第1章

1.

発電に用いられる再生可能エネルギー
2021 年の国際エネルギー機関（IEA）の Renewable Power 報告書によると，2020 年の世界の発電能力に占める再生可能エネルギーの割合は約 29％で 2010 年の 1.45 倍となっているが，2050 年の NetZero を達成するためには 2030 年には，約 61％と 2022 年の 2.1 倍としなければならない。そのためには 2030 年までは年平均 12％近く再生可能エネルギーを増加させなければ1）ならない（図 1-1） 。

図 1-1

2.

1）

世界の発電に占める再生可能エネルギーの割合【IEA 資料 を基に著者作成】

世界の発電に用いられる再エネ能力
IEA は 2050 年に NetZero を実現するには，2030 年の世界の電力に用いられる再生可能エネ

ルギーの発電量を，水力は 5,870 TWh，風力は 8,008 TWh，太陽電池は 6,970 TWh，バイオマ
1）

スは1,407 TWh，地熱は330 TWh，集光型太陽発電は204 TWh が必要と予想している（表1-1） 。

表 1-11）

再エネによる世界の発電内訳（TWh）

3

第2章

1.

世界の水素需要推移
2018 年の世界の水素需要は 7,390 万トンであった。石油精製向けが 3,820 万トン（51.7％），アンモニア製造向けが 3,150 万トン（42.6％），その他が 420 万トン（5.7％）である。この 20 年間では石油精製需要が増加している（図 2-1）。

図 2-1

2.

1）

世界の水素需要推移【IEA 資料 を基に著者作成】

2050 年の水素需要
IEA の NetZero の報告書によると2050 年には水素の需要の半分は鉄鋼と化学原料，運輸部門で，30％は海運および発電用のアンモニア，航空機用の合成燃料，およびガスネットワークに混合される合成メタンなどの水素ベースの燃料であり，17％は，太陽光発電と風力発電のバランス電源として使用される。全体として，水素ベースの燃料は2050 年の世界の最終エネルギー需要の 13％を占めることになる。化学産業の原料として使用されているアンモニアは，水素よりも輸送コストが低く，エネルギー密度が高いため，さまざまなエネルギー用途の燃料としても使用され，2050 年に出荷される世界のエネルギーの 45％を占める。合成燃料は，2050 年には世界の航空燃料需要の1/3 を賄う。また，水素と CO2 から製造される合成メタンによって，建物，産業，運輸部門でのネットワーク供給ガス需要の 10％が満たされる。世界の電解水素の容量は，現在の約 0.3 GW から 2030 年までに 850 GW となり，2050 年までに 3,600 GW に達する。一方，原子力（3％）と CCUS による化石燃料（2％）を含む再エネ電解（95％）に用いられる電力は，2050 年には世界の電力の約 20％（15,000 TWh）となり，CCUS による水素製造に用

15

第3章

1.

炭素税と排出量取引制度
EU では 2005 年から排出量取引制度が導入された。排出量取引制度は，国又は地域が全体の排出量の上限を設定し，上限を超えた排出企業は排出量と排出枠の売買量を決定する方法である。炭素税は，各国が独自で排出量に課税しているものである。既に，炭素税の導入は 35 の国や地域，排出量取引制度は 29 の国や地域で行われている。炭素税の価格は，スウェーデン
は ＄137（ 約 17,800 円 ）/ トン・CO2， スイスは ＄101（ 約 13,100 円 ）/ トン・CO2， フランスは ＄52（約 6,800 円）/ トン・CO2，英国は＄25（約 3,300 円）/ トン・CO2 などであるが，これは，排出量取引と別に定めたもので，これらの国は炭素税も排出量取引制度のどちらも導入している。EU
は，今後，域内品だけでなく CO2 排出量に応じた輸入品への国境炭素税の導入を予定している。
中国は2013年から一部の省で導入を開始したが，2021年から全国で排出量取引が開始され，現在50～60元（約1,000～1,200円）/トン・CO2で取引されている。2025年には71元（約1,400円）/トン・CO2，1）

2050年には167元（約3,300円）/トン・CO2まで上昇すると予想されている 。
注） 日本の炭素税は289円/トン・CO2である。

2.

