成果報告書詳細
管理番号20120000000621
タイトル平成22~平成23年度成果報告書 国際連携クリーンコール技術開発プロジェクト クリーンコール技術に関する基盤的国際共同研究 低品位炭起源の炭素フリー燃料による将来エネルギーシステム(水素チェーンモデル)の実現可能性に関する調査研究
公開日2012/6/13
報告書年度2010 - 2011
委託先名川崎重工業株式会社
プロジェクト番号P10017
部署名環境部
和文要約豪州の豊富な褐炭に着目し、褐炭を原料として水素製造を行うと共に、豪州連邦政府ならびにビクトリア州政府が推進しているCO2分離・回収・貯留ハブプロジェクト(カーボンネット)を利用することにより、炭素フリーのクリーン燃料である水素を国内に輸入し、新エネルギーとして高効率に利用する「CO2フリー水素チェーン」の実用化を目指し、以下の4つの試験、検討を行った。
1.褐炭ガス化要素試験では、当社が所有する石炭ガス化試験設備を用いて、豪州の褐炭を使用したガス化試験を実施し、常圧および加圧条件下にて水素が製造できることを確認した。
2.CO2分離・回収要素試験では、当社が所有するCO2分離・回収性能試験設備を用いて、実燃焼排ガスからのCO2分離・回収試験を実施し、省エネ型CO2分離回収技術(KCC法)にてCO2を分離・回収できることを確認した。また、設計仕様通りの10ton-CO2/日の設備能力を有することを確認し、従来の化学吸収法(MEA法)の約半分のエネルギーである2.31GJ/t-CO2でCO2の分離・回収が可能であることを確認した。
3.全体システムの最適化検討では、容量を770t/d-H2、運転時期を2025年に決定し、複数のプロセス案の中から、酸素吹きにより褐炭をガス化・精製し、精製した水素ガスをパイプラインで港側まで輸送、その後、港側の積荷基地にて液化、貯蔵して、液化輸送船で日本まで輸送するプロセスを最適プロセスとして選定し、同時に、褐炭供給元、水素製造設備、積荷基地、揚荷基地のサイトを選定した。選定したプロセスの基本計画を実施、主要設備の仕様を決定し、全体システムとしての技術的成立性を確認した。また、豪州のCSIRO社にて実施した「CO2分離・回収に関する新技術(分離膜等)の評価・検討」によると、より高効率のガス精製技術として、膜分離技術やシフト反応触媒と組み合わせてシフト反応と水素分離を同時に平衡して進行させる技術の開発が実施されており、さらなるコスト低減が期待でき、豪州のCO2CRC社にて実施した「ラトローブバレーのCO2分離・回収プロジェクトに関する検討」によると、炭鉱近郊のギプスランドは世界有数のCO2貯留ポテンシャルを有しており、水素チェーンで発生したCO2を分離・回収・貯留できる可能性が十分あることが確認された。
4.経済性評価手法の検討では、選定したプロセスの基本計画結果に基づき、設備費、年経費を算出し、29.7\/Nm3-H2(CIF)にて水素を日本に輸入できることがわかった。日本での水素自動車における利用を考えた場合、ハイブリッド車あるいはガソリン車と同等の燃料価格で水素を供給した場合、内部収益率(IRR)はそれぞれ約12 %、約42%となり、十分な経済性を有することがわかった。水素を事業用発電用途で使用した場合、2025年時点では他の化石燃料による発電よりも割高になるが、同じCO2フリー発電である風力や太陽光などの再生可能エネルギー発電よりも安くなることがわかった。2050年には、化石燃料価格の上昇と炭素税の導入により発電コストが上昇するが、褐炭水素発電については燃料の褐炭価格が安定していること、水素製造コストの低減と水素発電の効率向上により発電コストは低下し、他の化石燃料発電と比較しても十分競争力のあるものになると予測された。
以上より、炭素フリーのクリーン燃料である水素利用による将来エネルギーシステム「水素チェーンモデル」は、技術的にも経済的にも実現可能性が高いということが確認された。
英文要約With focusing on abundant brown coal in Australia, we are proposing “CO2 free H2 chain” in which H2 is produced from brown coal and the produced H2, which can be regarded as a CO2 free clean fuel by utilizing CO2 hub project (CarbonNet) promoted by Australian governments, is imported and utilized in Japan. Aiming at the realization of the project, we conducted following tests and investigations;
1.Brown coal gasification test was conducted and it is confirmed that H2 can be produced from brown coal.
2.CO2 capture and separation test was conducted and it is confirmed that CO2 can be captured and separated from coal combustion flue gas with KHI’s propriety technology (KCC). It is also verified that the facility has the capacity of 10t-CO2/d and the required energy is 2.31GJ/t-CO2 which is app. half of conventional technology (eg. MEA).
3.In investigation of the optimaization of whole system, it is decided that the capacity is 770t/d-H2, operational year is 2025, the process with O2 blown brown coal gasification, pipeline transportation to port site, H2 liquefaction and storage, and H2 transportation to Japan by LH2 carrier is selected as the best process. The suitable sites for brown coal mine, H2 production, loading and unloading bases were selected. The conceptual design of the selected process was conducted, the specifications of major facilities were fixed and technical feasibility was confirmed. In “Review of H2/CO2 Separation Technologies” by CSIRO, it is found that a technology, which promotes the shift reaction and H2 separation simultaneously by combining the membrane separation and shift reaction catalyst, is being developed as a high efficient gas purification technology and it will result in further cost reduction. In “Prefeasibility Study for a carbon capture and storage project in the Latrobe Valley” by CO2CRC, it is confirmed that Gippsland in the vicinity of coal mine has a world class potential of CO2 storage and has sufficient capacity for the sequestration of CO2 for this project.
4.In investigation of economics, based on the result oif conceptual design CAPEX and OPEX were calculated, and H2 delivered cost was calculated to be 29.7\/Nm3-H2 (CIF Japan). In case of H2 use in FCVs, H2 can be supplied with IRRs of 12% and 42% respectively if H2 is supplied at the equivalent prices of gasolines to hybrid car and gasoline car. In case of H2 use in utility power generation, H2 is more expensive than other fossil fuel, but more economic than renewable energy in 2025. In 2050 generally power generation cost will increase due to the increase of fuel prices and introduction of carbon tax, but as for H2 power generation, since brown coal price is stably low and the efficiency of H2 power generation will increase, the cost will decrease and will become competitive compared to other fossil fuels.
As a conclustion, a future energy system of “Hydrogen Supply Chain” is highly realizable from both technical and economical points of views.
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