「エネルギーキャリアとしてのアンモニア、 その実力と課題」

「アンモニアからの低炭素水素製造と

エネルギーキャリアとしてのアンモニア」

２０１７年１月３１日

昭和電工株式会社

栗山 常吉

水素エネルギー社会形成研究会

平成２８年度 第４回 セミナー

１．昭和電工及び川崎事業所の紹介

２．アンモニアの市場

３．エネルギーキャリアとしての実力

４．エネルギーキャリアとしての課題

５．まとめ

目 次

昭和６年（1931年）4月3日

着工からわずか9カ月

わが国初の国産法（東京工業試験所法）

によるアンモニアと硫安製造に成功

空気中の窒素 と水電解による水素

でアンモニ合成

_{→年産15万ｔ 当時国内最大の硫安工場}

操業開始

1-2. 川崎事業所アンモニアの歴史

工場俯瞰（昭和6年）

水電解工場 第一合成工場 硫安工場 硫安倉庫 1-2. 川崎事業所アンモニアの歴史

現在のアンモニアプラント

1-3. アンモニアプラントの紹介

ケミカルリサイクルプラント

プラスチック・リサイクル：水素製造

1-3. アンモニアプラントの紹介

昭和電工の再商品化事業について

有価金属 回収 建 材 路盤材 スラグ アンモニア製造設備 低温 ガス化炉 ・当社は容リ法プラスチック製容器包装リサイクルにおけるガス化手法の再商品化事業 者及び利用事業者。 ・’０３年、アンモニア製造の水素源確保と循環型社会への貢献を目的として事業を開 始。 減容 成形品 _ガス化炉 高温 分別基準適合物 （ベール） 破砕成形 設備 ガス化設備 再商品化製品* （合成ガス） ドライアイス 液化炭酸ガス Ｈ_２ ＣＯ_２ アンモニア 金属 *水素、一酸化炭素を主体 とするガス 再商品化製品利用製品 8 8 1-3. アンモニアプラントの紹介

ＦＥＥＤ 原料 _ＡＩＲ ＦＥＥＤ 空気（Ｎ２） ＣＯ２ ＳＴＥＡＭ Ｓ吸着除去 _{一次改質 二次改質} ＣＯ転換 ＣＯ２除去 ＣｎＨｍ+Ｈ２Ｏ ⇒ ＣＯ+Ｈ２ ＣＯ+Ｈ２Ｏ ⇒ ＣＯ２+Ｈ２ Ｋ２ＣＯ３ +ＣＯ２ +Ｈ２Ｏ ⇔ ２ＫＨＣＯ３ メタン化 圧縮機 循環機 気液分離器 Ｎ２+３Ｈ２ ⇒ ２ＮＨ３ ＣＯ+３Ｈ２ ⇒ ＣＨ４ +Ｈ２Ｏ ＣＯ２+４Ｈ２ ⇒ ＣＨ４ +２Ｈ２Ｏ ＰＷ ＰＵＲＧＥ ＡＭＭＯＮＩＡ ＷＡＴＥＲ ＡＭＭＯＮＩＡ ＴＡＮＫ Ｌ-ＮＨ３ 安 水 アンモニア合成 １３Ａ ナフサ 都市ガス ＫＰＲ－GAS 原料 ＦＥＥＤ ＮＡＰＨＴＨＡ 吸収塔 1-3. アンモニアプラントの紹介

0 200 400 600 800 1,000 1,200 1,400 1,600 '12年 '13年 '14年 '15年 '16年 kt/年

国内需給

出所)日本肥料アンモニア協会編「ア系製品需給実績」より作成 ※’16年度は4-6月の実績を元にした予想値 予想 国内出荷 自家消費 生産 輸入 2-1. アンモニアの需給・生産能力

0 100 200 300 '13 年 '14 年 '15 年 '16 年 '18 年

海外需給

工業用 肥料用 生産能力 出所)化学経済’16年3月増刊号より作成 百万トン 2-1. アンモニアの需給・生産能力

US$200 US$300 US$400 US$500 US$600 US$700 US$800 US$900 ¥20,000 ¥30,000 ¥40,000 ¥50,000 ¥60,000 ¥70,000 ¥80,000 ¥90,000 '12年1月 '13年1月 '14年1月 15年1月 16年1月 貿易統計実績(¥/t) 極東CFR High(US$/t)