EU の排出量取引額推移と予測
EU の 排 出 量 取 引 に お け る 炭 素 価 格 は， ロシアのウクライナ侵 攻 に よ り 2022 年 は € 80

（約 10,400 円）/ トン・CO2 に上昇している。ロシアからの天然ガスの供給減少に対応するため，
EU は天然ガスの使用量を過去 5 年間の平均ガス消費量比で 15％削減することを決めているが，代わりに石炭火力が増加するために炭素価格の高値が続いている。更に 2030 年には CO2 排出量を 1990 年比で 55％削減しなければならず，€ 130（約 16,900 円）/ トン・CO2 まで上昇すると予測されている。2005 年から導入された EU の排出量取引制度（EU-ETS）による年平均取引額の2）推移と予測を示す（図 3-1） 。

35

第4章

1.

アンモニア

1.1

アンモニア製造プラント

ハーバーとボッシュらによって発見され工業化された空中窒素固定法（ハーバー・ボッシュ法：
HB 法）によるアンモニア合成技術は人類を飢餓から救った画期的な技術であった。世界のアンモニア生産量は，毎年約 2.3％の増加を続け，2020 年の世界の生産量は，約 1 億 4,400 万トンと推定される。中国では石炭のガス化によって製造される水素を原料に用いているが，世界的には主に天然ガスの水蒸気改質によって得られる水素と空気中の窒素から製造されている。そのため原料の水素を得るために多量の CO2 が生成される。CO2 の発生量は 1.5 ～ 1.6/ トン・NH3 で，ア1）

ンモニア製造における CO2 の発生量は全世界で人為的に排出される CO2 の 1.2％に相当する 。

1.2

アンモニアの生産量

世界のアンモニアの生産量は増加の一途を辿っている。世界の主なアンモニア生産国は，生産量順位で中国，ロシア，米国，インドである。世界のアンモニア生産量推移と予測を示す
2）（図 4-1） 。

図 4-1

世界のアンモニア生産量推移と予測2）

45

第5章

1.

メタン
メタンは天然ガスの主要な成分である。天然ガスは石油よりも安価で埋蔵量も多く，近年ではシェールガスが世界各地で確認されている。メタンは石炭や石油に比べて燃焼時の CO2 の発生量が少ないため，石炭や石油の代替燃料としての利用が進んでいる。しかし，天然ガスは化石資源であり，その利用は地球温暖化の原因である CO2 を排出してしまうため，メタンは化石資源の天然ガスからではなく，廃棄物を発酵して製造されるバイオガスや，バイオマスをガス化した合成ガスを用いてメタネーションによって合成する方法，又は CO2 と再エネ電解水素とからメタネーション反応で合成されるようになってきた。
バイオマス → 発酵 → バイオメタン
CO2 ＋ 4H2 → CH4 ＋ 2H2O

2.

バイオガス

2.1

欧州のグリーンメタン戦略

欧州はエネルギーを安価に供給できるように 20 年以上にわたって天然ガスグリッドを欧州全体に張り巡らせてきた。中東やロシア，北アフリカから天然ガスをパイプラインで導入し，発電や暖房だけでなくアンモニアやメタノール合成などの化学産業にも利用してきた。この欧1）

州の天然ガスグリッドを図 5-1 に示す 。
欧州がバイオメタンを推進するのは，温暖化のための CO2 削減とともに，潜在的にロシアの天然ガスに頼りたくないという理由もある。欧州は，家畜糞尿や都市ごみなどを発酵させてバイオメタンを製造することに力を入れ，バイオメタンを燃料とした発電には固定価格買取制度（FIT：Feed-in Tariff）を適用し，優遇策を図ってきた。その結果，農村部では農業残渣だけでなくトウモロコシの収穫前の青トウモロコシ，都市部では生ごみや家庭の枯れ枝まで集荷して発酵槽に投入してメタン発酵が行われるようになった。メタン発酵ではメタンが約 60 vol％，CO2 が約 40 vol％，他に微量の硫黄化合物や NH3，シロキサンなどの不純物が含まれているガスが発生するので，硫化水素やシロキサンなどの不純物だけ除去し，CO2は混合したまま発電燃料に用いられている。欧州バイオガス協会（EBA：European Biogas
3Association）によると 2019 年末，欧州には 18,943 ヶ所のバイオガスプラントがあり，158 億 m（167 TWh）のバイオガスが生産されている。

一方，バイオガスからのバイオメタンの生産量は，2019 年にはこれまでにない増加率で増え，

69

第6章

1.

