CO2回収、利用に関する技術開発の現状...0 CO2回収、利用に関する技術開発の現状国立研究開発法人新エネルギー・産業技術総合開発機構

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CO2回収、利用に関する技術開発の現状

国立研究開発法人新エネルギー・産業技術総合開発機構平成２７年６月

次世代火力発電協議会

（第２回会合）資料２－１

New Energy and Industrial Technology Development Organization

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目次

1. CO2回収、利用技術の全体像

2. CO2分離回収技術

3. CO2有効利用技術


2

分離回収したCO2を地中に貯留する技術。

CO2の大規模処理が期待出来るが、実操業能力の獲得や貯留可能な地点の選定等が課題。

2020年頃のCCS技術の実用化を目指し、研究開発・実証試験を実施中。

火力発電所火力発電所にCO2分離回収設備を設置することで、最大90％超のCO2を放出せずに回収することが可能。

回収効率、コストの改善等の課題について技術開発を実施中。

CO2分離回収（ Carbon dioxide Capture ）

CO2有効利用(CCU: Carbon dioxide Capture and Utilization) CO2貯留(CCS: Carbon dioxide Capture and Storage)

回収したCO2を利用し、石油代替燃料や化学原料などの有価物を生産する技術。

大量のCO2を利用するための用途の拡大と、効率的な処理技術の確立が課題。

分離回収設備例

工場等

CO2は岩石中の隙間に貯留される

CO2

CO2

遮蔽層

貯留層

貯留層 CO2

CCS概念図

遮蔽層

分離回収したCO2

(出典；第1回次世代火力発電技術協議会METI資料2015.6.16）

・発電所から排出されるCO2を分離回収し、貯留または有効活用する技術（CCUS）は、火力発電からのCO2排出量をゼロに近づける切り札となり得る。・2030年以降を見据えた取組として、早期にこれらの次世代技術の開発を進め、利用の推進に向けた道筋を付けることが重要。

CO2分離回収、貯留および有効利用に向けた取り組み 1. CO2回収、利用技術の全体像


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米・財務省基準：500 g-CO2/kWh EIB（欧州投資銀行）： 550 g-CO2/kWh

1400 1200 1000

800 600

400 200

0

[g-C

O2/k

Wh]

1195 967

907 889 958

864 810 695

476 375

中国米国ドイツ世界インド石炭火力（日本平均）

USC IGCC 石油火力（日本平均）

LNG火力（汽力）

LNG火力（複合平均）

CCUS 石炭火力

・効率の良い超々臨界石炭火力においても、LNG火力発電に比べておよそ2倍の CO2を排出する。・石炭火力発電の利用にあたっては、更なる効率の向上とCO2の分離回収し、貯留または有効利用を推進することが課題。

出典：電力中央研究所（2009）、各研究事業の開発目標をもとに推計。：海外については、CO2 Emissions Fuel Combustion 2012

発電燃料別 kWh 当たりのCO2発生量

発電時のCO2排出量の比較 1. CO2回収、利用技術の全体像

CCUSで削減


4 (出典；エネルギー関係技術開発ロードマップ資料(METI)2014.12）

CO2分離回収、貯留に関するロードマップ 2. CO2分離回収技術


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CO2分離回収コスト

(1) (2)

(3)

(4)

