アンモニア・主役に名乗り!アンモニアは水素と窒素で!燃える上にCO2が出ない!石炭をアンモニアにすれば、CO2が減!

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アンモニアの輸入は既存の運搬船などが活用できる!


アンモニア・主役に名乗り!アンモニアは水素と窒素で!燃える上にCO2が出ない!石炭をアンモニアにすれば、CO2が減!

 

2050年までに温暖化ガス排出の実質ゼロを目指す日本の切り札として、アンモニアへの注目が高まっている。

燃やしても二酸化炭素=CO2 を出さず、既にある輸送手段や貯蔵施設を支えるなどメリットも多い。

化石燃料に変わる「夢の燃料」を巡っては、水素への期待が先行するが、

日陰の存在だったアンモニアが「現実解」として主役の座に躍り出ようとしている。

「関連企業を紹介してくれないか」。

インド国営の電力会社は4月、日本に本拠を置く業界団体、クリーン燃料アンモニア協会にこう問い合わせた。

インドでは発電の7割超=16~17年 をCO2の排出量の多い石炭火力が占める。

対策を迫られるなか、目をつけたのがアンモニアだった。

アンモニアは水素と窒素でできている。

燃える上にCO2が出ない。

石炭の一部をアンモニアに置き換えれば、それだけCO2を減らせる計算だ。

次世代の燃料になる潜在力がありながら水素の影に隠れがちだったのは

「窒素を含むので燃やすと大気汚染の物質の窒素酸化物が出る」との懸念があったためだ。

現在は大半が肥料の利用にとどまる。

にわかに注目を集めるきっかけとなったのが、温暖化ガス排出ゼロの動きだ。

エネルギー政策に詳しい橘川=きつかわ 武郎・国際大学教授は

「アンモニアは脱酸素を実現する切り札になり得る」と評価する。

当初は水素の運搬役としての使い道が期待されていたが、燃料としての使いやすさが目に留まった。

常温常圧では気体で、セ氏マイナス33度で液化する。

セ氏マイナス235度で管理する液体水素に比べ、はるかに運びやすい。

コストも安い。産業相の資産では、アンモニアだけの「専焼」の

発電コストは1kw時23.5円=18年時点 で、同97.3円=20年時点の水素を下回る。

技術開発で先駆するのは日本製だ。

東京電力ホールディングスと中部電力が折半出資するJERAは

24年度に碧南火力発電所=愛知県 で石炭にアンモニアを20%混ぜた試験をする。

アンモニアを効率よく燃やす条件を探り、40年代には専焼の実現を目指す。

日本石炭火力アンモニア専焼に代えると約2億トンのCO2削減できるとの分析もある。

電力部門から出るCO2の半分に当たる量だ。

大気汚染物質の発生を抑えるめどもついた。

中国やインド、東南アジアでは経済成長に伴う電力需要の伸びを再生可能エネルギーだけでまかなえない。

JERAには「中国もアンモニアに関心を寄せているようだ」との情報も飛び込む。

JERAがアンモニア混焼を実証する碧南火力発電所!

JERAの尾崎亮一=りょういち 技術経営戦略ユニット長は「将来は日本の技術を輸出できる」と話す。

それでもなお「水素と主役を交代」と言い切れないのは供給の不安があるからだ。

アンモニアは「ハーバード・ボッシュ法」という20世紀初めに開発した高温高圧の方法で今でも作る。

生産設備が限られ、急に流通を増やせない。

19年の生産量は約2億トン。貿易量はその1割程度と少ない。

9割は各国で合成繊維や化学肥料の原料に回る。

海外からの調達を増やすだけでなく、国内の生産量をどう増やすか。

鍵を握る実験が秋田県大潟村で始まった。

計画では、干拓の排水設備を動かす太陽光や風力発電による電気分解で

水素を作り、空気中の窒素と低温低圧で反応させてアンモニアに変える。

計画作成を担う東京工業大学が開発した触媒を使い、エネルギーの消費を

抑えつつ、長さ約12mのコンテナに収まる小さな設備でもつくれるようにする。

22年以降に試験製造に入る予定だ。

「余ったアンモニアは発電用に村内で燃やしたり、他の地域向けに売ったりすることも検討する」同大 

と言い、国内生産モデルになる可能性もある。

経済省が公表した30年度の電源構成では水素とアンモニアで1%を賄う。

発電量は90億kw時で、大型の石炭火力発電所約7基分の燃料にアンモニア20%を混ぜる計算だ。

民間企業や経済省による官民協議は、日本主導で

50年に世界で1億トン規模のアンモニア供給網構築を目指している。  

杉原淳一、三隅勇気 日経新聞。

 

 

東工大では低温低圧でアンモニアを作る触媒の研究が進む!