国際市況

出所)日本アンモニア協会編「アンモニア関係市況推移」及び貿易統計より作成 $365 ￥43,643 ¥/t _US$/t 2-2. アンモニアの市況

研究責任者

広島大学 先進機能物質研究センター

小島由継

アンモニア水素ステーション

基盤技術

「エネルギーキャリア」

3-1. SIP「エネルギーキャリア」

0

2

4

6

8

10

12

ﾒﾁﾙｼｸﾛ ﾍｷｻﾝ

14

2. 水素エネルギーキャリアの特性

液体水素 ｱﾝﾓﾆｱ 水素吸 蔵合金 ﾏｸﾞﾈｼ ｳﾑ

室温、10気圧以下で液化

体積水素密度

/kg/10

0L

（固体

:

充填率

50

％

）

高圧水素 (700気圧)

①アンモニアは体積水素密度が最大（⇒輸送コストが最小）

②製造・輸送・貯蔵に関する技術・インフラが既にある

体積水素密度 ：約１１％ （液体水素の 約

_1.5

_倍） 3-1. SIP「エネルギーキャリア」

1. 背景

燃料消費量の比較

0

0.9

1.5

1.2

0.6

0.3

1.8

燃料消費量

/

億トン

ガソリン 軽油 LPG

発電用燃料

自動車用燃料

自動車用燃料の消費量は発電用燃料の

_40%

石炭 天燃ガス C重油

1.6億トン

0.64億トン

消費量

自動車用燃料

発電用燃料

<

2014年度 3-1. SIP「エネルギーキャリア」

燃料費総額（市場規模）の比較

0

9

15

12

6

3

燃料費総額

/

兆円

発電用燃料

自動車用燃料

自動車用燃料の重量単価は発電用の

_4.3倍

_高い

石炭 天燃ガス C重油 LPG ガソリン 軽油

2014/12

7.6兆円

13兆円

燃料費

自動車用燃料

発電用燃料

<

（13兆円/0.64億ﾄﾝ）÷（7.6兆円/1.6億ﾄﾝ）＝4.3

1. 背景

3-1. SIP「エネルギーキャリア」

仕様 _ISO14687-2 水素純度 99.97% 非 水 素 成 分 総炭化水素（C1） 2ppm 水分（H₂O） 5ppm 酸素（O₂） 5ppm N₂、Ar 100ppm He 300ppm 二酸化炭素（CO₂） 2ppm 一酸化炭素（CO） 0.2ppm 硫黄化合物 0.004ppm ホルムアルデヒド 0.01ppm ギ酸 0.2ppm アンモニア 0.1ppm 全ハロゲン化物 0.05ppm

燃料電池自動車用水素燃料仕様（国際規格、2012年12月）

4.アンモニア分解・高純度水素供給システム

3-1. SIP「エネルギーキャリア」

アンモニア分解・高純度水素供給システム

NH

₃

NH

₃

分解装置 微量NH

₃

除去装置

高純

度H

₂

水素精製装置

①高活性高耐久性アンモニア分解触媒(1000ppm以下)

②残存アンモニア濃度を0.1ppm以下にでき、再生が容

易なアンモニア除去材料

③水素純度99.97%以上を達成できる精製技術

ブレークスルー

10Nm

3

_{/hスケール}

3-1. SIP「エネルギーキャリア」

500

450

400

温度 /℃

550

650

10

10

2

10

3

10

4

10

5

10

6

残

存

ア

ン

モ

ニア濃

度

/

ppm

従来触媒(含浸法) 開発触媒(共沈法）

600

理論値 Ru/MgO (Ru: 3wt%)

ルテニウム系触媒のアンモニア分解活性

（理論値：化学平衡濃度）

Ru/MgO触媒：残存アンモニア濃度 : 1000ppm以下 (550℃以下)

① NH

₃

分解触媒

70000ppm 1000ppm以下 3-1. SIP「エネルギーキャリア」

40

30

20

10

0

≤0.1

アンモニア累積供給量 /gNH

₃

/L

200

400

600

800

1000

ア

ン

モ

ニ

ア

除去濃度

/pp

m

50

従来材料 加熱再生： 困難 (分解、 蒸発) 開発材料 加熱再生： 実用可能 無機系除去材料 NH₄HSO₄系除去材料

アンモニア除去材料の除去濃度と累積供給量

（

除去濃度：アンモニア除去後の残存アンモニア濃度）

② NH

₃

除去材料

無機系除去材料：残存NH₃濃度0.1ppm以下、除去量3倍、加熱再生可能 3-1. SIP「エネルギーキャリア」

ア ン モ ニ ア 分 解 装 置 ア ン モ ニ ア 除 去 装 置

アンモニア分解装置・除去装置の概観

アンモニア分解･除去装置

① Ru/MgO触媒

②無機系除去材料

1Nm

3

_/h

ｱﾝﾓﾆｱｶﾞｽ

2Nm

3

_/h

水素75％、

窒素25%

ｱﾝﾓﾆｱ0.1ppm

以下

(水素に対して)

