SNW対話イン宇部工業高等専門学校2021基調講演−2 2050年カーボンニュートラルに向けてエネルギー政策と課題令和4年1月16日松永健一日本原子力学会SNW会員三菱重工業勤務技術士（機械、電気電子、原子力・放射線、総合技術監理部門）
2020年10月に菅首相が2050年脱炭素を表明して以降、産業界はカーボンニュートラルに向けて取り組みを加速している。 2050年のカーボンニュートラルを目指すうえで、国の政策やCO,排出の多い電力業界などの動向に注目が集まっている。 ー方,再エネの課題が次第に明らかになりつつある現在、既存のCO,を排出している設備を有効利用しながら長期的に「低・脱炭素化」を進めることが、技術的にも経済的にも現実的な選択のようでもある。この節目にあたり、エネルギーとは何かなどの「基本」を足場固めすることが重要であろう。幅広く2050年カーボンニュートラルのエネルギー政策と課題について、参加者の皆さんと議論したい。なお、原子力関係は、基調講演−1で説明しており省略している。本日の内容1.エネルギーの基本(1)エネルギーとは(2)石炭とは(3)気候変動とは2. 2050年脱炭素へ向けての動向(1)世界の脱炭素の動向(IEA) (2)脱炭素の道は険しい(3)カーボンニュートラル(CN) (4)日本政府のCN政策・克服すべき課題(5)日本の政府･産業界の脱炭素の動向3.再エネ(自然変動電源)の課題4.火力発電の技術的・経済的に現実的な選択(1)高効率化(2)脱炭素化(アンモニア／水素) (3)脱炭素化(CCUS／石炭ガス化) 1.平ホルギニの基本Tor
1.1 エネルギーとはエネルギーの源は核エネルギーなのか？ 1.2石炭とは石炭は、地球大気からCO2を吸収したもの／バイオと何が違うのか？ [気候変動]気候変動のことを、それほど知っているのか？ [自問]地球温暖化＝CO2主原因説は本当か。急激に対策する必要はあるのか？ 1.3 最終的に地球環境はどうなるのか？ 1.4 生物／人間は地球環境を変えられるのか？ 2.3カーボンニュートラル(CN)とは全てのCO2排出をゼロにしなければならないのか？ ※番号は、本文の項目番号に対応している。
エネルギーの源＝核エネルギー 太陽(核融合)、地熱の半分(核崩壊)気候変動＝太陽の日射＋ 46億年の太陽(核融合)熱の増加と大気中CO2量などの均衡""
ビッグバン前は物質はなく電磁波(放射線)が溢れる→ いかにして太陽や地球は誕生したか西1宇宙誕生と原子力 一自然に学び、自然を真似るのが、科学の原点一(※)ウラン等の崩壊熱(地熱の源) →地熱発電201出典:原子力,藤家洋
太陽は、核融合の進展に伴い、燃料の質量数が増え、発熱量を増していくバル
放射性物質の崩壊と地温原始放射性物質(半減期が長い) U－238 半減期 45億年140億年Th－232 12.5億年K ー40地球の歴史46 原年人間は放射性物質の中で生きてきた。地球から生まれた人間も放射性物質【見方を変えれば】
"",出典:地熱エネルギー入門,日本地熱学会
地球創生時(46億年前)は,現在の発熱量の4.8倍(長半減期核種で評価)地熱の発熱密度 0.1 W/m2  ←太陽熱の1／10,000天然の原子炉U235  3.7%現在の軽水炉U235　3～4％図1 － 17 天然ウランの同位体組成の経時変化人間が生まれる前に、理屈どおり天然の原子炉があった出典:核燃料サイクル,藤家,石井
放射性廃棄物の地層処分とは、仲間のいる所に返すこと【見方を変えれば】安全性は、天然原子炉の核種が語る分離・核変換技術 →高レベル廃棄物の短半減期出典:原子力・エネルギー図面集2012
(熱,圧力による変化)を、右側は、これらの過程の生成物(泥炭から無煙炭)を示す。上部の白い矢は、最終的に石炭の灰となる不純泥炭にどのように入るかを示す。泥放は水素を多く含む → 石炭ガス化複合発電（IGCC）で利用すれば、石炭資源はの増加となる。出典: Wyoming Coal : Coal Swamp,  Natural Science Program, University of Wyoming
出典:大量絶滅の原因究明!!大量絶滅. com石放紀は、高温多湿な環境の地域が多く、植物や昆虫は巨大化。高湿度の熱帯ではシダ植物が経2m×高さ40m、巨大トンボの羽は70cmにも連した。酸素濃度が非常に高く、それが昆虫の巨大化につながったと考えられている。北極では氷河が形成され、石炭紀後期の氷河期(数百万年〉によって、多くの生物が絶滅することになった。石炭紀の植物の巨大化は、大気中のCO2量（栄養分）が多かったことを、大気中の酸素濃度の急増は、植物へのCO2の固定化(石炭量)の急増／大気中CO2の急滅を裏付けるものと考えられる。 →石炭は石炭紀以降の大気中C02を、太陽光で動じ込めたもの。【報告者】大気中のCO?減少は植物にとっては食料不足→  CCSのCO2は、食料生産への利用も検討されている
