世界初、再エネ由来の水素を用いて合成した「アンモニア」による発電に成功

2018年10月22日

一般社団法人エネルギー情報センター

新電力ネット運営事務局

世界初、再エネ由来の水素を用いて合成した「アンモニア」による発電に成功の写真

10月、日揮および産業技術総合研究所で構成されるグループは、共同で研究を進めていた「再エネによる水の電気分解で製造した水素を原料とするアンモニアの合成、および合成したアンモニアを燃料としたガスタービンによる発電」に世界で初めて成功したと発表しました。

内閣府SIPにより進められる水素エネルギーの開発

水素キャリア製造技術は、各地に偏在し変動する再エネを大量に導入するための重要技術です。触媒等を使って化学変換することで、再エネを利用して水素を製造します。水素は燃焼時に二酸化炭素(CO2)を排出しないこともあり、環境問題に資する技術として期待が高まっており、世界各地で研究が進められています。

日本においては、内閣府が2014年度から「戦略的イノベーション創造プログラム(SIP)」において、2030年までに日本が革新的で低炭素な水素エネルギー社会を実現し、水素関連産業で世界市場をリードすることを目指した「エネルギーキャリア」の研究を開始しています。

こうした中、内閣府SIPのもと、日揮および産業技術総合研究所で構成されるグループ(以下、研究グループ)は、共同で研究を進めていた「再エネによる水の電気分解で製造した水素を原料とするアンモニアの合成、および合成したアンモニアを燃料としたガスタービンによる発電」に世界で初めて成功したと発表しました(図1)。

アンモニア合成実証試験装置

図1 アンモニア合成実証試験装置 出典:日揮

ルテニウム触媒により低温・低圧下でアンモニア生成

水素エネルギーを本格的に活用していくためには、水素をアンモニアやメタン、液化水素、そして有機ハイドライド等のエネルギーキャリアに転換する必要があります。なかでも成分中に水素を多く含むアンモニアは、液化が容易で、アンモニアのまま直接燃焼させることが可能です。

加えて、燃焼時にCO2を排出しない特徴を持つだけでなく、肥料原料などにも広く利用されています。既にサプライチェーンが確立されていることから、アンモニアは水素のエネルギーキャリアとして優位性があると言えます。

現在、アンモニアの合成は、天然ガスを原料に、水蒸気と空気を用いて改質して得られる水素と窒素を高温・高圧の触媒反応でアンモニアに転換する「ハーバー・ボッシュ法」によって行われています。しかし、この方法では、天然ガスを改質して水素を製造する過程で大量のCO2を排出するため課題となっています。

この解決方法として、CO2排出の少ない再生可能エネルギーで水を電気分解して水素を製造する方法の開発が期待されています。しかし、この方法で製造される水素は低圧であるため、高温・高圧下でアンモニアを合成する「ハーバー・ボッシュ法」で使用するには、高圧化に伴うエネルギーが必要であることから、エネルギー効率が低下します。

これまで、「ハーバー・ボッシュ法」で使用されていた鉄系触媒では、約400~500℃かつ14~30MPa と、高温・高圧下での反応が求められていました。しかし、新たに開発されたルテニウム触媒は、約400℃かつ5MPaの低温・低圧下でのアンモニアの合成が可能です。また、ルテニウム触媒は、希土類酸化物を担体に用いることが特徴であり、すでに工業化されている炭素系担体を用いたルテニウム触媒にくらべて安定性に優れています。

この新たなルテニウム触媒は、2018年5月に日揮、産業技術総合研究所、沼津工業高等専門学校、および日揮触媒化成との共同で開発に成功しました。研究グループはこの触媒を用いて、福島県の産業技術総合研究所福島再生可能エネルギー研究所の敷地内で、実証試験(アンモニアの生産能力日量20kg)を開始しました。

本実証試験を通じて、新たに開発した触媒が低温・低圧で高い活性を有することが確認され、再エネ使用時に課題となる急な運転条件の変更によるアンモニア製造量の変動に対応できることが検証されました(図2)。

今回、研究グループは実証試験時に使用した高純度水素ガスボンベの代わりに、太陽光発電による水の電気分解を通じて製造した水素を用いたアンモニアの合成試験を行いました。そして、合成したアンモニアを燃料に、ガスタービンによる発電試験(発電量47kW)を実施しました。

研究チームによると、今回の再エネを活用した水素ならびにアンモニアの製造と、これを燃料とした発電は世界で初めての事例としています。製造から発電に至るまで、CO2を排出しないアンモニアを活用したエネルギーチェーンの確立に向け前進したとしています。