陸上基地から貯留

洋上基地から貯留

6,187

0

2,000

4,000

6,000

8,000

10,000

12,000

ケース①

（輸送無 0km）

11,343

ケース④

（704k ）

陸上基地から貯留

洋上基地から貯留

分離・回収

エネルギーペナルティ（効率低下による費用増）

液化・昇圧

輸送

貯蔵

CO

2の費

用（円／トン

CO

2）

陸上基地からの貯留洋上基地からの貯留

洋上基地

洋上基地

帯水層 CO2貯留層帯水層

CO2貯留層

発電資本費

発電O&M費

発電燃料費

輸送資本費

輸送O＆M費

貯留O＆M費貯留資本費

分離・回収で約3円/kWh増加

IGCCにCCSを適用した場合の発電原価

分離・回収は約3,500円/t-CO2

CO2の費用

3,500円/tonCO2

3円/kWh

(出典；Japan CCSフォーラム2015 NEDO資料(2015.6)）



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分離回収設備が必要分離回収設備なし

NEDO技術開発

ポストコンバッション CO2回収技術

（化学・固体ソルベントなど）

プレコンバッション CO2回収技術

（化学・物理など）

酸素燃焼 CO2回収技術

CO2回収型次世代ガス化技術

石炭焚ボイラー

石炭ガス化

ケミカルルーピング

CO2膜分離回収技術

(出典；Japan CCSフォーラム2015 NEDO資料(2015.6)にIAEが加筆）

加圧

常圧処理ガスCO2（12～15%）

処理ガスCO2（約40%）

処理ガスCO2（70～80%）(水分含む)

空気分離装置が必要

空気分離装置なし

空気分離装置が必要

低品位炭の利用

省エネ

・CO2分離回収技術にはポストコンバッション、プレコンバッション、酸素燃焼などの方式がある。・酸素燃焼方式などは、排ガス中のCO2濃度が高く、CO2分離回収設備が必要ない。・酸素燃焼方式には空気分離装置が必要だが、金属酸化物の酸化反応を利用するケミカルルーピング燃焼では空気分離装置は必要ない。・ポストコンバッション方式は既存プラントに容易に導入できる利点がある。・プレコンバッション方式は、高圧、高濃度CO2を処理することから、効率やコスト面で優位性がある。

CO2分離回収技術 2. CO2分離回収技術


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B-1 B-2

B-1) 従来のCO2分離・回収技術（化学吸収法） [DOE/NETLReport 2010より] B-2) ケミカルルーピング燃焼技術開発

CO2分離・回収に伴う発電効率の損失低減

A-1) 従来のCO2分離・回収技術（化学吸収法） [DOE/NETLReport 2010より] A-2) EAGLE – 化学吸収法 A-3) EAGLE – 物理吸収法 A-4) CO2回収型次世代IGCC技術開発

微粉炭火力（超々臨界圧）石炭ガス化複合発電

A-1 A-2 A-3 A-4

損失: 2ポイント（CO2回収率: 約100%）

基準:石炭ガス化複合発電（CO2分離・回収なし）（乾式ガス精製）

基準:微粉炭火力（超々臨界圧）（CO2分離・回収なし）

損失: 9ポイント（CO2回収率: 90%）



損失: ≓ 0ポイント（CO2回収率: 約100%）


CO2分離回収による発電効率の低下

(出典；Japan CCSフォーラム2015 NEDO資料(2015.6)）



CO2膜分離回収技術 2. CO2分離回収技術

(出典；革新的環境技術シンポジウム(2011.12)RITE資料）

発電

貯留・利用

・分離膜によるCO2分離回収プロセスは、圧力差（分圧差）を利用するため、省エネルギー化（CO2回収エネルギーの低減）が図れる。・圧力差が必要なため、プレコンバッション方式に適する。・H2透過膜とCO2透過膜があり、各々の透過率や選択率が膜性能を決め、各種材料開発が進む。


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・酸素燃焼では、空気から窒素を分離した後の酸素を用いて石炭を燃焼。・排ガス中のCO2濃度は約90%以上となり、また、ガス量が約1/5に削減される。・排ガスはそのままCO2圧縮・回収ができる（CO2分離回収設備が不要）。