大気中のCO2濃度は、短期的には増加するものの、長期的には低下150ppm以下で多くの植物(C3植物)が光合成を停止＜現在、約400ppm＞ 10ppm以下でC4植物(トウモロコシ、サトウキビなど）の光合成も停止【約10億年後】太陽光度が現在の1.15倍になる→成層圏の水蒸気量が急増／太陽からの紫外線で分解→→水素が地球から逃げ出す→→海洋が無くなる【約15億年後迄】太陽の寿命は約100億年残り約50億年→中年期)環境問題とは長期的な幸せと短期的な幸せの選択。 14リュ遠い将来の地球の運命出典:大気の進化46億年、田近英一, 2011
固体中心核／強い磁場の誕生マントル対流2層→1層酸素増加開始／赤鉄鉱沈殿21億年前酸素増加／真核生物の出現10億年前多細胞生物の出現7.5億年前塩分濃度急上昇海水逆流の開始硬骨格生物の出現以新品増4.5億年前オゾン層の誕生生物の上陸【前半は付録参照】 a (195 15出典:丸山・磯崎,生命と地球の歴史, 1998
2.1世界の脱炭素の動向(IEA) 2.2 脱炭素の道は険しい2.3日本の政府･産業界の脱炭素の動向
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2060年までの世界の累計CO2削減量の見通し【出典】IEA 2017年再エネ:累積削減量の3割、地域に偏在するため送配電の柔軟・安定が必要。CCS :累積削減量の14%(2060年トキの削減量の16%)、CCSと組合せて水素利用が必要。化石燃料改質による水素利用: 2030年から増加。 「CCUS使わずしてカーボンゼロの達成はできない」(IEA事務局長) 2 (195 17
2050年ネットゼロ排出量シナリオ(NZE)における世界の発電量(電源別)太陽光と風力発電が先頭に立ち、再生可能エネルギーシェアを2020年の29％から2050年までに90%近くまで押し上げる。原子力と水素、 CCUSが再生可能エネルギーを補完する2050年ネットゼロでは、50年のエネルギー需要は現在より8％減、経済規模は2倍以上、人口は20億人増加。電力は全体の50%、輸送、産業など全てで重要な役割。 ★ネットゼロでは、再エネ20年29％→ 30年60％→ 50年90％（非現実的？） NZE  2050年ネットゼロを達成するために必要なシナリオ。気温上昇1.5℃まで。見通しではない【出典】NET Zero by 2050 : A Roadmap for the Global Energy Sector, IEA2021.5 (原産翻訳) 18
【出典】読売新聞2021.6.20 国際エネルギー機関IEA2021年5月発表の工程表電力約2／5でも、全体は約2／3に減るだけ産業・運輸などの脱炭素が鍵。産業・運輸に波及する技術、電力だけでなく送配電の効率向上が求められる【出典】NET Zero by 2050 : A Roadmap for the Global Energy Sector, IEA2021.5 (原産翻訳) sill 19
CNを実現するには、電力部門の脱炭素化が大前提。非電力部門は、電化や水素化などCO2を排出しないエネルギーへの転換を進める。2050年には、排出量と、植林やDACCSなどによるCO2の吸収を相殺することで、実質排出Oトンを目指す。世界のCO2排出量どこからやるのか
排出の完全ゼロは難しいため、「吸収」または「除去」で差引ゼロを目指す※CO2以外の温室効果ガスはCO2換算した数値日本の温室効果ガス排出量(2018年度)脱炭素が困難な部門を経済性を無視して優先する必要はないそのためのニュートラル出典:資源エネルギー庁HPスペシャルコンテンツバル
CNを実現するには、電力部門の脱炭素化が大前提。非電力部門は、電化や水素化などCO2を排出しないエネルギーへの転換を進める。2050年には、排出量と、植林やDACCSなどによ2.4日本政府のCN政策･克服すべき課題 グリーン成長戦略｢2050年カーポンニュートラルに伴うグリーン成長戦略｣が2020年12月に策定された(2021年6月一部改訂)。今後、産業として成長が期待され、温室効果ガスの排出を削減する観点からも取り組みが不可欠と考えられる分野として、14の重要分野を設定した。国際競争力が考慮されているか。欧州は自国有利な戦略を持つ。白物家電、太陽光パネルの二の舞にならぬか。敵は「炭素」であって、「内燃機関」ではない。水素エンジンに拘るのは、日本の雇用を守るため【トヨタ自動車社長】 ｢擦り合わせ技術｣ (内燃機関)が、日本の自動車競争力の源泉。モータ(組合せ技術)になれば、競争力を失う恐れ。日本政府の政策には、弱みの補強はあるが、強みの拡充はない。 24出典:資源エネルギー庁HPスペシャルコンテンツ
出典:資源エネルギー庁HPスペシャルコンテンツ25
パリティ＝同等
※3ガソリン自動車との比較。ガソリン価格が142.8円/Lの時を想定（詳細は第11回CO2フリー水蒸WGの資料を参照） ※4主なエネルギー起源CO2を対象に整理、製造業における工業プロセスのCO2排出も対象コストパリティは既存の主要技術を対象に燃料費のパリティ水準を算出出典:資源エネルギー庁HPスペシャルコンテンツ2.5日本の政府･産業界の脱炭素の動向政府の動向1.  2050年脱炭素を表明（菅首相） 2020年10月•2030年削減目標を26→46%減に上積み2021年4月気候サミット2.エネルギー基本計画6次見直し•2030年電源構成目標の見直し3. CO2フリー燃料開発の促進•経済産業省「水素•燃料電池戦略ロードマップ」••水素•内閣府SIP「エネルギーキャリア」（2014～2018年） •アンモニアSIP :戦略的イノベーション創造プロジェクト