この続きを読むには会員登録(無料)が必要です。

無料会員になると閲覧することができる情報はこちらです
電力の補助金

補助金情報

再エネや省エネ、蓄電池に関する補助金情報を一覧できます

電力料金プラン

料金プラン(Excel含)

全国各地の料金プラン情報をExcelにてダウンロードできます

電力入札

入札情報

官公庁などが調達・売却する電力の入札情報を一覧できます

電力コラム

電力コラム

電力に関するコラムをすべて閲覧することができます

電力プレスリリース

プレスリリース掲載

電力・エネルギーに関するプレスリリースを掲載できます

電力資格

資格取得の支援

電験3種などの資格取得に関する経済支援制度を設けています

はてなブックマークGoogle+でシェア

執筆者情報

一般社団法人エネルギー情報センターの写真

一般社団法人エネルギー情報センター

新電力ネット運営事務局

EICは、①エネルギーに関する正しい情報を客観的にわかりやすく広くつたえること②ICTとエネルギーを融合させた新たなビジネスを創造すること、に関わる活動を通じて、安定したエネルギーの供給の一助になることを目的として設立された新電力ネットの運営団体。

企業・団体名 一般社団法人エネルギー情報センター
所在地 東京都新宿区新宿2丁目9−22 多摩川新宿ビル3F
電話番号 03-6411-0859
会社HP http://eic-jp.org/
サービス・メディア等 https://www.facebook.com/eicjp
https://twitter.com/EICNET

関連する記事はこちら

全国初、車両の振動で発電するシステム、駐車場に設置、竹中工務店など開発の写真

一般社団法人エネルギー情報センター

2019年06月26日

新電力ネット運営事務局

全国初、車両の振動で発電するシステム、駐車場に設置、竹中工務店など開発

竹中工務店は6月20日、セイリツ工業、湘南メタルテックと共同で全国初となる車両走行可能な振動発電ユニットを開発したと発表しました。道路埋込型の超省電力LED照明と組み合わせた車両誘導システムを、「サンエー浦添西海岸 PARCO CITY」に導入しています。

部屋全域へのワイヤレス充電を実証、コンセントフリー社会へ一歩前進、東大発表の写真

一般社団法人エネルギー情報センター

2019年06月18日

新電力ネット運営事務局

部屋全域へのワイヤレス充電を実証、コンセントフリー社会へ一歩前進、東大発表

東京大学は6月、マルチモード準静空洞共振器という送電器構造を考案・実装し、3m×3mの部屋全域へのワイヤレス充電ができることを実証したと発表しました。広範囲に数十ワット程度の電力を送信できることから、将来的に電池が切れない IoTシステムへの応用が期待されます。

使っても性能が劣化しない蓄電池、充電により自己修復、東大の研究グループが発見の写真

一般社団法人エネルギー情報センター

2019年05月20日

新電力ネット運営事務局

使っても性能が劣化しない蓄電池、充電により自己修復、東大の研究グループが発見

東京大学大学院工学系研究科の山田淳夫教授、大久保將史准教授、西村真一主任研究員らの研究グループは、電力を蓄えることにより構造を修復する「自己修復能力」を持つ電極材料を発見したと発表しました。

国産では初となる「らせん水車」が始動、日本工営が自社開発・製造の写真

一般社団法人エネルギー情報センター

2019年04月25日

新電力ネット運営事務局

国産では初となる「らせん水車」が始動、日本工営が自社開発・製造

国産では初となる商用の「らせん水車」が、岩手県一関市において4月10日に運転を開始しました。今回の「らせん水車(八幡沢発電所)」の開発・製造は日本工営が実施、同社は1946年の創業以来、多面的に国内外の水力発電事業に携わってきた歴史があります。

経産省などがドローン活用のガイドライン策定、電力業界への広まりとテラドローン社による取り組みの写真

一般社団法人エネルギー情報センター

2019年04月16日

新電力ネット運営事務局

経産省などがドローン活用のガイドライン策定、電力業界への広まりとテラドローン社による取り組み

2019年3月に公開されたドローン活用のガイドラインにより、ドローンを安全に活用するための指標や方法が提示されました。そのため今後は、より本格的なドローン活用が進んでいくものと考えられます。特に近年は、テラドローン社がエネルギー業界向けのソリューションを次々と開発しており、本記事ではそれら概要を見ていきます。