キーワード・グリーン成長戦略!火力発電対策を強化!

 

政府は2020年末に取りまとめた「グリーン成長戦略」の中で、二酸化炭素=CO2 の

排出量が多い火力発電所に使用するアンモニア燃料の可能性について取り上げた。

重点分野の一つに定め、50年時点の電源構成では、水素・アンモニアで1割程度を賄う見通しとした。

アンモニアの生産拡大に向け、製造プラントの新設や港湾整備などに取り組む方針を打ち出している。

また、石炭に比べて燃焼時の火炎温度が低いため、アンモニアだけを

燃やす専焼化を目指して発電に必要な熱量を確保する技術開発の必要性にも言及している。

 

ではこれらに関する研究をします。

 

 

アンモニアを燃やすことの愚かしさが、なぜ分からないのか? — 松田 智!


アンモニアを燃やすことの愚かしさが、なぜ分からないのか? — 松田 智!水素を燃やすのが勿体ないならば、その水素を原料に大量のエネルギーを使って合成するアンモニアを燃やすのは更に勿体ない、ほとんど狂気の沙汰である!

 

[アンモニアを燃やすことの愚かしさが、なぜ分からないのか? — 松田 智]    

元静岡大学工学部化学バイオ工学科 松田 智

これまで筆者は日本の水素政策を散々こき下ろし、そのついでに

「水素を燃やすのが勿体ないならば、その水素を原料に大量のエネルギーを使って合成する

アンモニアを燃やすのは更に勿体ない、ほとんど狂気の沙汰である」と一刀両断してきた。

これで、誰もが納得すると思っていた。

しかし現実はそうではなかった。

「そんなバカな?」と我が目を疑うようなニュースが次々と飛び込んでくる。

「脱炭素社会でも欠かせない火力発電「水素・アンモニア」の役割高まる」

「アンモニア発電の実証開始 JERA、脱炭素へ混焼(石炭火力にアンモニア2割混焼)」

「日本郵船、アンモニア製造に出資」

「アンモニアの船舶燃料利用へ/伊藤忠など、23社参画し協議会」

「経産省、火力発電のアンモニア専焼化を支援」

「脱炭素へアンモニア燃料 肥料大手、再生エネで発電用に」

「国交省が水素、アンモニア船を推進/350億円を投入し」

「水素エネルギーの本質は多様性 そしてなぜ、アンモニアが重要か」

「脱炭素、アンモニアが主役に名乗り 期待の水素に先行」

とまあ、飽きもせず続く。

こんな記事を読み続けていたら「アンモニア燃料って結構良いんじゃないの?」

と思う人々が出てきても何ら不思議はない。

これらの記事は、水素礼賛記事と同様、水素・アンモニアが抱えている問題を何ら直視せず、

ひたすら「脱炭素に役立つ」ことのみを強調しているからだ。

しかし実際は違う。簡単に言うと、アンモニアを燃料として

使うことの問題点は、大きく見て2つある

1)エネルギー的に大損(コスト的にも不利)

2)CO2は出ない代わり窒素酸化物(NOx)が出る

この2つは、どちらも致命的な欠陥だと言える。

まず、エネルギー的観点。水素を議論した際、天然ガス中のメタンを

水蒸気改質して造ったら、元のエネルギーが約半分に減る上に、燃やすのと

同量のCO2が出る、水の電気分解で水素を造ると、水素の生産・消費の

過程で元の電力が6割以上減るとの理由で、水素製造は

エネルギー的損失が大きいと述べた(当然、コストも上がる)。

アンモニアは、その水素を原料として合成する。

どんなに工夫しても、エネルギー損失がさらに大きくなり、

コスト的にも原料水素より製品アンモニアが安いと言うことは絶対にあり得ない。

水素が高くて困っているなら、それより高いアンモニアがさらに困ることは自明である。

現在の人工的窒素固定は、主に「ハーバー・ボッシュ法」という合成プロセスで行われている。

このプロセスには数種類あるが、中圧法で200~350気圧、500℃(反応器出口NH3濃度10~16%)

