

ガラス状スラグ（ＩＧＣＣ）

非溶出性・容積 40%
容積 100%（ベース）
スラグ化のメリット• 灰捨て場の面積低減• 灰処理費の低減• 灰の有効利用(容積減)(非溶出性、管理が容易)(舗装細骨材等に利用可能)

道路舗装のアスファルトへの利用
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5なぜIGCC
なぜIGCC？③？③

低品位炭など幅広い炭種適用性
豊富な石炭：適用炭種拡大によるエネルギーセキュリティー確保
高灰融点炭を使用することにより、ボイ高灰融点炭を使用することにより、ボイラの壁に溶融灰が付着して伝熱障害を起こすのを防ぐ..
起こすのを防ぐ＜日本に輸入可能な石炭量＞

1200
微粉炭火力向き
高灰融点炭

1000
800
億トン

600
400200

新たに利用可能
低灰融点炭

0
北米

中国

IGCC向きインド

豪州

南アフリカ ｲﾝﾄﾞﾈｼｱ

従来型石炭火力向き

低灰融点炭を使用することにより、低灰融点炭を使用することにより、ガス化炉から溶融スラグとして石炭灰が排出される。

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6

世界の主要なIGCC先行機
Puertollano(スペイン)
318MW 1997運開

Buggenum (オランダ) Wabash River(米国) Tampa(米国)284MW 1994運開
296MW 1995運開 315MW 1996運開

600

商用機へ

米国 AEP 計画(600MW 級))W
M(力出端電発

500(炉・GT2炉・GT2 基/系列構成)
系列構成)
Puertollano

400

600MW 級
IGCC 実証機(スペイン)
スペイン)（炉・GT2（炉・GT2 基/系列構成)

(日本)
日本)

Buggenum300

検証後ただちに展開

Tampa（米国）
Tampa（米国）(オランダ)
オランダ)

Wabash River

200

(米国)
米国)

Cool Water

海外への PR・説明
PR・説明

(米国)
米国)
100

Pinon Pine（米Pine（米：乾式脱硫：湿式脱硫

勿来 200t/日
200t/日ﾊﾟｲﾛｯﾄ(ﾊﾟｲﾛｯﾄ(日本)
日本)

086

88

90

92

94

96

98

00

02

04

06

08

10

12

14

1618

CCP研究所 (日本)
CCP研究所日本)実証機250MW 2007
2007試験開始
試験開始

20

運開年（西暦）IGCC プロジェクトの運開年度と出力

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7勿来のIGCCの紹介
実証機では、安定した運転を確認し、送電端効率を始め各種性能は計画値以上であることを確認中。
累積運転時間10,500時間超え。
IGCC実証機
IGCC
実証機
ガス化炉仕様
出力250MW級
石炭使用量

排熱回収ﾎﾞｲﾗ

約1,700ｔ/日
ガス化炉

空気吹きドライフィードガス

ガス精製

湿式ガス精製（MDEA）+石膏回収

ガスタービン

1,200℃級

発電端

48％（46％）

送電端

42％（40.5％）

SOX排出濃端8ppm（O2 16％換算）

NOX排出濃度5ppm（O2 16％換算）

ばいじん排出濃度4mg/mN3（O2 16％換算）

GT / ST
ガス精製方式M社IGCCIGCCシステム構成
システム構成
目標
熱効率*

環境特性
（目標値）

*熱効率は低位発熱量（LHV）基準。カッコ内は高位発熱量（HHV）基準。

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8クリーンコール技術による効率の飛躍的向上(LHV %)
75③ IGFC(IGCC+SOFCﾊｲﾌﾞﾘｯﾄﾞｻｲｸﾙ)③ IGFC70(石炭ガス化＋SOFC）

発電端効率

65

超高温ｶﾞｽﾀｰﾋﾞﾝ(1,700℃)

60

NGCC(天然ガス)② IGCC（石炭ガス化）
IGCCはＧＴ高温化により効率アップ可能
1,700℃級GT

55② IGCC
1500℃級50① USC① USC／A-USCボイラ①A-USC
4540
1990 1995 2000 2005 2010 2015 2020年

SOFC: Solid Oxide Fuel CellMHI Copyright Reserved

9

IGCCの経済性
GTCCやコンベンショナルと比べ設備費用、発電コストは割り高。
($/kW)(￠/kWh)
設備費用
発電コスト

2,500
2,000

10
8.3

2060
1735

1765

8

1,500

6

1,000

4

6.7

6.8

6.7

GTCC

亜臨界PC

超臨界PC

620
500
02IGCCGTCC亜臨界PC

超臨界PC

0IGCC

出典) GTW2009 IGCC Reference Guide
燃料費： 石炭$1.8/MMBtu、ガス$6.75/MMBtu
稼働率：IGCC80%、その他85%
年間自己資本賦課率：IGCC17.5%、その他16.4%
MHI Copyright Reserved10２．二酸化炭素を回収し固定化

