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特集「新しいアンモニア」
への挑戦

特従来のアンモニアおよびブルーアンモニア，グリーンアンモニア

集

神山 慶太・廣瀬 聡
途は，カプロラクタム，アクリロニトリルなどの有機窒素

1．はじめに化学品，尿素ならびに硝酸である。世界のアンモニアの貿易量は，生産量の約 1 割である 2,000 万トンである 1）。

アンモニアは，炭素原子を含まず燃焼時に二酸化炭素をこれに加えて今後は，脱炭素燃料や水素キャリアなど，排出しないため，製造時に二酸化炭素排出を低減すること新たなアンモニア需要が大きく伸びると予想されている。

で，ライフサイクルにおける二酸化炭素排出を抑制でき例えば日本政府は，2030 年時点で年間 300 万トン，2050る。そのため近年では，脱炭素燃料としてのアンモニアが年には年間 3,000 万トンの燃料アンモニアバリューチェー注目されている。
また，アンモニアは水素原子を含むため，ンを構築することを目標に掲げている 1）。

水素エネルギーキャリアとしても有力な候補に挙がっていまた，世界のエネルギー需要増の 7 割はアジア太平洋地る。更に，既存インフラによる大量輸送が可能なことから，域で発生し，同地域では，2040 年でも電源構成の 4 割であ脱炭素社会の早期実現に貢献できると考えられている。弊る 1,820 GW を石炭火力が占めると考えられている。仮に社は，過去 50 年間で蓄積してきたアンモニアプロセスのこの電力の 1 割がアンモニア燃焼により供給されると考え

プラントエンジニアリング経験を駆使し，脱炭素燃料とした場合，年間 2.5 億トンの発電用燃料アンモニアの需要がてのアンモニアの普及拡大，社会実装に貢献していきたい創出されると考えられる 2）。
更に，水素よりもエネルギー密度が高いアンモニアは，と考えている。
本稿では，アンモニアのマーケットの現状と動向につい船舶用脱炭素燃料として大きな期待が寄せられている。船て解説し，次に，従来のアンモニア製造プロセスとして，舶用燃料アンモニアの需要は2030年から徐々に増え始め，各ライセンサー技術の特色を紹介する。最後に，新しいア2070 年に年間約 2 億 5,000 万トンへと拡大すると考えられンモニアとして，ブルー／グリーンアンモニアの概要と課ている 3）。
アンモニアは海上輸送，陸上輸送および貯蔵といったイ

題，アンモニア合成，利用に関する新技術の開発動向につンフラが既に商業的に稼働しており，取り扱い技術も既にいて述べる。

確立している。従って，脱炭素燃料としてのアンモニアも，2．アンモニアマーケットの現状と動向

既存インフラを活用した大量輸送が比較的容易に可能であることから，他の脱炭素燃料と比較して高い優位性がある。

アンモニアは基幹化学品の一つであり，世界のアンモニ

3．アンモニア製造プロセス

ア生産量は 2019 年で約 2 億トンである。現在，アンモニアの大部分は肥料用途で消費されており，一部が工業用アンモニアとして利用されている。工業用アンモニアの主な用

アンモニア製造プロセスは，BASF 社が 1910 年代に商業

Conventional Ammonia, Blue Ammonia andGreen Ammonia
Keita KAMIYAMA
2008 年 東北大学理学部生命科学研究科修了
現 在 東洋エンジニアリング（株）次世代技術開拓部 リサーチエンジニア
連絡先；〒 275-0024 千 葉 県 習 志 野 市 茜 浜
2-8-1
E-mail keita.kamiyama@toyo-eng.com

Satoru HIROSE
1991 年 東北大学工学研究科材料化学修了
現 在 東洋エンジニアリング（株）次世代技術開拓部 リサーチエンジニア
連絡先；〒 275-0024 千 葉 県 習 志 野 市 茜 浜
2-8-1
E-mail satoru.hirose@toyo-eng.com

2022 年 7 月 27 日受理

第 86 巻第 12 号（2022）（3）

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水蒸気改質炉の小型化を実現している。

化して以降，鉄系合成触媒を使用したハーバー・ボッシュ

特法を起点として，世界的な肥料需要の伸びと共に改良，開KBR 社は更に，PuriﬁerTM プロセスに同社保有技術であ発が進められてきた。1世紀以上の歴史の中で，エネルギーる熱交換器型水蒸気改質反応器（Kellogg Reforming Exchanger