酸素燃焼例カライドA発電所4号機（豪州） (出典；カライド酸素燃焼プロジェクトホームページより）

２. CO2分離回収技術

酸素燃焼CO2回収技術の特徴

(出典；CCTワークショップ2013電力中央研究所資料）

(出典；カライド酸素燃焼プロジェクトプレリリース資料2015.3.2）


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空気反応塔

燃料反応塔

窒素 MOX

MOX-1

石炭

空気

サイクロン

蒸気

サイクロン

CO2: (98%, dry) HRSG

窒素: (98%, dry) HRSG

HRSG:排熱回収ボイラ

蒸気（発電用）窒素

MOX

ケミカルルーピング燃焼技術開発

技術確立時期: 2030年

・中小型石炭火力発電所向け（100 MW ～ 500 MW）・空気分離装置不要。排ガスがほとんどCO2 で、 CO2分離回収設備不要・CO2回収後も送電端効率46%を目指す技術開発・CO2分離・回収に相当するコスト： 4円/kWhから2円/kWhへの低減が期待できる技術



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ガス化炉

酸素

CO2

石炭

GT ST G 電力合成ガス

CO2回収

CO: 66% H2: 24% CO2: 5%

燃焼器

酸素

CO2リサイクル

CO2回収型次世代IGCC技術開発

GT: ガスタービン ST: 蒸気タービン G: 発電機

CO2リサイクル

技術確立時期: 2035年

・CO2分離・回収設備やシフト反応器の不要なCO2回収型IGCC技術・CO2回収後も42%の送電端効率が期待できる革新的なIGCC基盤技術の開発（CO2分離・回収に相当する効率損失は2ポイント）・CO2分離・回収に相当するコスト：3円/kWhから2円/kWhへの低減が期待できる技術



12 (出典；総合資源エネルギー調査会第11回資源・燃料分科会資料(METI)2014.12）

CO2有効利用に関する技術開発の現状３. CO2有効利用技術

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研究開発項目② 合成触媒の開発

・合成触媒・プロセス開発・小型パイロットによる検証

研究開発項目①-b) 分離膜の開発

・分離膜材料及び合成法の開発・分離膜モジュールの設計・検証

研究開発項目①-a) 光触媒の開発・光触媒の高効率化（長波長化、低欠陥化）・光触媒モジュールの設計・検証

・本事業では、日本のキーテクノロジーである触媒技術を活用し、太陽エネルギーを用いて、水と二酸化炭素からプラスチック原料等の基幹化学品を製造する技術を開発する。

目標 ②合成触媒（平成28年度末）・オレフィン収率（ラボレベル）：80％・小型パイロット規模でのプロセス確立

①光触媒と分離膜（平成33年度末）・光触媒エネルギー変換効率：10％・光触媒モジュール開発：フロー式、高変換効率、耐久性・分離膜モジュール開発：水素の安全な分離、耐久性

◆事業期間：10年間・H24～25年度（METI）・H26～33年度（NEDO）

◆研究開発費：・H24年度： 14.5億円・H25年度： 14.5億円・H26年度： 14.5億円・H27年度： 16.2億円

研究開発項目① H24～33年度研究開発項目② H24～28年度

× ○

分離膜

H2 O2

H2 O2 水素発生用光触媒

酸素発生用光触媒

H2＋O2H2O H2

CO2

CO＋H2C2～C4オレフィン

工場排ガス等

光触媒分離膜合成触媒

開発項目①開発項目②

東工大、富山大産総研、名工大、山口大共同実施産総研、東大、京大、信大、東理大、明大

三菱化学、ﾌｧｲﾝｾﾗﾐｯｸｽｾﾝﾀｰ

三菱化学、住友化学

技術組合

三菱化学、三井化学、TOTO、国際石油開発帝石、富士ﾌｲﾙﾑ

CO、H2

【 FT反応】【ｸﾗｯｷﾝｸﾞ】

オレフィン

触媒層触媒層

CO、H2

オレフィン

【ﾒﾀﾉｰﾙ合成】【 MTO反応】

触媒層

ﾒﾀﾉｰﾙ

分離膜

触媒層

二酸化炭素原料化基幹化学品製造プロセス技術開発～太陽エネルギーにより水と二酸化炭素からプラスチック原料等の基幹化学品を製造する技術の開発～

未来開拓研究


14 (出典；総合資源エネルギー調査会基本政策分科会資料(METI)2014.8）

人工光合成の技術開発ロードマップ３. CO2有効利用技術


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微細藻類技術の国内の取り組み(NEDO事業)

