カーボンニュートラル化の手段として、アンモニア燃料を工場に導入する検討

アンモニアの燃料利用を工場に導入することでカーボンニュートラル化を志向したい、先進的に導入したいと考えるている企業は少なくありません。
そこで、該当する技術や支援制度を通じて、導入検討の一助としてもらえればと思い、以下にまとめます。

1.背景と技術

アンモニアは、炭素排出量の削減に役立つ、燃焼システムにおける化石燃料の実行可能な代替品として浮上しています。これは空気と水から生成でき、持続可能なエネルギーがそのプロセスに動力を供給すると、得られる低炭素生成物は「グリーンアンモニア」と呼ばれています。アンモニアは、燃焼時のCO2排出がゼロであるため、カーボンニュートラル燃料の可能性として注目を集めています。ハーバー・ボッシュプロセスを通じて、風力や太陽光等の再生可能エネルギー源を使用して生産できます。アンモニアを燃料として利用するには、ガスタービン、ガスエンジン、ボイラー等の既存の燃焼技術を改造して、その独特の燃焼特性に対応する必要があります。例えば、IHI社は、100%アンモニアを燃焼させるタイプのガスタービンを開発しました。

2.利点

アンモニアにはいくつかの利点があります。これは水素キャリアとして機能するため、この再生可能燃料を長期保管し、既存の液化石油ガスタンカーで輸送することができます。エネルギー密度が高く、−33度で容易に液化し、燃料として、燃焼時には窒素と水蒸気のみが放出され、CO2を生成しません。体積あたりのエネルギー密度が高く、水素のほぼ2倍であり、よりスペース効率の高い貯蔵が可能になります。これは、持続可能な燃料の選択肢となる可能性があります。また、多くの産業プロセスで既にアンモニアが処理されているため、アンモニアの製造、保管、輸送のためのインフラストラクチャーが多くの地域に存在します。

3.欠点

アンモニアを燃料として使用すると、NOxの排出や火炎速度の遅さ等の課題に直面します。これは、スモッグや酸性雨の形成に寄与する汚染物質の一種である窒素酸化物の大量排出につながる可能性があります。また、漏洩アンモニアが環境中に直接漏洩し、大気汚染物質を形成し、地球規模の窒素循環を乱すことで水質に影響を与え、生態系にストレスを与える可能性もあります。アンモニアは有毒であり、安全を確保するために慎重な取り扱い、保管、輸送が必要です。アンモニアの燃焼は窒素酸化物(NOx)の排出量の増加につながる可能性を持つ燃焼特性なので、追加の排出規制措置が必要になる場合があります。既存の燃焼システムをアンモニアを利用するように変換するには大幅な変更が必要となり、効率と性能に影響を与える可能性があります。

4.将来の可能性

アンモニアは、改造されたエンジンと新しいエンジンの両方で、将来の持続可能な燃料として重要な役割を果たす優れた可能性を持っています。目標は、このソリューションを2030年までに商業化することです。アンモニアは、将来の国際海運にとって理想的なゼロカーボン燃料であると既に広く考えられており、市場は2025年までに1,500億ドル以上の価値があると予測されています。技術的には、燃焼プロセスを最適化し、アンモニアを燃料として利用するためのより効率的でコスト効率の高い技術を開発するための研究が進行中です。また触媒技術と燃焼工学の進歩により、課題が軽減され、カーボンニュートラルな燃料の選択肢としてのアンモニアの実現可能性が向上する可能性があります。

5.社会貢献

アンモニアは、2050年までにカーボンニュートラルを達成するという日本の国家戦略において重要な要素として浮上しています。アンモニアは、再生可能資源によって供給される電力の変動を平準化するのに役立ち、世界の食料と電力の両方に使用できる持続可能なアンモニアを生成します。アンモニアをカーボンニュートラル燃料として利用すると、温室効果ガス排出量の削減に貢献し、それによって気候変動の影響を軽減することができます。また、アンモニア生成のための再生可能エネルギー源の利用を促進し、持続可能性を促進し、化石燃料への依存を減らすこともできます。

6.サポート体制

IHI社は、ゼロカーボン発電への段階的移行を目指し、天然ガスの代わりに液体アンモニアを燃焼させるガスタービンを開発しました。同社の2,000キロワット級IM270アンモニア焚きタービンは、開発当時の業界初の技術でした。米国に本拠を置く大手ガスタービン製造業者及び供給業者との契約に基づき、同国の大型ガスタービンで100%アンモニアを燃焼できるようにするガスタービン技術も開発される予定です。
支援制度に関しては、政府や団体がアンモニア利用等のカーボンニュートラル技術に重点を置いた研究開発プロジェクトに奨励金、補助金、資金提供を行う場合があります。さらに、代替燃料の採用を支援し、排出削減努力を奨励するために規制の枠組みが進化する可能性があります。

7.まとめ

小型ガスタービン、ガスエンジン、PKボイラーでのアンモニア使用の妥当性小型ガスタービン、ガスエンジン、PKボイラーでの燃料としてのアンモニアの使用は、工場でカーボンニュートラルを達成するための有効なアプローチと考えられます。アンモニア燃料は、CO2を排出することなく内燃エンジンで直接燃焼できます。しかし、グリーンアンモニアの大規模な工業生産を検討できるようになるには、更なる研究開発活動が必要です。
技術的進化と平行して、安全性、効率、環境への影響等を考慮することが不可欠です。パイロットプロジェクトと実現可能性調査は、特定の産業環境でそのようなシステムを実装する実用性と実行可能性を評価するのに役立ちます。工場でのカーボンニュートラルを達成するための代替技術工場でカーボンニュートラルを達成するための代替技術が他にもあります。これらには、エネルギー効率の改善、エネルギー需要に応じた電力購入契約の締結、炭素に対する内部価格の導入、または直接削減できない排出量のオフセットへの投資が含まれます。その他の技術には、鉄鋼分野の脱炭素化、ヒートポンプ技術、物流のスマート化、省電力機能を備えたデータセンター等もありますので、上記技術と合わせて検討することをおすすめします。