(1)実証システムの1/10ｽｹｰﾙのｱﾝﾓﾆｱ分解装置・除去装置を開発

(2)アンモニア除去材料が実用可能レベルにあることを確認

(3)一気通貫での実証実験に成功

3-1. SIP「エネルギーキャリア」

水素精製装置の概観

③ 水素精製技術

2Nm

3

_/h

水素75％、

窒素25%

1.2Nm

3

_/h以上

高純度水素

水素

100％、

窒素

≤1ppm

(1)実証システムの1/10スケールの水素精製装置を開発

(2) 水素、窒素混合ガスから燃料電池自動車用水素燃料の国際

規格をクリアする純度99.97%以上、窒素1ppm以下の高純度水

素が製造可能

3-1. SIP「エネルギーキャリア」

まとめ

(1)550℃以下においてアンモニアを1000ppm以下ま

で分解する高性能触媒を開発した。

(2)残存アンモニア濃度を0.1ppm以下にでき、再生が

容易な無機系アンモニア除去材料を開発した。

(3)水素純度99.97%以上、窒素1ppm以下を達成でき

る精製技術を確立した。

(4)水素1Nm

3

/hのスケールでアンモニア分解装置・除

去装置、水素精製装置を開発した

(5)

アンモニア分解装置・除去装置、水素精製装置を組み

合わせることで、燃料電池自動車用水素燃料製造が

可能となる

。

昭和電工㈱川崎事業所において10Nm

3

_{/hスケールの}

システム実証を行う。

◎今後の予定

3-1. SIP「エネルギーキャリア」

使用済みプラスチック原料

環境負荷低減

水素

環境負荷低減アンモニア（ECOANN ®）

製造プロセスとして世界 初の環境ラベルを取得 環境省公募「平成27年度地域連携・ 低炭素水素技術実証事業」の一環 エコマーク認定 H2パイプライン式 水素ステーション

昭和電工(株)川崎事業所

将来的には 輸入アンモニ アも視野 2018製造 SIP最終年度 2020利用 東京ｵﾘ・ﾊﾟﾗ 2025以降 パイプライン式 《水素ガス》 ステーション実証 10Nm3/h 実証 サテライト式 1000Nm3/h オンサイト式 300Nm3/h 4-1. 当社の事業シナリオ

東北アンモニアセンター 液化アンモニア物流基地 （福島県相馬港） 昭和電工(株) 川崎事業所 （アンモニア製造）

サテライト式水素供給基地の展開（例）

↓ 4-1. 当社の事業シナリオ ・昭和電工(株)地方工場をサテライトの拠点化。 ・水素、アンモニアの供給基地とし、 FCV用だけでなく、発電、高純度水素などへも 対応。 ・工場内設置のため、安全設備、運転要員、 ユーティリティ、土地の確保など、 オンサイト式で懸念される「障害」が大幅軽 減。 東長原事業所

ガス-ガス熱交を選択

サテライト式水素供給基地候補地

東北アンモニアセンター 遊休地 昭和電工・東北アンモニアセンター 福島県相馬港５号埠頭 敷地：１０，０００㎡ アンモニアタンク：１２０ｔｘ２基 液安船輸送：川崎⇔相馬港 ロット：液化アンモニア船２００ｔ 水素トレーラー（２，０００㎥）×２００ 台分 FCV8千台相当

福島を東北地方の水素供給拠点として活用

候補地 4-1. 当社の事業シナリオ

4-2. アンモニア及び水素の価格

BTU:British thermal unit １BTU＝1.054kJ

約７＄ 約18＄

現在のLNG価格（7＄／百万BTU）と熱量等価の

NH3、H2価格（1＄＝110円）

計算根拠 LNG１トン ⇒ 53百万BTU ７＄／百万BTU ⇒ 41円／ｋｇ LNG発熱量＝54.5MJ／ｋｇ、NH3発熱量＝22.5MJ／ｋｇ なので、LNGと同じ発熱コストパフォーマンスを出すための NH3価格は、41×22.5／54.5＝17（円／ｋｇ）