バイオエタノール

1.1

バイオエタノールの製法

バイオエタノールは糖を原料として酵素による発酵法で製造されている。原料の糖は，米国はコーン，ブラジルはサトウキビを原料としている。原料の糖は可食資源であるため，非可食資源であるコーンストーバーや麦わらなどのセルロースを原料として，セルラーゼによる発酵法が工業的に生産され始めている。しかし，非可食資源原料は集積などのインフラが整っていないため可食資源原料エタノールよりもコストが高く，需要は伸びていない。バイオエタノー
ルの製法を表 6-1 に示す。

表 6-1

1.2

バイオエタノールの製法

バイオエタノールの需要

世 界 的 に， 主 にガソリンブレンドと し て 用 い ら れ て い るバイオエタノールの 生 産 量 は約 1,300 億 L である。米国をはじめとして多くの国がガソリンにエタノールを 10％混合した
E10 ガソリンを用いるようになったが，バイオエタノール原料が可食資源であり，増産するには膨大な耕地が必要であることや第二世代のエタノールはコストが高いこと，更に，ガソリン
1）車の需要が減少することなどから，今後の需要は増加しないと予測されている（図 6-1） 。

93

第7章

1.

グリーン液体燃料の製法
グリーン液体燃料は，バイオマス又は再生可能エネルギーから得られる水素と CO2 から製造される CO2 フリーの液体燃料である。海外ではガソリンブレンドとして用いられている。液体燃料であるバイオディーゼル油は，パーム油や菜種油，ひまわり油，廃食油，獣脂などの油脂をメチルエステル化（FAME：脂肪酸メチルエステル）して製造されている。更に，油脂を水素化分解した次世代のディーゼル油といわれる HVO（Hydrogenated Vegetable Oil）が製造されるようになった。パルプ工場で発生する黒液からはトール油が回収できるが，バイオディーゼル油はトール油を水素化分解することによっても一部得られている。廃材などのバイオマスは，ガス化し合成ガスとしてから FT 合成によりバイオディーゼル油を生産することもできる。
また，究極の技術といえる大気中の CO2 と再エネ水素からメタノール経由や FT 合成によってグリーン燃料が製造されつつある。グリーン燃料と製法を表 7-1 に示す。

表 7-1

グリーン燃料と製法

105

第8章

1.

バイオナフサ1.1

バイオナフサの製法

バイオナフサは，水素化ディーゼル油（HVO：Hydrogenated Vegetable Oil）の副産物である。HVO 生産時にバイオナフサは約 5％副生する。石油精製では油脂をドロップインで残油の水素化分解装置に混合投入すると，水素化分解装置の運転条件や用いられる触媒によって異なるが，5 ～ 10％のナフサ留分が得られるので投入分に見合うバイオナフサが得られることになる。また，クラフトパルプ製造時に副生する黒液からトール油を回収し，水素化分解することによっても製造することができる（図 8-1）。

図 8-11.2

バイオナフサの製法

バイオナフサの生産量

バイオナフサは，HVO の副生成物であることと，原料はパーム油や菜種油，ヒマワリ油などの可食資源であり，増産するには広大な耕地面積が必要であることなどから，今後大幅な増産は期待できない。IEA の予測する 2026 年の世界のバイオディーゼルの生産量は，脂肪酸メチルエステル（FAME）が 500 万 kL/ 年，HVO は 470 万 kL/ 年，SAF（Sustainable Aviation1）Fuel）が 50 万 kL/ 年である 。バイオナフサの生産量は，HVO と SAF の合計 520 万 kL の 5 ～10％とすると 26 ～ 52 万 kL/ 年である。HVO は，航空燃料としての需要が増加すると考えられ137