高圧法で600~1000気圧、500~650℃(反応器出口NH3濃度20~25%)と言う、

大変な高温・高圧プロセスである。原料ガス(H2とN2)の圧縮・昇温にも大きなエネルギーが要る。

こんな高温高圧でも反応率は低く、反応器出口の製品濃度が低いため、反応器を出たガスは分離器にかけられ

製品アンモニアだけ液化して除き、液化しない原料ガスをリサイクルする方式を採っている。

まさに洗練の極み、現代化学工業の花形と言える。

むろん、こうしたプラント建設には巨大な費用がかかる。

この方法で合成されたアンモニアは、主に窒素肥料の原料として使われている。

現在、世界中でハーバー・ボッシュ法に代わる低温・低圧での合成プロセスが

盛んに研究されており、特に東大の研究や東工大の研究成果は注目を集めている。

今後研究開発の進展により、アンモニア合成プロセスの大幅な省エネ化が実現する可能性がある。

しかしそれは、食料生産への貢献と見るべきであって、燃料生産のためではない。

なぜなら、上述したように、たとえ省エネ的に合成されたアンモニアでも

原料水素より決して安くはならないから、高価な水素燃料よりさらに高価な燃料になるからだ。

また、水素なら燃料電池に使って効率的発電に使えるが、アンモニアにすると、もはや燃やすしかない。

アンモニアは燃えにくいので、一部元の水素に分解して燃やす場合もあるとか。

苦労して合成し、今度は燃えにくいからと(部分)分解する・・。

やっていて虚しくならないのだろうか?

さらに、アンモニアを燃やすことは 2)環境への悪影響に直結する。

アンモニアを燃やしたら、厄介な窒素酸化物(NOx)が発生する。

NOxは酸性雨・オゾン層破壊・光化学スモッグ・PM2.5などの原因物質であり

(N2Oは温室効果ガスでもある)、大気汚染物質の中で最も被害の影響範囲が大きく、

かつ処理の難しい物質である(NOx自体は直接的な温室効果を持たないが、

各種化学反応によって温室効果ガスを生成するので間接的温室効果ガスと呼ばれる)。

NOxは、CO2などよりはるかに微量・低濃度で環境に悪影響を及ぼす。

CO2を出さない代わりにNOxを出す方がマシ・・?

これほどの本末転倒があるだろうか?

大気汚染関連の技術者・研究者が聞いたら、ビックリして腰を抜かすような話である。

ちなみに、ゴミ焼却施設や火力発電所のNOx排出抑制には、アンモニアが使われている(脱硝設備)。

酸性雨原因物質のうち、硫黄化合物(SOx)は石灰等のアルカリ性物質と

接触させることで比較的容易に除去できるが、NOxは吸収・吸着ではなかなか

取れないので、アンモニアと触媒を使って化学反応させて除去するのである

(尿素水を吹き込む例もあるが、尿素は熱分解してアンモニアになるので、原理的には同じ)。

空中窒素と水素から合成したアンモニアを燃やしたら窒素酸化物(NOx)が生じ、

それを処理するために空中窒素からまたアンモニアを造りそれを消費する。

その処理過程で窒素(N2)は大気に戻り、正味で消費されるのは水素のみである。

何と皮肉な巡り合わせであることか。脱炭素を進めるためには、こうした矛盾・逆説にも目をつぶるのであろうか・・?