効率の改善，製造コストの低減が図られたことで，現在でSystem, KRESTM） をオプションとして組み込んだプロセスは非常に成熟したプロセスとなっている。本項では，アン（PuriﬁerPlusTM プロセス）を提供している。

モニア製造プロセスについて，ライセンサー各社の保有技

3.2

集

thyssenkrupp（ティッセンクルップ）社は，同社保有技術であ術の特色を紹介する。
3.1

thyssenkrupp 社

KBR 社

る ダ ウ ン フ ァ イ ア リ ン グ 型 の 水 蒸 気 改 質 炉（Uhde Steam

KBR 社は，合成ガス精製に深冷分離によるガス精製装Reformer） を採用し，アンモニア合成工程には，中圧（11置（Puriﬁer）を組み込んだプロセス（Puriﬁer プロセス）を標準MPa）の One-through ammonia converter と，高圧（20 MPa）の 2プロセスとする。Puriﬁer のプロセスフローを図1に示す。

基のアンモニア合成管を合成ループに組み込んだ UhdeTMTM

Puriﬁer プロセスの特徴は，合成ガス製造セクションでdual-pressure process を提供している。

TM3.3

不純物（メタン，アルゴン等）を除去し，窒素過剰で Puriﬁer にTopsoe A/S 社

供給される合成ガスをアンモニア合成に最適な水素／窒素

Topsoe A/S 社は，同社保有技術であるサイドファイアリ

比 3：1 に調整することが可能な点にある。これにより，ング型の水蒸気改質炉を採用した技術を従来技術として提従来法より高純度の合成ガスをアンモニア合成ループに供供している。更に近年では，断熱予備改質器（Pre-reformer）

給できる。また原料組成，特に原料の窒素分に対して水素に加えて，同社保有技術である低スチーム／カーボン比（S/／窒素比が調整可能なことから，条件に合わせたフレキシC ＝ 0.6）を実現した自己熱改質器（Auto Thermal Reformer，ATR）ブルな設計が可能となる。

を採用したSynCOR AmmoniaTMプロセスを提案している4）。

PuriﬁerPlusTM プロセスは，KRESTM と呼ばれる KBR 社のSynCOR AmmoniaTM プロセスでは，比較的高価とされる保有する水蒸気改質技術を PuriﬁerTM プロセスに組み込ん水蒸気改質炉を加熱炉＋断熱予備改質器＋ ATR に置き換でいる。KRES は，自己熱改質型反応器（ATR）と熱交換器えることが可能になる。一方で，ATR に供給する酸素と，型水蒸気改質反応器（リフォーミングエクスチェンジャー）をコアンモニアの原料となる窒素を供給するために大型の空気ンパクトに組み合わせた技術であり，比較的高価とされる分離器を別途必要とする。

TM

空気一次改質器 二次改質器

CO転化器

CO2 ガス
（尿素）
CO2
吸収塔

CO2
放散塔

LP/HP
フラッシュドラム
天然ガス
メタン化反応器
スチーム

M/Sドライヤー

スチーム（尿素）

燃料ガス

合成ガス
圧縮機

アンモニア
凝縮器
ピュリファイヤー

冷凍圧縮機

製品アンモニア［貯蔵タンク］

製品アンモニア（尿素）アンモニア反応器

図1610

KBR 社 PurifierTM プロセスフロー図 5）（4）

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モニアの製造コストを 100 とすると，グリーンアンモニア4．ブルー／グリーンアンモニアの製造コストは 300 〜 400 と推定されている。
4.2

ブルー：プロセス大型化への取り組み

フサイクルにおける二酸化炭素排出を抑制するため，製造アンモニア製造プロセスと変わらない。そのため，プロセプロセスにおいて二酸化炭素の排出を抑制した「低炭素アスの大型化により，更なる製造コストの低減が期待できる。

ンモニア」であることが不可欠である。本節では，代表的前述のライセンサー 3 社は，燃料用アンモニアの大規模な低炭素アンモニアであるブルーアンモニアおよびグリーバリューチェーン確立を見据え，現状の最大規模である 1ンアンモニアについて述べる。