■ 2021年10月22日エネルギー基本計画が閣議決定|新基本計画：2050年カーボンニュートラル(2020年10月表明)、2030年度46%削減、更に50%の高みを挑戦する削減目標（2021年4月表明）の実現が重要テーマ■太陽光など再エネは主力電源として最大限導入する方針l 2030年電源構成比率：原子力が20～22％を維持。再エネ22～24％ → 36～38%に引き上げ。化石41%程度、水素・アンモニア1%程度■原子力発電：可能な限り原発依存度を低減。必要な規模を持続的に活用。新増設や建て替え（リプレース）の明記はないものの、将来に向けたリプレースの余地を残す。原発の位置づけは曖昧なまま■国内の原発：建設中3基を含め36基。運転期間60年延長されても、新増設やリプレースがないとすれば、原発数： 2050年23基■人材育成や技術伝承を考慮し、政府は原発の新増設やリプレースを明記すべき
「第6次エネルギー基本計画」（2021年10月）  2030年の再エネ電力量比率36～38 %程度経産省基本政策分科会(2020年12月) 2050年の再エネ電力量比率約5～6割(参考値)と提示s on
●  2030年に向けた非効率火力削減計画を作成するとともに、大手電力各社は2050年に向け、カーボンニュートラルの取組方針を公表している。 ●　社によってはロードマップを示す等、カーボンニュートラルに向けた具体的な行動指針を表明。 ＜取り組み事例＞
・電源開発：2021年2月26日公表38
【課題】国内の全石炭火力で20%混焼をおこなうには、約2000万トンのアンモニアが必要。これは現在の世界のアンモニア輸出入量とほぼ同じ量。非効率石炭火力・・休廃止（国の方針どおり） LNGタービン・・30年台後半アンモニアNH3混焼20%。40年代専焼に。 30年台水素混焼30% ～一部専焼再エネ･･洋上風力を中心。蓄電池で導入支援出典: JERAプレスリリース「2050年におけるゼロエミッションへの挑戦について」資料2
九州電力の電源は再エネ、原子力、火力のバランスが良く、再エネの大量導入に伴う出力制御運用方法でも、日本で最先端をいく。 ■原子力＋再エネ電源の比率は58％で、電力会社のトップランナー過去５年間の投資総額（2016-2020年度）：約8,000億円x (198
九州電力は、2021年11月30日に「カーボンニュートラルビジョン2050」を発表。供給側の「電源の低・脱炭素化」、需要側の「電化の推進」および系統側の送配電ネットワークの次世代化からなる。出典:九電ホームページ資料( ω )
【供給側】火力では、水素・アンモニア混焼／専焼、CCUS／カーボンリサイクル。原子力では、次世代軽水炉・SMR・高温ガス炉、水素製造。 系統では、送配電ネットワークの近代化
(注)本ロードマップは、国のエネルギー政策等を踏まえ、革新的技術を生み出すイノベーションと軽済合理性が両立する前提のもと作成したものであり。今後の情勢変化等により前提が大幅に変更される場合は、ロードマップの見直しを適切に行います。なお、2030年度のCO ;削減目標については、次期エネルギー基本計画の内容等を踏まえ、今後検討していきます。出典:九電ホームページ資料再エネには、発電量が天候の影響を受けない水力、バイオマス、地熱などの「安定電源」と、天候の影響を受ける「自然変動電源」としての太陽光、風力がある。日本政府は、太陽光と風力を今後大量に導入しようとしているが、極めて課題が多い。それらの課題について述べる。

3.1経済性
•総合コスト(待機火力などの稼働率低下、送電網強化費用など)を含む新設発電コストが高い3.2不安定性・電力需給が逼迫•再エネ(太陽光、風力)普及のために送電網の強化を決定北海道一関東、九州一本州に複数ルートを新増設•2021年1月大雪で電力需給が逼迫。2022年2月に電力不足? ･北海道大停電2018年9月3.3被災急増・二次災害の誘発・太陽光パネル設置斜面の崩落
3.4国際競争力
県姫路市平成30年代•中国リスク(太陽光パネル80%が中国製、今後洋上風力も。EV電池や水電解装置のメタル資源の多くが中国製)など
【出典】総合資源エネ調　発電コスト検証WG 2021.7.12 2030年の電源別発電コスト試算の結果概要1．各電源のコスト面での特徴を踏まえ、どの電源に政策の力点を置くかといった、2030年に向けたエネルギー政策の議論の参考材料とする。 2．2030年に、新たな発電設備を更地に建設・運転した際のkWh当たりのコストを、一定の前提で機械的に試算。 (既存の発電設備を運転するコストではない）。 3．2030年のコストは、燃料費の見通し、設備の稼働年数・設備利用率、太陽光の導入量などの試算の前提を変えれば、結果は変わる。 4．事業者が現実に発電設備を建設する際は、ここで示す発電コストだけでなく、立地地点毎に異なる条件を勘案して総合的に判断される。 5 。太陽光:風力（自然変動電源）の太量導入により、火力の効率低下や揚水の活用などに伴う費用（電力システムへの「統合コスト」が高まるため、これも考慮する必要がある。この費用について、今回は、系統制約等を考慮しない機械的な試算（参考①）に加え、系統制約等を考慮したモデルによる分析も実施し、参考として整理（参考②）。