LNG

41円／ｋｇ

NH3

17円／ｋｇ

H2

8円／Nm3

4-2. アンモニア及び水素の価格 ３倍の価格 であれば 現実性あり

4-2. アンモニア及び水素の価格 アンモニアの市場取引価格は 変動幅が大きい

5倍

4倍

2倍

0 100 200 300 400 500 600 700 2008年 2009年 2010年 2011年 2012年 2013年 2014年 米ドル／トン 4-2. アンモニア及び水素の価格

アンモニア価格とLNG価格には

良い相関性がある

注：スケールを合わせるため、 天然ガスの価格は、百万BTU 当たりの＄の値の50倍を使用

4-2. アンモニア及び水素の価格 再生可能エネルギー由来の アンモニアがLNG・原油価格と 連動しない仕組みができれば、 LNG・原油価格高騰時（原油価 格：150～200$）には対抗可能_。 CO2の評価によっても競争力は 強化。_。 アンモニア価格は、 原油価格とも連動する_。

32

アンモニアの空気中濃度と人体への影響

4-3. リスク解析・安全対策

アンモニア濃度

（ppm）

人体への影響

5～10

臭気を感じる

50

不快感を覚える

100

刺激を感じる

200～300

目や咽喉を刺激する

300～500

短時間（0.5～1時間）耐えうる限界

2,500～5,000

短時間（0.5時間）で生命危険

5,000～10,000

呼吸停止、短時間で死亡

アンモニア関係の法令

（１）高圧ガス保安法：法第24条の2～5、一般則第53～60条など （２）消防法：第9条の3（貯蔵・取扱いの届出物質、政令別表第2；アンモニア） （３）毒・劇物取締法：指定令第2条別表第2劇物 （４）大気汚染防止法：施行令第10条特定物質 （５）水質汚染防止法：第2条有害物質 （６）悪臭防止法：施行令第1条特定悪臭物質 （７）労働安全衛生法：施行令別表1-5危険物・可燃性のガス、施行令別表 第3特定化学物質（第3類物質）、施行令第18-2（MSDS対象物質） （８）船舶安全法：危規則第2、3条危険物告示別表第1高圧ガス （９）港則法：施行規則第12条危険物告示高圧ガス （10）航空法：施行規則第194条危険物告示別表第1高圧ガス 4-3. リスク解析・安全対策

4-3. リスク解析・安全対策

出典：Comparative Quantitative Risk Analysis of Motor Gasoline,LPG,and Anhydrous Ammonia as an Automotive Fuel Iowa State University June 17,2009

１０-6 4-3. リスク解析・安全対策 国、地域により判断基準 は異なるが、１０-6 で 許容レベルとする所が多い。 （百万回に1回 死亡事故が 発生する。）

出典：Comparative Quantitative Risk Analysis of Motor Gasoline,LPG,and Anhydrous Ammonia as an Automotive Fuel Iowa State University June 17,2009

4-3. リスク解析・安全対策 _１０-6_{について比較。} アンモニアはガソリンより 範囲が広いがLPGよりは 範囲が狭い。 ⇒リスクの序列は LPG＞アンモニア＞ガソリン

出典：Comparative Quantitative Risk Analysis of Motor Gasoline,LPG,and Anhydrous Ammonia as an Automotive Fuel Iowa State University June 17,2009

安全対策

「液化アンモニアの

安全な取扱い法」

の要約編

５．まとめ

【優位点】 ・単位体積当たりの水素含有量が最大（輸送コスト、最小） ・製造法が確立している ・貯蔵法が確立している（室温、10気圧以下で液体） ・輸送法が確立している（室温、10気圧以下で液体） ・（直接燃焼も可） 【留意点】 ・安全性の確保 ・製造コスト（水素の製造コスト） 【昭和電工の強み】 ・昭和電工は85年に亘りアンモニアを製造・販売してきた実績がある ・現在は使用済みプラスチック由来のECOANN®_{を製造・販売している} ・昭和電工はアンモニアおよび高純度水素の既存顧客を保持している ・昭和電工はアンモニアを安全に取り扱う膨大なノウハウを持っている

エネルギーキャリアとしてのアンモニアの評価

事業性ありと判断