CCSの適用（Carbon dioxide Capture & Storage）
CO2発生源

燃料(火力発電所)

CO2分離・回収設備

CO2輸送(パイプライン等)
CO2隔離
海洋隔離と地中貯留

三菱重工の高効率
IGCCプラント

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三菱重工のCO2回収プラント--低エネルギーで排ガスからのCO2回収が可能

アルジェリアCCSプラントに納入した三菱重工の高圧CO2圧縮機

11

CO2回収に伴うCO2発生量比較
排 出量
回 収量

基準発電所
CO2 排 出 削 減
量
CO2回収量CCS 付 発 電所

0MHI Copyright Reserved

0.250.7
0.5
1.0
CO2の発生量（kg/kWh5）
出展： IPCC CO2回収貯留特別報告書第3章より

12

石炭火力からのCO2回収スタディの現状 （CO2回収・圧縮）◆設備費：44～87%増加◆発電コスト：42～81%増加(1.8～3.8 US¢/kWh)◆CO2回収削減コスト：US$ 29～51/Ton CO2◆エネルギー消費の増加：24～42%/kWh◆CO2排出削減効果： 80～90%/kWh

石炭火力発電所の発電単価が上昇し、経済性が悪くなるので、ＣＯ２排出権取引価格がかなり上昇しないことには実用化は困難だろう。
出展： IPCC CO2回収貯留特別報告書第3章より

13

ノルウェー・スレイプナープロジェクト
1996年より100万 Ton/年のCO2の貯留を実施。

出展： 季報エネルギー総合工学より

14カナダウェイバーン
CO2 EOR*プロジェクト
EOR： Enhanced Oil Recovery (石油増進回収)■ノースダコタ（米） 石炭ガス化プラントからのオフガスCO2を利用■

2001年秋からCO2の圧入開始 5,000T/D CO2■

2002年中旬 5,400BBL/Dの増油量を確認■

2006年 10,000BBL/D以上の増油量を確認
石油生産の経緯

B／ルレバ

CO2 EOR

出典: Encana15

世界で広がる大規模CO2回収・貯留の動き
ノルウェー：STATOIL
ノルウェー：GASNOVA
英国：Eon UK
英国：Powerfuel

ノルウェー：Sleipner
ノルウェー：Snowvit

カナダ：Weybern
カナダ：Capital Power
カナダ：Shell

ｵﾗﾝﾀﾞ：Eon/Electrabel
ドイツ：Vattenfall
ﾎﾟｰﾗﾝﾄﾞ：PGE
スペイン：Endesa

カナダ：Sask Powerイタリア：ENEL
アルジェリア：In Sarah

UAE：Masdar
UAE：DPE/Shell

米 国：Southern Co.

米国：AEP

米 国：TENASKA

米 国：Summit Texas

ｵｰｽﾄﾗﾘｱ：ZeroGen
ｵｰｽﾄﾗﾘｱ：Loy Yang Power: 稼働中○普及への課題・世界各国の温暖化対策に踏み出すとの決断
・財源処置
・大型実証によるパブリックアクセプタンス
・CO2回収・貯留コストの削減

: 計画中

16

M社のCO2回収技術＜用途＞

CO2回収技術の各種適用

1. 温暖化対策としてのCO2地中貯留
CO2回収・地中貯留（CCS）は温暖化対策として大容量のCO2処理が可能。
（地中帯水層にCO2を貯留）
2. 原油増進回収（EOR：Enhanced Oil Recovery）
原油の供給不足が心配されているが、CO2を回収し油田に圧入する事により、油田の原油回収率を大幅に向上できエネルギー問題に貢献。
CO2は油層中に貯留されるため温暖化対策も兼ね一石二鳥。
原油生産
ＣＯ2回収設備

CO2

火力発電所

原油層へ原油層へ注入

原油

地中貯留

3. 化学用途へのCO2の利用
尿素、メタノール、ソーダﾞ灰、ドライアイス製造
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17M社のCO2回収技術(1)(プロセス フロー)フロー)
排ガス出口CO2
純度: 99.9 %

