電力・発電・原子力スレ - 1081280165

1：とはずがたり：2004/04/07(水) 04:36: 原子力発電は根本的な欠陥を持つのではないかという疑念を晴らせないで居る。
太陽光・風力など自然エネルギー活用型社会への移行を目指すスレ

http://www.fepc.or.jp/index-f.html
電気事業連合会
http://www.fepc.or.jp/menu/link.html
同会リンク

http://eneken.ieej.or.jp/index.html
日本エネルギー経済研究所
2955：とはずがたり：2015/07/11(土) 16:38:54: 2015年06月25日 11時00分更新
火力発電のCO2は減らせる、水素やバイオ燃料の製造も
http://www.itmedia.co.jp/smartjapan/articles/1506/25/news039.html

日本の電力の中心になる火力発電の最大の課題はCO2排出量の削減だ。発電効率の改善に加えて、CO2を回収・利用・貯蔵する「CCUS」の取り組みが進み始めた。2030年代にはCO2の回収コストが現在の3分の1に低減する一方、CO2から水素やバイオ燃料を製造する技術の実用化が見込める。
[石田雅也，スマートジャパン]

　世界をリードする日本の火力発電技術は2つの方向で進化を続けていく。1つは石炭火力とガス火力の発電効率を向上させて、燃料の使用量とCO2排出量の両方を削減する>>2952-2953。もう1つは発電に伴って生じるCO2を回収・利用・貯留する「CCUS：Carbon dioxide Capture, Utilization & Storage」の取り組みだ（図1）。

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図1　「CO2回収・利用・貯留（CCUS）」の全体像と主な取り組み。出典：資源エネルギー庁

　CCUSは火力発電設備の中でCO2を分離して回収するプロセスから始まる。現在は「化学吸収法」と「酸素燃焼法」の2種類が主流だが、コストが高いために実用化が難しい（図2）。CCUSを広く普及させるために、最初に解決しなくてはならない問題がCO2を分離・回収するコストの低減だ。

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図2　CO2分離・回収コストの見通し。出典：資源エネルギー庁

　化学吸収法は溶剤が化学反応を起こしてCO2を吸収する方法で、分離・回収の設備が必要になるためにコストが高くなってしまう。一方の酸素燃焼法はボイラーの中で高濃度の酸素を循環させてCO2を分離・回収しやすくする。化学吸収法と比べるとコストが4分の3程度で済む。

　2020年代になると「物理吸収法」の実用化が見込まれている。CO2を高圧の状態にしてから、物理的に溶剤の中に吸収する方法だ。化学吸収法と比べてCO2の吸収量が多くなって、1トンあたりの回収コストは2分の1程度に下がる。さらに2030年代には「膜分離法」と呼ぶ新しい技術によってコストが大幅に低下する見通しである（図3）。

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図3　CO2分離・回収技術の進化。出典：資源エネルギー庁

CO2と一緒に水素も回収できる

　分離・回収方法の本命とも言える膜分離法は、CO2を透過する性質の膜を使って回収する。次世代の石炭火力発電で主流になる「石炭ガス化複合発電（IGCC：Integrated coal Gasification Combined Cycle）」と組み合わせると、排出するガスの圧力を利用してCO2を透過させることができる（図4）。CO2の分離・回収に必要なエネルギーが少なくて済むためにコストが下がる。

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図4　膜分離法によるCO2回収方法（石炭ガス化複合発電設備に適用）。出典：NEDO

　同時に発生する水素を透過する膜の開発も進んでいて、回収した水素を使って燃料電池でも発電することが可能になる。NEDO（新エネルギー・産業技術総合開発機構）が主導する研究開発プロジェクトでは、CO2と水素の透過膜の性能を高めながら、実用化に向けて大型の膜を製造する技術の開発に取り組んでいく。
2956：とはずがたり：2015/07/11(土) 16:42:37: >>2955-2956
　その一方で世界の最先端を行く石炭ガス化複合発電（IGCC）の実証プロジェクトが広島県で始まっている。中国電力とJ-POWER（電源開発）が共同で建設中の「大崎クールジェン」である。プロジェクトは3段階に分かれていて、IGCC、CO2分離・回収、さらに燃料電池を組み合わせた「石炭ガス化燃料電池複合発電（IGFC：Integrated coal Gasification Fuel Cell combined cycle）」の実証設備を建設する計画だ（図5）。

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図5　「大崎クールジェン」の実証プラント設備の拡張計画。出典：J-POWER、大崎クールジェン

　第1段階のIGCCは2017年3月に試験運転を開始して、第2段階のCO2分離・回収設備を2019年度に稼働させる。CO2の分離・回収には物理回収法を採用して効果を実証する。第3段階のIGFCも2021年度に試験運転を開始できる見込みで、日本で初めて商用レベルのIGFCが稼働することになる。

人工光合成でバイオ燃料を作る

　火力発電所にCO2分離・回収設備を導入すれば、発生するCO2のうち90％以上を排出しないで回収できるようになる。回収したCO2は再利用できることが望ましく、そのための研究開発も始まっている。有効な利用方法の1つは太陽光とCO2で人工的に光合成を起こして、バイオ燃料や化学品の原料を製造することである。

　バイオ燃料の開発プロジェクトではIHIの取り組みが先行している。特殊な藻を人工光合成で培養して、藻に含まれる炭化水素を燃料に転換する方法だ（図6）。2015年度に入って鹿児島県に大規模な試験プラントを稼働させて実証を開始した。火力発電所や工場から排出するCO2を回収して、屋外の培養池で太陽光を当てながら藻を増殖させる。

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図6　人工光合成で藻類バイオ燃料を製造する流れ（左）、培養試験プラント（右）。出典：IHI

　このほかにNEDOを中心に2012年度から10年計画で実施する「人工光合成プロジェクト」がある。太陽光とCO2から化学品の原料を製造する技術の確立を目指している。太陽光で水を分解して水素を作った後に、水素とCO2を反応させて化学品の原料（低級オレフィン）を製造する試みだ（図7）。

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図7　人工光合成で化学品原料を製造するプロジェクト。出典：人工光合成化学プロセス技術研究組合

　それでも利用しきれないCO2が大量に残る。CO2を地下に貯留する実証プロジェクトが北海道で始まろうとしている。苫小牧市の沿岸部に試験設備を建設して、2016年度から5年間にわたってCO2の貯留試験を実施する計画だ。電力会社10社を含むエネルギー関連の有力企業が共同で設立した「日本CCS調査」が実証試験を担当する。

　このプロジェクトでは高濃度のCO2を排出する「ガス供給基地」に隣接して、「CO2分離・回収／圧入基地」を建設する（図8）。回収したCO2を圧縮してから、海底1000メートル以上の貯留層までパイプラインで送り込む。年間に10万トン以上のCO2を貯留しながら、貯留層の温度や圧力などを観測して環境に対する影響などを評価する予定だ。2020年度まで観測を続けて実用化につなげる。

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図8　「苫小牧大規模実証試験設備」のCO2回収・貯留方法。出典：日本CCS調査

　実用化の段階では年間に100万トンのCO2を貯留できるようにすることが目標になっている。ただし現在の石炭火力発電では100万kWクラスの大規模な設備になると、年間に500万トン程度のCO2を排出する。全量を回収して貯留することは現実的ではなく、発電効率の向上とCO2の有効利用が欠かせない。