地球環境における窒素循環の観点で言えば、現在すでに人工的窒素固定量は、

自然界での生物的窒素固定量に匹敵するほどになっており、水環境や土壌における

窒素量の増加が、富栄養化その他の環境問題を引き起こしていることを見過ごすべきでない(参照)。

炭素循環では、人類の寄与は自然界の5%程度でまだ小さいが、窒素循環ではすでに人類の寄与が無視できない(70~100%)。

食料生産の必要から、窒素肥料の生産は続けざるを得ないが、むやみやたらに窒素固定すれば良いと言うものではない。

窒素循環の問題は、実は人類にとって炭素循環以上に切実・深刻であることを、認識していただきたい。

アンモニアへの期待は、水素より安全性が高く取扱いが楽であることから来たものだろう。

何しろ水素は、気体なら爆発しやすく漏れやすく、金属を脆くする性質があり、

液体にするには多くのエネルギーを要し、液体水素は超低温なので保存にも苦労する。

だからこそ、アンモニアやメタン化(メタネーション)、あるいは

炭化水素燃料化(欧州でのe-Fuel等)など、水素以外の化学形態が模索されている。

しかしそれらはいずれも、どんなに工夫しても、水素製造の他にさらにエキストラの

エネルギー消費を伴うのであり、エネルギー的には損失、コスト的には上昇と言う

運命を避けられない。すなわち、進んでも進んでも泥沼の道しか残されていない。

出発点の水素ですら種々の困難に直面しているのに、その水素を原料として別の燃料や

化学形態を合成しても、その困難は決してなくならず、却って損を重ねるだけである。

経産省や国交省の優秀なお役人なら、当然そんな事情は先刻御承知のはず。

しかし「上」からの指令で動かざるを得ない(「上」が愚かだと「下」はいつも苦労する)。

一方、今は補助金に尻尾を振っている商社その他も、金の切れ目は

縁の切れ目と割り切ってお付き合いしているのだろう。

いつまで、こんな茶番を続けるつもりなのだろうか?     

松田 智

2020年3月まで静岡大学工学部勤務、同月定年退官。

専門は化学環境工学。

主な研究分野は、応用微生物工学(生ゴミ処理など)、バイオマスなど再生可能エネルギー利用関連。    

アゴラ より。

 

 

アンモニアが“燃料”になる?!次世代エネルギーとしての大きな可能性が秘められているのです!


[アンモニアが“燃料”になる?!「肥料」や「化学製品の基礎材料」として利用されるアンモニア!

 

[アンモニアが“燃料”になる?!(前編)~身近だけど実は知らないアンモニアの利用先]    

「アンモニア」といえば、思い浮かぶのは「刺激臭のある有毒物質」というイメージでしょう。

昔から畑の肥料として利用されてきたことを思い浮かべる人も多いかもしれません。

しかし、実はアンモニアには、肥料にとどまらない、次世代エネルギーとしての大きな可能性が秘められているのです。

燃料としての可能性にも注目が集まるアンモニアについて、前・後編に分けてご紹介しましょう。

まずは、あまり知られていないアンモニアの基礎知識を見ていきましょう。

[「肥料」や「化学製品の基礎材料」として利用されるアンモニア]    

