CO2排出ゼロの新エネルギー「アンモニア発電」

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流行りモノから新技術まで! 5分でわかる最新キーワード解説

CO2排出ゼロの新エネルギー「アンモニア発電」

2014/12/17


 日々進歩するIT技術は、ともすると取り残されてしまいそうな勢いで進化の速度を高めています。そこでキーマンズネット編集部がお届けするのが「5分でわかる最新キーワード解説」。このコーナーを読めば、最新IT事情がスラスラ読み解けるようになることうけあい。忙しいアナタもサラっと読めてタメになる、そんなコーナーを目指します。今回のテーマはCO2を排出しないアンモニアを利用した直接発電技術「アンモニア発電」。日本の独立行政法人産業技術総合研究所(産総研)が世界で初めてアンモニアをガスタービンで燃焼させて発電に成功しました。化石燃料や原子力への依存から脱却を目指す、低環境負荷の新エネルギー創出への現実的な第一歩です。

アンモニア発電

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「アンモニア発電」とは?

 食物に含まれるタンパク質などを微生物が分解する際に発生するアンモニア。アンモニア発電とは、この強い刺激臭を持つアンモニアを燃料とする発電技術のこと。現在は、アンモニアを直接燃焼させる発電技術と、アンモニアの熱触媒接触分解反応と燃料電池を組み合わせた発電技術とが研究されている。今回紹介するのは前者のアンモニアを燃焼させる技術のほうだ。
 アンモニアは着火しにくく、燃焼速度も遅く、さらに燃焼時に有害なNOx(窒素酸化物)を発生するため、発電に用いる燃料としては不向きとみなされてきた。しかし今年9月、日本の産総研・再生可能エネルギー研究センター(福島県)の水素キャリアチーム、辻村拓研究チーム長、壹岐典彦研究チーム付および東北大学との共同研究チームが定格出力50 kWのガスタービン発電装置を用い、灯油とアンモニアを燃料にして、約40 %の出力にあたる21 kWの発電に成功した。灯油の約30%相当をアンモニアに置き換えて燃焼させたところ、灯油だけを用いた場合とほぼ同じ出力で発電でき、しかもアンモニアを燃焼させるときに排出される有害なNOx(窒素酸化物)を、やはりアンモニアを使用する触媒(脱硝装置)により10 ppm未満にまで抑制することに成功、環境基準に照らして十分低い環境負荷でのアンモニア発電に見通しが立った。これはアンモニアを利用したガスタービン発電として世界初の成果だ。

図1 再生可能エネルギー研究センターに設置されたアンモニア発電設備
図1 再生可能エネルギー研究センターに設置されたアンモニア発電設備
資料提供:産総研
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アンモニア発電で何が実現するのか?

 アンモニア(NH3)は窒素と水素が結びついた化合物。炭素を含んでいないので燃焼させてもCO2を放出しないため、地球温暖化抑止に貢献するクリーンエネルギー源だ。これを燃料として用いるバスやトラック、実験用ロケットなどが古くは1940年代から研究されてきたが、アンモニアの燃焼にともなって排出されるNOx(窒素酸化物)が公害をまき散らす危険があることから、研究はずっと停滞していた。
 近年になって、効率よくNOxを窒素ガス(N2)と水(H2O)に還元する「尿素SCR技術」を利用した触媒が登場し、ディーゼルエンジン車の排気などを浄化できるようになった。これは尿素水を搭載して排気に噴射し、尿素が分解したアンモニアガスにNOxを化学反応させて還元する技術だ。このような触媒技術を利用すれば、アンモニアの直接燃焼で出るNOxも除去(脱硝と言う)できる。昨年はイタリアのタイヤメーカーがトヨタGT86のカスタムモデルでガソリンとアンモニアのハイブリッド車を発表しており、アンモニアを燃料とする新しい低環境負荷の自動車はすでに手が届くところにある。
 この脱硝技術を応用すれば、アンモニア発電プラントも環境負荷少なく稼働できるのではないか。その発想を具現化しようとしているのが、産総研などの共同研究チームだ。
 アンモニアは触媒上で水素ガスと窒素ガスに熱を加えて起きる化学反応(N2 + 3H2 → 2NH3)で合成できる。ガスの元になるのは天然ガスや石炭などだ。アンモニア合成にはエネルギーが必要だが、これに太陽熱などの再生可能エネルギーを用いれば、CO2の排出をともなわない合成が可能になる。アンモニアは20℃の常温で液化(0.857MPa時)するため、液体として貯蔵や運搬が容易であり、またすでに工業的に広く利用されている材料であるため、運搬や貯蔵に関するインフラが整っている。これを発電機の燃料として利用して、排出されるガス中のNOxを触媒で還元すれば、環境には窒素と水だけが放出されることになり、クリーンなエネルギー創出が実現するはずだ(図2)。

図2 アンモニアの合成〜貯蔵〜発電〜環境への還元のサイクル
図2 アンモニアの合成〜貯蔵〜発電〜環境への還元のサイクル

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