系列 3,300 トン／日級のアンモニアプラントを，1 系列日4.1

産 6,000 トン／日級まで大型化する取り組みを提唱してい二酸化炭素排出量と推定製造コストる。

ブルー／グリーンアンモニアの製造フローと二酸化炭素排出量，および推定製造コストを図 2 に示す。

例 え ば KBR 社 は， 豊 富 な 実 績 を 持 ち 信 頼 性 の 高 いブルーアンモニアは化石資源を原料とするが，従来のア

PuriﬁerTM プロセスを 1 系列のまま 6,000 トン／日まで延長

ンモニア（グレーアンモニア）の水素製造工程で発生する二酸し た Ammonia 6000TM プ ロ セ ス を 提 案 し て い る 6）。 ま た化炭素を CCS（Carbon Capture & Storage）や CCU（Carbon Capture &Topsoe A/S 社も，同社の SynCOR AmmoniaTM プロセスによUtilization）によって排出を抑えた水素（ブルー水素）から製造

り，1 系列にて 6,000 トン／日以上の規模を設計可能としする点が異なる。二酸化炭素の回収手法によるが，グレーている 4）。

アンモニアの製造プロセスから直接排出される二酸化炭素

4.3

グリーン：プロセスの最適化とターンダウン運転グリーンアンモニアは，従来のアンモニア製造プロセス排出量を 100 とすると，ブルーアンモニアの排出量は 0 〜に追加して，水電解装置，水素貯蔵設備，水素圧縮機など30 に低減が可能である。
グリーンアンモニアは，風力や太陽光などの再生可能エの設備を考慮する必要がある。これらの設備はプラント全ネルギーを利用し，水電解により製造される水素（グリーン体の建設コストの大きな割合を占めるため，これらの設備水素）と，空気から分離した窒素を反応させて製造する。

構成の最適化が，グリーンアンモニアの製造コスト低減のそのため，製造プロセスから直接排出される二酸化炭素排ための重要な課題となる。

出量は 0 である。

更に，これらの設備追加を最小限に抑えるためには，再製造コストについて，ブルーアンモニアは基本的に従来生可能エネルギーの変動を，極力アンモニアプラントののアンモニア製造プロセスに CCS や CCU を追加することターンダウン運転で吸収することが望ましい。近年，前述で製造できる。グレーアンモニアの製造コストを 100 とすのライセンサー 3 社は，プラントのターンダウン運転によると，ブルーアンモニアは 120 〜 130 程度と推定される。

り変動を吸収する方法を提案している。3 社は，10 〜 20％

一方でグリーンアンモニアは，再生可能エネルギーの変ロードまで絞った低ロード運転を達成可能なターゲットと動対応，安価で高効率な水電解技術の開発といった技術的している。

課題が現時点では解決していない。そのため，グレーアン

製品

製造プロセス

化石燃料 CO2大気
H2

二酸化炭素排出量（製造プロセスから直接排出）概算の推定コスト(グレー＝100で指数化)(グレー＝100で指数化)

グレーNH3100

ブルー
NH30～30100改質＋
脱CO2
CO2CCS/CCU

H2再エネ
水電解
H2O

H2NH3合成

グリーン
NH3120～1300300～400

図 2 ブルー／グリーンアンモニアの二酸化炭素排出量と推定製造コスト

第 86 巻第 12 号（2022）（5）

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611集

前述の通り，ブルーアンモニアの製造プロセスは従来の

特

脱炭素燃料や水素キャリアとしてのアンモニアは，ライ公益社団法人 化学工学会 https://www.scej.org/

エネルギーの変動に対応して各設備の運転条件を最適化す

5．アンモニアの新技術開発動向る統合制御システムの開発を実施している。また，福島水素エネルギー研究フィールド（FH2R）を第一候補地として，特アンモニアの合成，利用等に関する新技術の研究は，以水電解装置とアンモニア製造プロセスの実証設備を計画中である 9）。

下で紹介する例の通り，現在も活発に続けられている。
5.1

アンモニア合成に関する技術開発

集

6．おわりにNEDO「グリーンイノベーション基金事業」では，アンモニア製造コスト低減を目的に，アンモニア合成新触媒の開発とグリーンアンモニア電解合成技術開発が進められていアンモニアは脱炭素燃料であり，「2050年カーボンニューる。新触媒の開発は，製造コストの低減を実現できるアントラルに伴うグリーン成長戦略」重要分野にも挙げられてモニア製造新触媒をコアとする国産技術を開発することをおり，社会実装に向けたロードマップも示されている。弊目的に，千代田化工建設（株），東京電力ホールディングス