アンモニアは常温常圧では無色透明の気体です。

みなさんも知っている通り、特有の強い刺激臭があって、毒性があるために「劇物」に指定されています。

アンモニアの分子式は「NH3」で、水素(H)と窒素(N)で構成されています。

このアンモニア、昔から肥料として利用されてきたことは知っている人も多いかと思います。

今も、化学的に合成されたアンモニアの大半が、肥料の原料として使用されています。

また、アンモニアは、火力発電所が排出する煤(スス)に含まれる、

大気汚染物質「窒素酸化物(NOx)」の対策にも利用されています。

NOxにアンモニアを結びつけることで化学反応を起こし、

窒素(N2)と水(H2O)に還元する「還元剤」として利用するのです。

さらに、アンモニアは化学製品の基礎材料としても利用されています。

世界全体でのアンモニアの用途は、その約8割が肥料として消費されていますが、

残りの2割は工業用で、メラミン樹脂や合成繊維のナイロンなどの原料となります。

世界の人口は現在も増え続けているため、食料確保の必要性から考えても、

農産物の肥料として利用されるアンモニアの重要性は今後も変わらないだろうと考えられます。

こうしたニーズのため、世界各地の化学工場でアンモニアが生産されています。

アンモニアを合成するためには水素が必要となりますが、

この水素は主に天然ガスを中心とした化石燃料由来のものが使われています。

ただ、最近では、太陽光など再生可能エネルギー(再エネ)由来の

電気を使い、水を電気分解してつくる水素の検討も始まっています。

このように、アンモニアはすでにさまざまな用途で利用されており、その中で、安全に運搬する技術が確立されました。

陸上ではパイプラインやタンクローリーで運ばれ、海上輸送にはタンカーが用いられます。

安全性に対するガイドラインも整備されています。

アンモニアは、私たちが想像する以上にいろいろなところで生活を支えている物質なのです。

[世界のアンモニア需給状況]    

世界全体のアンモニア生産量は、2019年で約2億トンです。

生産国は上位から中国、ロシア、米国、インドが並び、この4ヵ国で世界生産の半分以上を占めています。

これらは、アンモニア生産に欠かせない化石燃料を資源として持つ国々です。

一方で輸出入に目を移してみると、世界全体のアンモニア輸出入量は

2018年で約2000万トンと、生産量の1割ほどしかありません。

つまり、生産国でつくられたアンモニアの9割は、輸出されず自国内で消費されているということです。

前述したように、アンモニアの主な用途は肥料ですが、生産の上位国は

また多くの人口を持つ農業大国でもありますから、農業用の肥料としてアンモニアを自家消費していると考えられます。

輸出第1位はトリニダード・トバゴで、ロシア、サウジアラビアと続きます。

この3カ国で、世界の輸出量の約半数を占めています。一方、輸入量で第1位となっているのは

米国で、トリニダード・トバゴの最大の輸出先でもあります。

第2位はインド、それからモロッコ、韓国、中国と続き、この4カ国で世界の輸入量の約半数を占めています。

日本のアンモニア消費量は2019年で約108万トン。

このうち約8割を国内生産、約2割をインドネシアとマレーシアからの輸入でまかなっています。

 

 

そんなアンモニアについて新しい用途として注目されているのが、エネルギー分野での活用!

アンモニアに期待される、CO2削減に役立つ「燃料」としての役割!そんなアンモニアについて新しい用途として注目されているのが、エネルギー分野での活用!

 

[アンモニアに期待される、CO2削減に役立つ「燃料」としての役割]    