2030年時点の新設発電コスト「太陽光最安」　大規模太陽光8円台前半～ 11円台後半／kWh原子力は、11円台後半／kWh（2015年試算より1円以上高）
太陽光・風力（自然変動電源）の大量導入により、火力の効率低下や揚水の活用などに伴う費用(電力システムへの「統合コスト」)が高まるため、火力、原子力より高い。
表主要電源別発電コスト令和3年7月12日に機械的に計算した（統合コストを含まない）発電コストを公表。一部の新聞・TVは、これを「事業用太陽光が原子力よりも安い」という見出しで報道。出典:令和3年8月3日経済産業省発表
[出典] "Development and applications for MW-scale electrolyzer systems" (SIEMENS, 2016)水素・燃料電池戦略協議会CO2フリー水素ワーキンググループ資料に金子加筆出典:エネルギー基本計圖と火力発電の将来、金子祥三、2021.12.21火原協技術セミナー ( ) ( ) )
すべてを太陽光でまかなう場合の必要な苦電池量／費用は莫大基本的に太陽光発電量をすべて著電可能とする。太陽光設備容量×12時間の設備容量とする。
結論：日本の予算(100兆円)の約10倍、GDP(600兆円)の約2倍の費用が必要sing出典:エネルギー基本計画と火力発電の将来、金子祥三、2021.12.21火原協技術セミナー 40 3.2不安定性
力のコリタ非常識産①楊水運転による再生可能エネルギーの余剰電力の吸収、火力発電等の出力制御②連系線を活用た他地域への送電〔関連系線の活用〕 ③バイオマスの出力制御4太陽光・風力の出力制御5長期固定電源(水力、原子力、地熱)の出力制御8年10月13日(土)最過ぎ=82875kW抑制後の供給＝1,293万kV —226万kW -19675kW ·433万kW 1年間で56回出力抑制2020年3月27日（土）昼過ぎ需要=830万ｋＷ火力抑制後の供給＝1229.7 k W揚水動力＝＝186.2万ｋＷ域外送電＝－208万ｋＷ蓄電池＝＝５万ｋＷ太陽光発電抑制＝＝385.7万k W 1年間で60回出力抑制。
再エネの主電源化に向けて、系統制約を克服する送電網を増強する計画。再エネの活用、電力融通の円滑化に向け、全国で広域連携系統の形成を計画的に推進。中間マスタープランを2021年5月取りまとめ。2022年度中の完成目指す。北海道と本州を結ぶ海底直流送電の必要性が高いル一卜順次具体化。中間整理の概要（電源偏在シナリオ４５GWの例）出典:2030年に向けたエネルギー政策の在り方,黄源エネルギー庁, 2021.7.13
再エネの歐存量（ふぞんりょう　理論的に導き出された総量）は真大だが、利用できるエネルギー量、設備設置の要件を考慮すると、全てを使うことはできない。さらに事業が成立する経済性を加味すると、再エネにどの程度期待できるかが変わる。再エネの導入可能量と導入ポテンシャルにはギャップがある。洋上鳳力はポテンシャルは高いがコストが高い出典:洋上鳳力産業ビジョン第一次報告、官民協議会、2020.12.15面積出典：図解でわかるカーボンニュートラル（技術評論社）導入可能量と導入ポテンシャルのギャップ洋上風力発電のエリア別導入イメージ(115 43
石炭火力には、蒸気タービンと発電機の機械慣性力の他、蒸気の慣性力による調整力が加わる。再エネ（自然変動電源）には、この調整力が必要石炭火力の調整カ＝機械慣性力（蒸気タービン、発電機）十 蒸気慣性力火力の安定供給確保への貢献安易エネの主電源化に向けて、系統制約を克服する送電網を増強する取組みは重要。再エネポテンシャルへの対応、電力融通の円滑化に向けて、全国で広域連携系統の形成を計画的に進める45出典:エネルギー基本計画と火力発電の将来、金子祥三、2021.12.21火原協技術セミナー ( ) ( ) ( ) 4.1火力発電の高効率化(複合発電／トリプル複合発電) 4.2火力発電の脱炭素化(アンモニア／水素) 4.3火力発電の脱炭素化(CCS／石炭ガス化)
火力電源の設備利用率が減少傾向。過去5年間石油火力が1000万k W廃止、供給力が大幅低下。当面、新設計画あるも、全体は減少傾向。火力発電比率引下げ時にも安定供給の確保要。法1. 2016～2020年度：新設実績は資源エネルギー庁(石炭火力発電所一覧)および東京車業使職（2019年版）、廃止事績は各年限注2  2021年度以降（新線） : 2020度供給計画がまとめにおける2029年度までの火力新設計画より（大手を高む全事業者）注3. 2021年度以降（廃止）：大手電力が保有する電道のうち、連転開始から45年経過した電道＝廃止と仮定( 1 )出典:火力政策をめぐる職論の動向について,資源エネルギー庁, 2021.11.18
総合効率＝有効仕事率＝0.4 +0.24+0.14＝0.78単体効率が40％でも組合せれば78％