社を含め，国内外の企業によって，ブルー／グリーンアン（株），（株）JERA（以下，JERA）が中心となり，3 つの開発チー

モニアのサプライチェーン構築に向けた具体的な案件創出

ムによる新触媒の競争開発を中心として，触媒開発と技術や技術開発が活発に進められている。

実証をおこなうことが計画されている。電解合成は，出光

ブルー／グリーンアンモニアの開発においては，アンモ興産（株）らが中心となり，東京大学 西林教授が開発したニア製造プラントの大型化，水電解装置，水素貯蔵設備，触媒系を改良し，水と窒素を原料として電解反応を活用し水素圧縮機などを含めた全体プロセスの最適化，合成，利て常温常圧で製造する方法を確立する。また，多層カート用になどでの新たな技術開発などが課題として挙げられてリッジによりスケールアップデータを取り，実用化を検証いる。弊社は，これらの課題に対する技術検討や関係各社する計画である 。との協力を通じて，ブルー／グリーンアンモニアの普及拡

5.2

大，社会実装に貢献していきたいと考えている。その活動

7）石炭火力発電のアンモニア混焼実証

石炭火力発電にて，微粉炭とアンモニアを混焼する技術の一環として，弊社は日揮ホールディングス（株）と 2022の実証が進められている。主な技術課題であった NOx 発年 4 月に燃料アンモニアプラントの EPC 事業に関するアラ生は，二段燃焼バーナを使用することで克服されつつある。

イアンス契約を締結し，燃料アンモニア事業者に対してそ（株）
JERA および（株）IHI は，NEDO の助成事業「カーボの構想段階から EPC に至るまで一体となって取り組むこンリサイクル・次世代火力発電等技術開発／アンモニア混とを発表した。本アライアンスにより，燃料アンモニアの焼火力発電技術研究開発・実証事業」に参画している。世

利用拡大を加速させ，脱炭素社会の実現を目指している。

界で初めて，大型の商用石炭火力発電機において石炭とアンモニアの混焼による発電をおこなうことを目的としてお引用文献
1）経済産業省：燃料アンモニアサプライチェーンの構築 , https://www.meti.go.jp/
shingikai/sankoshin/green_innovation/energy_structure/pdf/005_05_00.pdf
2）IEA：World Energy Outlook 2019, https://iea.blob.core.windows.net/assets/98909c1baabc-4797-9926-35307b418cdb/WEO2019-free.pdf
3）IEA：Energy Technology Perspective 2020, https://iea.blob.core.windows.net/assets/
7f8aed40-89af-4348-be19-c8a67df0b9ea/Energy_Technology_Perspectives_2020_
PDF.pdf4）TOPSOE：SYNCOR AMMONIATM - NEW PROCESS FOR GRASSROOTS
PLANTS, https://www.topsoe.com/our-resources/knowledge/our-products/processl i c e n s i n g / s y n c o r- a m m o n i a t m - n e w - p r o c e s s - f o r- g r a s s r o o t s - p l a n t s ? h s
CtaTracking=36501b90-fdc0-424f-85da-b99c42c893d4%7Cac8b08e0-1bf7-41fb9ea0-a4cbdd2e4221
5）KBR Catalogue：PuriﬁerTM6）KBR Catalogue：Single Stream 6000 MTPD Ammonia Plant（2018）
7）NEDO：ニュースリリース , https://www.nedo.go.jp/news/press/AA5_101502.html
8）（株）JERA：プレスリリース , https://www.jera.co.jp/information/20210524_677
9）NEDO：2022WG 報告資料 , https://www.meti.go.jp/shingikai/sankoshin/green_
innovation/energy_structure/pdf/009_05_00.pdf

り，ボイラーの収熱特性や排ガス等の環境負荷特性を評価
し，アンモニア混焼技術の確立を目指す。JERA の碧南火力発電所 4 号機（発電出力：100 万 kW）において，2024 年度にアンモニア 20％混焼を実施する計画である 8）。
5.3

再エネ・アンモニア製造統合システムの実証

日揮ホールディングス（株）は，旭化成（株）と共同で，2021 年度〜 2030 年度の NEDO 事業「グリーンイノベーション基金事業」に参画している。本事業において，アルカリ水電解とアンモニア製造プロセスの組み合わせ，再生可能

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