そんなアンモニアについて新しい用途として注目されているのが、エネルギー分野での活用です。

エネルギー分野でアンモニアが注目される理由のひとつは、次世代エネルギーである

水素の「キャリア」、つまり輸送媒体として役立つ可能性があるためです。

前述した通り、アンモニアは水素分子を含む物質です。

そこで、大量輸送が難しい水素を、輸送技術の確立しているアンモニアのかたちに

変換して輸送し、利用する場所で水素に戻すという手法が研究されています。

加えて、近年では、燃料としての利用も研究されはじめました。

アンモニアは燃焼してもCO2を排出しない「カーボンフリー」の物質です。

将来的には、アンモニアだけをエネルギー源とした発電を視野に入れた技術開発が

進められていますが、石炭火力発電に混ぜて燃やす(混焼)ことでも、CO2の排出量を抑えることが可能です。

前述した通り、アンモニアはすでに生産・運搬・貯蔵などの

技術が確立しており、安全性への対策やガイドラインが整備されています。

さらに、サプライチェーンが確立されていることから、初期投資をあまりかけずに

エネルギーに転用することができるとも考えられています。

このように、早期の実用化が見込まれることは、次世代エネルギーとして大きな利点です。

現在、石炭火力にアンモニアを20%混焼する実証実験が進められています。

もし仮に国内の大手電力会社が保有するすべての石炭火力発電所で

20%混焼をおこなえば、CO2排出削減量は約4000万トンになります。

さらに今後は、混焼率を向上させる技術を確立させていくとともに、

アンモニアだけを燃料として使用する「専焼」も将来的に始まる見通しとなっています。

もし、こうした石炭火力がすべてアンモニア専焼の発電所に

リプレースされれば、CO2排出削減量は約2億トンになると試算されています。

燃料アンモニアの導入には、大きなインパクトがあるのです。

こうした火力発電所への燃料アンモニアの利用については、政府だけが動いているわけではありません。

国内最大の火力発電事業者であるJERAは、10月に発表した2050年における

ゼロエミッションへの挑戦「JERAゼロエミッション2050」のロードマップ

の中で、燃料アンモニアの火力発電への混焼、専焼へのリプレースを明記しています。

一方で、アンモニアを燃料として活用するには課題もあります。

それは、アンモニアの安定的な量の確保です。

国内すべての石炭火力で20%混焼をおこなうには、約2000万トンの

アンモニアが必要となりますが、これは現在の世界のアンモニア輸出入量とほぼ同じ量です。

これから混焼をおこなう石炭火力発電が増えたり、混焼率が高まったり、

専焼が始まったりすることによって、発電分野でのアンモニア利用が増えると、

現在の世界の生産量では足りなくなることが見込まれます。

供給が不足すれば価格が高騰し、肥料の市場にも

影響をあたえることになるため、対策が必要となります。

後編では、将来に向けて期待される燃料としての

アンモニア利用について、その方法や課題への対策などをお伝えします。    

資源エネルギー庁 より。

 

 

2050年までに温暖化ガス排出ゼロを目指す日本の切り札だ!

2050年までに温暖化ガス排出ゼロを目指す日本の切り札だ!アンモニアへの期待が高まっている!!!

 

今日のまとめ。  

アンモニア 主役に名乗り!

アンモニアは水素と窒素でできている。燃える上にCO2が出ない!

石炭の一部をアンモニアに置き換えれば、それだけCO2を減らせる計算だ! 

窒素を含むので燃やすと大気汚染の物質の窒素酸化物が出る」との懸念があったためだ! 

それでもなお「水素と主役を交代」と言い切れないのは供給の不安があるからだ。

アンモニアは「ハーバード・ボッシュ法」という20世紀初めに開発した高温高圧の方法で今でも作る。

生産設備が限られ、急に流通を増やせない! 

「余ったアンモニアは発電用に村内で燃やしたり、他の地域向けに売ったりすることも検討する」! 

民間企業や経済省による官民協議は、日本主導で50年に世界で1億トン規模のアンモニア供給網構築を目指している!

キーワード・グリーン成長戦略!火力発電対策を強化! 

アンモニア、主役に名乗り――脱炭素、夢の燃料「水素」に先行!

 “2050年までに温暖化ガス排出の実質ゼロを目指す日本の切り札として、アンモニアへの注目が高まっている! 

アンモニアを燃やすことの愚かしさが、なぜ分からないのか? — 松田 智!

水素を燃やすのが勿体ないならば、その水素を原料に大量のエネルギーを

使って合成するアンモニアを燃やすのは更に勿体ない、ほとんど狂気の沙汰である! 

[アンモニアが“燃料”になる?!「肥料」や「化学製品の基礎材料」として利用されるアンモニア! 

ンモニアに期待される、CO2削減に役立つ「燃料」としての役割!

そんなアンモニアについて新しい用途として注目されているのが、エネルギー分野での活用!

今日はアンモニアがCO2を出さない主役として記述してきました! 

2050年までに温暖化ガス排出ゼロを目指す日本の切り札だ! 

アンモニアへの期待が高まっている! 

静岡大学の松田さんは、水素を燃やすのが勿体ないならば、その水素を原料に

大量のエネルギーを使って合成するアンモニアを燃やすのは

更に勿体ない、ほとんど狂気の沙汰である! 

と切り捨てる! 

果たして今後どうなるのか見守って行かなければならない!

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ABOUTこの記事をかいた人

私はかなり高齢な建築家です。出身は伊豆の湯ヶ島で多くの自然に触れて育ちました。少年時代の思い出も記事になっています。趣味が多くカテゴリーは多義に渡ります。今は鮎の友釣りにハマっています。自然が好きで自然の中に居るのが、見るのが好きです。ですので樹木は特に好きで、樹木の話が多く出てきます。 電子書籍作りも勉強して、何とか発売できるまでになりました。残り少ない人生をどう生きるかが、大事です。