効率の低いターピンも、蒸気ターピン（意外と効率が良い）組合せると格敵に効率が上がるまた、蒸気タービンは、蒸気慣性力があるので、電力の安定供給に貢献する。 a (198出典:エネルギー基本計画と火力発電の将来、金子祥三、2021.12.21火原協技術セミナー
水素発電は、小型番での専焼実証を実機で開始し、大型番は30%混焼を連成するための燃焼番の開発が完了。アンモニア発電は、NOx抑制の混焼パーナーの開発に成功。大容量での混焼試験を実施中。2021～ 2023年度に、実機を利用した20%混焼の実証を予定。
【発電分野】中小型ガスタービン、大型コンバインドサイクルガスタービン、石炭火力発電へのアンモニア混焼、固体酸化物形燃料電池(産業分野)各種工業炉(運輸分野)船舶用エンジン(2018)
大型タンカーによる海上輸送(1.5 ~ 2.3万トン級) any真真真(日本)化学品、工業用、脱碉用として活用将来目指す姿既存サプライチェーンを活用することでアンモニア利用分野への展開も早期に可能CO,フリーアンモニアサプライチェーン製造輸送利用液化水蒸、MCH製造への活用ることで、液化水薬・MCHによる供給スキームの実現にも買献する52
◆既存石炭火力発電所でのアンモニア混焼発電試験   (2017年6月29日、9月8日プレス発表) ・シングルバーナーでの20％混焼実証を踏まえ、水島発電所2号機（石炭ボイラー・蒸気タービン）でのアンモニア混焼発電試験に成功• 156MW / 1MW （アンモニア燃料供給）燃焼は変化なく安定。排ガス中のNH3濃度はゼロでNOx値の変化もなし。 LNGタンク今年のIMD年み複数の電力会社とメーカ共同で既設火力発電所でのアンモニア混焼システムの基本設計を実施(外航船からのアンモニア受入、貯蔵方法、配管ルート等も含め具体的に検討)発電分野への比較的早期の水素エネルギーの導入⇒ CO 5排出の大幅削減
ライフサイクルでのCO,排出量CO,フリーNH。：天然ガスを原料とし、CCSでCO,フリーとしたものプロセスからのCOみは100%回収煙道からのCO,を20%回収⇒パイプラインで輸送し・地下貯留データ出典：Akito Ozawa, Yuki Kudoh, Naomi Kitagawa, Ryoji Muramatsu: "Life Cycle CO2 emissions from power generation using hydrogen energy carriers", International Journal of Hydrogen Energy,  44(2019) 11219 – 11232の図12のデータをもとに筆者が作図。
■　ガスタービンの排ガスの熱を利用してアンモニアを水素と窒素に分解し、既に実用化されている水素混焼のガスタービン燃焼器により燃焼させる将来に水素専焼燃焼器が実用化されれば、燃料の全てをアンモニア分解水素とすることも可能予混合燃焼（ドライ式低NOX技術）マルチクラスター（ドライ式低NOX技術）燃焼器タイプガスタービン排気ガス燃料の発熱エネルギーに回収することが可能水素混焼GTは既に実用化済み水素専焼燃焼器が開発されれば、燃料をNH3分解水素にすることも可能(115
・水素焚きガスタービンにより消費される燃料水素は大規模かつ安定。水素インフラ導入期においては、水素供給事業への参入リスクを下げ、 .インフラの拡充への波及効果が期待される。 GT出力500MW 効率60％ 20vol%水素混焼プラント 1基水素消費量：1.4t/h燃料電池自動車10～13万台20 %混焼でFCV10～13万台相当の水素消費。専焼なら
CCUS：大気中からCO2を回収して他の用途に利用したり、地下に貯留したりする技術の総称。そのうち回収したCO2を別の物賞に転換して再利用する技術をカーポンリサイクルという。 EOR ：石油増進回収法生産中の油田に圧入することで石油の生産量を増やす。 (合酸素化合物（ボリカーボネート、ウレタンなど）微細藻類バイオ燃料（ジェット燃料・ディーセル） CO ,由来燃料またはバイオ燃料（微細藻類由来除く）（メタノール、エタノール、ディーゼルなど） setその他(110)
現在は大規模化・商用化実証中。日本企業が国際競争力ある領域多し。分離・回収：既に商用化済み技術あり。輸送： CO2の長距離輸送実績なし。貯留：圧入・モニタリング技術実証済み、一部継続中（苫小牧市）。 CN：一部商用化製品あり、多く研究開発・実証段階。
CCS／カーボンリサイクルの基礎となるCO2分離回収技術2050年迄にCO2分離回収コスト1,000円/t-CO2を目指し技術開発を行う。 CCSによる世界全体のCO2削減量は約80億トン。 CCSコストの大半を占めるCO2分離回収コストの低減に向け、燃焼後回収用(大気圧～低圧ガス対象）の固体吸収材、燃焼前回収用（高圧ガス対象）の分離膜を用いた分離回収技術を研究する。
大気中のC02の回収
ー貫した基礎技術は確立済みであり、現在は大規模化・商用化に向けた実証を行っている。日本企業が国際的に競争力を有する領域も多く存在する。出典: 2030年に向けたエネルギー政策の在り方,資源エネルギー庁, 2021.7.13