再生塔

吸収塔冷却水

冷却水

冷却塔

冷却水

排ガス
リボイラー
冷却水
蒸気MHI Copyright Reserved

18米国における石炭火力向け
M社CCS実証プロジェクト■

M社と米国サザンカンパニー、EPRIが共同して石炭火力からのCO2回収プラント建設中（500 T/D）■

回収したCO2は近隣の帯水層に圧入される（SECARBプロジェクト）■

2011年中頃スタートアップ予定

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19

Emerging Energy ResearchによるCO2回収・貯留の市場予測 （2008年）
1. 現在計画されているCCSプロジェクトによるCO2回収・貯留量は2016年までに合計は1.4億㌧/年
2. 各国政府資金として下記資金がCCSに投入される予定
EU： 100 億US$
US：35〃
カナダ：20〃
オーストラリア ：7〃
3. 2030年までにCCSの市場は 300～700億US$/年に拡大すると予想。
4. 最近の金融危機は短期的開発資金を低下させるかもしれないが、長期的CCSに対する投資意欲は高い。
5. 石油・ガス生産会社側がCO2貯留サイドをリードする準備が出来ている。

MHI Copyright Reserved

20

３．メタンハイドレードの可能性

メタンハイドレートとは
水分子からできたカゴ型の結晶の中にメタンが取り込まれてできた氷状の固体物質（見た目は氷）。
理論的にはメタンハイドレート中のメタンガス含有量は水1kgに対して216リットルのメタンガスが取り込まれている。実際は空隙がすべてガス分子で満たされているわけでなく、充足率は70～80％程度であり、150リットル程度のメタンガスが取り込まれている。
低温高圧で安定に存在できる。
0℃では26気圧以上、1気圧では－80℃以下で存在可能自然界でも発見されている。
常温、常圧では、分解してメタンを放出し、火をつけると燃える。

【出展】 メタンハイドレートコンソーシアム

21

メタンハイドレートはどのように存在しているか？

【出展】 メタンハイドレートコンソーシアム

海底や永久凍土の泥の中に霜降り状に存在している。
メタンハイドレート自体は水よりも軽い（比重0.9程度）。海底に露出しているものは泥に引っ付いている様な形で存在している。
22

どんなところにメタンハイドレートあるのか？
永久凍土地帯、大陸の縁辺部の海域に存在。
世界中のメタンハイドレー
ト中のメタン量は、米国地質調査所のクベンボルデン氏によれば約2京立方メートルと推定されている。

日本が主張する排他的経済水域内（いわゆる200海里経済水域）に存在が確認されている。
四国、紀伊半島沖合いわゆる南海トラフ、北海
道奥尻島海域においては、実際にメタンハイドレートも採取されている。
日本海域全体の資源量についても種々の見方があるが、メタンガス量にて約７兆立方メートル（日本の天然ガス消費量の約100年分）はあると見られている。
【出展】
メタンハイドレートコンソーシアム

23

メタンハイドレート資源化の課題

ＭＨ層からメタンガスを取り出すには基本的にはＭＨを分解しガスとして回収することが必要【出展】 メタンハイドレートコンソーシアム

24

メタンハイドレート資源化の課題–環境への影響
熱回
刺激収

入熱

沈下・崩壊

（再結晶化） 温度・圧力ガス・分解水拡散 空隙率・塩分濃度の変化
界面移動（ハイドレート分解層）
熱伝達
ハイドレート層
周囲砂層の温度・圧力・熱物性変化

メタンハイドレート層は地盤の構成要素の一つである
ため、分解により空隙が発生する事になる。
そのため、地盤の沈下や崩壊等により周囲環境へ影響を及ぼす可能性がある。

【出展】 メタンハイドレートコンソーシアム

大規模な地盤の沈下や崩壊により津波が発生する懸念がないか？
メタンハイドレートが海中に露出した場合、周囲の海水により分解が加速され、一度に大量のメタンガスが大気に放出される懸念がないか（メタンガスの温暖化係数はCO2の20倍）？
分解したメタンガスが海水に溶け込み生態系に影響が出ないか？
今後十分な検討と検証が必要な課題

25

国内のメタンハイドレート資源化のスケジュール【出展】 メタンハイドレートコンソーシアム

26

産経新聞H24.2.15.

27

まとめ
我が国は東電福島事故の影響により、直近だけでなく中長期的にも原子力依存の後退は避けられない情勢にある。一方、再生可能エネルギーは主役にはなれず、化石燃料利用拡大に頼らざるを得ない。その場合の資源量、価格、二酸化炭素排出削減対策等はどうなるのか、大いに気になるところである。
そこで、資源量が最も多い石炭をクリーンなエネルギーとして利用する石炭ガス化（IGCC)また石炭火力排ガス中CO2回収固定化（CCS)の技術開発、更には我が国近海にも膨大な資源があると言われるメタンハイドレード（MH)の資源開発の実用化可能性について主に技術的な観点から検討した。
その結果、IGCC、CCSは技術的にはほぼ実用化開発終了段
階と言えるが、経済性がネックであり、CO2排出権取引価格が大幅に上昇しないと商業化は困難であり、一方MHは試掘が始まったが、採掘技術未確立、採算性も環境影響も未知で課題は多く、実用化の判断には程遠いと思われる。
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