排ガスは冷却塔で冷やした後、吸収塔内でアルカリ性／アミン吸収液と接触しCO2吸収。CO2を多く含む吸収液は再生塔に送られ、蒸気により加熱しCO2を放出再生。再生吸収液は吸収塔に戻し再利用。特徴：対象ガスに含まれるCO2を90 ％以上回収可能＋蒸気消費量の低減実現。
CO2貯留による地球温暖化対策と原油の増産を同時に可能にする技術。発電所や工場から排出されたCO2を回収、パイプラインで油田に送り、油田の油層にCO2を送り込み、地下に残っている原油を回収。原油回収率：従来は2～3割程度回収→飛躍的に高める
出典:脱炭素(CO2回収プラント),三菱重工HP

大崎クールジェンプロジェクトは、石炭火力発電から排出されるCO2を大幅に削減させるべく、究極の高効率発電であるIGFCとCO2分離・回収を組合せた革新的低炭素石炭火力発電の実現をめざすもの。石炭ガス化技術は、安価に石炭を水素化する技術とも言える。電源開発と中国電力が折半で設立した「大崎クールジェン(株)」。瀬戸内海の大崎上島(広島県)にあり、対岸の広島県竹原市には、電源開発の竹原火力発電所(超々臨界圧石炭火力)もある。「大崎クールジェンプロジェクト」は、NEDOとの国家プロジェクトとして開発した石炭ガス化複合発電(IGCC)。出典:石炭ガス化発電は水素発電だ、奈良林直、国家基本問題研究所、2021.12.14
石炭ガス化炉(IGCCの前段)に石炭と酸素を投入すると水素とCOが発生し、CO2やH2Oが回収される。低品位炭(亜瀝青炭、褐炭)～高品位炭まで幅広い石炭に対応可能。パイロット試験規模において、燃料が持つ発熱量に対する生成ガス発熱量の比率である冷ガス効率が80％以上と高い効率を達成。ガス化に適する低品位炭(亜瀝青炭、褐炭)はもとより、微粉炭火力で利用される灰溶流点の高い高品位炭(瀝青炭)まで幅広い石炭に対応できる。出典:大崎クールジェン酸素吹IGCC美証プロジェクトの概要及び進捗状況、石崎、推屋、日本機械学会誌第59巻190号(2017年) 2 (1 1 1 )
実質的な石炭水素化発電（奈良林直教授）ガス化排熱回収とともに酸素を多く供給して(シフト反応)で水素の割合を55%まで高め、残りの40%のCO2は、燃焼前に物理的に分離。これを貯留(CCS)すれば、水素比率を85%に高め、残りは窒素と4%まで減らしたCO2になる（下図）。ガスタービンのバーナーで燃焼する前にCO2を容易に分離・回収できる、ほとんどCO2を排出しない火力発電所が実現する。出典:石放ガス化発電は水素発電だ、奈良林庫、国家基本問題研究所、2021.12.14
2050年カーボンニュートラルの実現のために1.既存発電技術の低・脱炭素化を図る移行戦略が必要2.その中で、再エネの課題を直視し、再エネの不安定さや利用拡大にも貢献する火力発電の脱炭素、CO2フリー燃料(アンモニア)など移行技術への転換を適切に考慮すべき3.発電だけでなく、送配電系統、CCUS、蓄エネ、DACCSを含む総合的で現実的な比較評価が必要4.選択の前提として原子力の位置づけの明確化が必要。 CNへの原子力の役割を議論すべき5.脱炭素に電(動)化と水素化(水素燃料)の方向。適用分野ごとの選択に、日本の国際競争力が考慮されるべきSNW対話イン宇部工業高等専門学校2021 基調講演−2 2050年カーボンニュートラルに向けてエネルギー政策と課題ご清聴ありがとうございました
2.1世界の脱炭素の動向2.2世界のエネルギー構成の推移2.3 CNとは日本のCNのイメージ
3.2不安定性の解決策日本の電力系統と欧州系統との比較4.2キャリア別の水素エネルギーコスト4.2アンモニア直接利用 （ガスタービン発電）
5.1水素還元製鉄法／脱炭素化が難しい分野(2枚)
5.2水素航空機の開発／水素ガスタービン発電技術が転用可能？ ※番号は、本文の項目番号に対応している（5項を除く）
太陽光発電の大量導入時代に必要な蓄エネ手段の一つが「水素」元素の中で核子の結合エネルギーが最も大きく安定している鉄が作られるとエネルギー生成のプロセスは止まってしまう鉄よりも重い元素は,吸熱反応が起こる大きなエネルギー(超新星爆発等)が必要超新星爆発エネルギーで中性子吸収・過剰⇒β崩壊(電子放出) ⇒中性子が陽子へ変わる(原子番号が一つ増)超新星爆発などの莫大なエネルギーを「質量」という形で貯蔵⇒「核分裂」はそれを解放するもの図1 － 7 質量数に対する核子あたりの平均結合エネルギー (出典：ジェームスJ.ドゥデルスタット、ルイスJ.ハミルトン(著)、成田正邦、藤田文行(訳)、「原子炉の理論と解析（上）」、現代工学社（2001））核子エネルギーと物質生成出典:原子力,藤家洋一, 2005
H He Ne Na
Ce Pr Nd Pm Sm Eu Gd Tb Dv Ho Er Th出典:コズミックフロント「原始プラッホール宇宙創成のマスターキー」 NHK番組, 2021.6.24
地球創生時(46億年前)は,現在の発熱量の4.8倍(長半減期核種で評価)地熱の発熱密度 0.1 W/m2  ←太陽熱の1／10,000地球内部の発熱→マントル対流→プレート運動→地表付近でマントル溶融／マグマ発生→揮発性成分(CO2など)の脱ガス→物質循環【火山活動は地球が生きている証】黙源である放射性物質は地球質量に比例／冷却は地球表面全体→大きな球体ほど冷却までの寿命が長い。 【地球はまだ数十億年は火山活動】太陽光度増大の影響の方が先出典:大気の進化46億年、田近英一, 2011 70
20億年前の天然原子炉が廃棄物処分の超長期データを提供する放射性廃棄物は自然の能力を確認し、地球に委ねるのが適切ではないか？ウラン鉱床のウランは太古の火成岩に広く分布35億年前に大気中に酸素が生成→ウランは酸化し可溶性の6価ウランで水に溶け下流へ移動→河口デルタで有機物触れ還元不溶性となり沈殿→ウラン鉱床を形成草が下がりシリカが再務局図１－１７オクロ鉱山の天然原子炉跡(揚供：北田磐志氏)出典:原子力,藤家洋一, 2005
質量範囲[太陽質量]主系列星の寿命 質量の2〜3乗に反比例太陽誕生後明るさを増す→赤色巨星→脈動変光星(膨張と収縮を繰り返す→外層からガス放出) →白色矮星(核融合でできたヘリウム,放素,酸素) 冷却／暗くなる 寿命 約100億年72出典:大気の進化46億年,田近英一, 2011 1.4生物／人間は地球環境を変えられるか地球環境は生物が大幅に変えた微感星衝突→エネルギー蓄積原始大気H2O, CO2(温室効果)マグマオーシャン形成鉄がマグマオーシャンの底に沈み成層化原始海洋はまだ誕生していない巨大隕石の揮発成分が蒸発→原始大気原始海洋が誕生真核生物の出現出典:丸山・磯崎, 生命と地球の歴史,  1998
Gt CO 2 =10億トンCO 2 Gt CO, 2010
2050今あるネットゼロ誓約を達成すれば、12050年には世界でCO。排出量が220億トンまで減少する。現在の政策と比べれば大幅な削減となるが、ネットゼロエミッションにはほど遠い。長期的なネットゼロ誓約を実現するためには、具体的な政策と計画が重要STEPS実施されている、または政府発表政策のみを考慮したシナリオ。 APC特定政策で下支えされているかどうかに係わらず、完全かつ期限内の達成を想定。 2100年までに約2.1℃の気温上昇(50%の確率)。 NZE 2050年ネットゼロを達成するために必要なシナリオ。気温上昇1.5℃。見通しではない。 【出典】NET Zero by 2050  :  A Roadmap for the Global Energy Sector, IEA2021.5 (原産翻訳) 74
【出典】読売新聞2021.6.20 英石油大手BPエネルギー予測2020年版
CN実現のためには、原則、原子力、再エネ、CO2回収・貯留の3つで構成することが必要。海外の再エネ、CCS活用手段として、水素などの利用も重要。【秋元氏の案】
発電コスト予測:既存炉の運転期間延長に大きな経済性原子力は現在の建設プロジェクトの経験を生かして、近い将来、発電コストの低下が見込まれ、2025年には給電可能な低炭素電源となる。また原子力発電所の長期運転（LTO）が、全ての低炭素電源のなかで最小コストのオプションである、と結論JAIF © JAPAN ATOMIC INDUSTRIAL FORUM, INC.均等化発電コスト(技術別)
�電力大手の石炭火力設備に　【出典】読売新聞2021.6.20おける非効率型の割合。中国電、九電、Jパワーが多い。関電はゼロJERAは、20%程度で中位置
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ニアの燃料活用を目指す（三菱商事提供）三菱商事が出資するインドネシアの工場。アンモニアの生産過程で排出するCO2を地中に貯留する計画読売新聞2021.4.7 CO5の地中貯留に取り組む英企業に出資テアの発電燃料ての供給に向け
7年産の田内
商社の新たな動きは、発電用・船舶用のアンモニア燃料、生産過程から排出するCO2地中貯留、石炭権益からの撤退79
日欧の送電網の比較日本は国土が網長く送電網は直線状で｢串型系統｣と呼ばれ、地域ごとの独立性が比較的高い。欧州は「メッシュ型」の送電網となっており、欧州全体で一つの送電網を形成。このため、欧州は迂回路が多く、混雑し離い一方、日本はポトルネックとなる所で混雑し易く、電力の特性上1ヵ所の混雑が全体に影響。
日本の電力系統の特徴
2種類(50.60Hz)の周波数。エリア間の連承は1点が多く、連承送電線容量が小さい。
出典:系統制約の緩和に向けた対応,箕面エネルギー庁, 2018.1.24
(出所) JST科学技術未来戦略ワークショップ「再生可能エネルギーの輸送・貯蔵・利用に向けたエネルギーキャリアの基盤技術」報告書(平成24年7月28日)に収載されている（財）エネルギー総合工学研究所村田氏講演資料) (主な前提) ・供給生成水素量：70億Nm³/年、金利：4%、海上輸送距離：2万km
は正の開発状況
●  IHI, トヨタエナジーソリューションズ、産総研、東北大（２）大型ガスタービン混焼発電技術（数百MW級） (アンモニアを水素に分解し、水素として燃焼し発電） ●三菱日立パワーシステムズ、三菱重工業発電分野への比較的早期の水素エネルギーの導入⇒ CO3排出の大幅削減
現在の開発状況(2017年1月10日プレス発表) (.3 )石炭混焼発電技術●  IHI,中国電力、中部電力、東北電力、関西電力、電中研NOx排出量をCO2排出量を環境基準値以下で燃焼することに成功20％削減することに成功
(※１)出典:環境省温室効果ガス排出量算定結果(※ 2 )出典：長期エネルギー需給見通し関連資料、H27.7資源エネルギー庁国全体：約3%削減電力部門：約7%削減(石炭の使用量から熱量等価で試算今後のERD年み既存石炭火力発電所の大幅な改造を行うことなくCOっ排出を大幅削減①燃焼シミュレーション技術の確立とそれを用いた大型化(既設発電所レベル)への適用②既設発電所での本格導入に向けた具体的設計と経済性･安定供給に向けた検討最大20%
水素添加により燃焼温度が上昇。水素混焼によるフラッシュバック発生リスク上昇を防ぐことを目的として、新たに開発した燃焼器の概要現在の大型GTは効率が良く、水や水蒸気の噴射を伴わずに低NOX化を実現可能な予混合燃焼方式が主流
旋回流(燃料混合に利用)を伴う燃焼におけるフラッシュバックは、旋回中心を火炎が遡上する“渦芯フラッシュバック”であり、水素混焼時において最も高リスクになる。モデルバーナによる潟芯フラッシュバックの様子Analysis of Combustion Induced Vortex Breakdown Driven Flame Flashback in a Premix Burner With Cylindrical Mixing Zone F. Kiesewetter, M. Konle and T. Sattelmayer J. Eng. Gas Turbines Power 129(4) (Apr 03, 2007)水素燃料を空気に対して同軸方向に噴射するタイプの予混合ノズル
日本製鉄カーボンニュートラルビジョン2050～ゼロカーボン・スチールへの挑戦～直接還元鉄の製造は、現状は天然ガス等を利用。水素還元製鉄は燃料を水素に代替。従来からの水素還元製鉄の製造プロセスに加え、電炉・熱間圧延までの一式を集約。水素製鉄法のイメージ酸素を除去して鉄の強度を高める還元工程で、石炭の代わりに水素を利用して鉄をつくる方法。水素は酸素と結びつくため、還元に使っても水となり、理論上はCO2が発生しない。技術が実用化されれば、CO2排出量の大幅削減の切り札になる可能性がある。酸化鉄である鉄鉱石から高炉を使い、2,000℃以上の環境下で酸素を取り除いて鉄を生産する。還元工程では現在、石炭を蒸し焼きにしたコークスを使用するのが主流だ。だが、コークスの炭素は酸素と結びつくことでCO2を大量に発生する。製鉄プロセスの上工程は全体のエネルギー消費の約8割を占めるとされ、国内では2000年代から日本製鉄などが研究を進めている。国内の製造業で排出するCO2のうち、4割超を鉄鋼業が占めており、水素還元の技術への期待は大きい。ただ、研究開発に膨大な費用が必要なことに加え、水素を使うことで熱を奪う「吸熱反応」が発生し、高炉内の温度が低下するといった技術的な壁もある。
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脱炭素化が難しい技術ではあるが、鉄は製造業のコメなので影響が大きい。原子力(高温ガス炉)による水素製造・水素還元製鉄の計画もある。
>高温ガス炉は、超高温（900℃以上）の核熱利用率1を特徴とし、原子力工ネルギーを高温熱源として利用可能。また、万一の事故により冷却材を失った場合でも、炉心の熱が原子炉外表面から自然に放熱・除去され、炉心溶融を起こさない優れた安全性（固有の安全性）を有する※１：日本の高温ガス炉技術は、世界最高の950℃を達成しており、他国に比べて優位な技術を保有>当社は水素製造に必要な熱源を供給する高温ガス炉を開発、大量かつ安定的な水素製造を実現し、鉄鋼業界*2をはじめとした産業界の脱炭素化に貢献※２：鉄鋼業界では、水素還元製鉄への転換を目指した取組みが進められており、その実現には大量の水素が必要当在用以来の高温ガス炉s水蒸製造•CO」を発生しない高温(900℃以上)熱源•水蒸気改筒法し将来的にも・CO,フリー水素製造技術水素還元製鉄・高知に投入するコークス(C)の一部を水素で代替、段階的に水素の添加割合を高め、CO,を低減・将来は100%水泰還元を目標https://www.nipponsteel.com/
エアバスは今後、数か月の間に、水素燃料電池と水素燃焼技術などを試験実証。約5年をかけ、水素技術を開発。2020年代後半までに本格的プロトタイプを完成。2035年までに水素航空機を量産。エアバスのゼロエミッション航空機現在の航空機は、鉄道などと比べ、多くのCO2を排出する。飛行機で1km移動するのに排出されるCO2は、乗客1人当たり96gとされ、鉄道(18g)の約5倍[国土交通省試算]全世界で排出されるCO2総排出量のうち、航空輸送での排出量は約1.7% [日本航空機開発協会調査]水素航空機は液体水素を燃料としCO2を排出しない。水素ガスタービン技術には発電用の技術が活用でき、類似技術で開発を加速できる。経産省は専用エンジンと液水貯蔵タンクの開発に補助金で後押し