・「戦略的次世代バイオマスエネルギー利用技術開発事業」（H22～H28）・BTL (Biomass to Liquid)、微細藻類由来バイオ燃料製造技術等の次世代バイオマス利用技術についての研究開発を実施。・バイオマスを気体、液体、固体燃料、電気等のエネルギーに転換する技術に関連した 2030年の実用化を目指した次世代の研究開発および将来の革新的なブレイクスルーにつながる基礎研究を実施（特にBTLと微細藻類等のバイオ燃料製造技術開発）。

(出典；NEDO平成27年度実施方針） (出典；NEDOﾎｰﾑﾍﾟｰｼﾞ”戦略的次世代ﾊﾞｲｵﾏｽｴﾈﾙｷﾞｰ利用技術開発事業“概要）

(出典；NEDOバイオエネルギー技術研究開発基本計画）

電源開発若松研究所内に配備された培養装置 (出典；電気新聞2015.3.17）

３. CO2有効利用技術


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主要事業者デンソー JX日鉱日石エネルギー IHI

事業関係者中央大、クボタ、出光興産ユーグレナ、日立製作所、慶応大ネオモルガン研究所、神戸大

微細藻類種

シュードココミクサ (シュードコリシスチス) 日本国内の温泉から発見された藻類。酸性条件下で生育可能であり、野外培養に有利。

ユーグレナ「ミドリムシ」の一種で、現在、健康食品として活用。将来的に、カスケード利用を前提に燃料を利用する計画。

ボトリオコッカス油分（炭化水素）を体外分泌し、保持する特徴を有する藻。増殖能力の高い株を獲得済み。

目的代替油ディーゼルジェット燃料ジェット燃料

開発段階

基礎～応用研究（中期）大型培養槽（レースウェイ型）における、藻類の試験培養を実施中（愛知県）

基礎～応用研究（初期）大型培養槽（レースウェイ型）における、藻類の試験培養を実施中（石垣島）

基礎～応用研究（初期）大型培養槽（スクウェア型）における、藻類の試験培養を実施中（神奈川県）

研究内容

屋外培養条件の確立、育種・屋外における培養条件の最適化・遺伝子組み換えによる育種技術の確立・膜系を用いた藻の低コスト回収技術開発

屋外培養条件の検討・屋外の培養において、夜間の藻体重量減等の新たな課題が発生・強光阻害防止に資する新株で検討実施中

屋外培養条件の検討、育種・浮上特性、大型化、多糖分泌抑制等の有用形質をもつ新株を獲得・藻体回収方法、油分抽出方法の改良

開発経緯（開発費）

・H23年度からNEDO事業（戦略的次世代バイオマスエネルギー利用技術開発事業）に参加（中央大）。・H25年度から2つ目のNEDO事業に参加（中央大、クボタ、出光興産）。

・H22年度からNEDO事業（戦略的次世代バイオマスエネルギー利用技術開発事業）に参加。・H24で終了後、2年間の継続研究。

・H24年度からNEDO事業（戦略的次世代バイオマスエネルギー利用技術開発事業）に参加。

微細藻類由来のバイオ燃料開発状況①

(出典；資源確保に係る最近の取り組みについて（METI・資源燃料部 2015.5資料）よりIAEが加筆）



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主要事業者 DIC J-Power BiTs

事業関係者神戸大基礎生物学研究所東京農工大、日揮宮崎大、コスモ石油（再委託）

微細藻類種

クラミドモナス（コナミドリムシ）海産性緑藻株、モデル緑藻の Chlamydomonas Reinhardtii の近縁種

珪藻海洋性珪藻ソラリス株。オイル成分の分布がシンプルで、細胞の付着性がなく、自己凝集性がある。

ラビリンチュラ従属栄養性の生物群で、光合成は行わない。吸収した栄養分は、細胞内に油滴として蓄積される。

目的代替油ジェット燃料ジェット燃料ジェット燃料・船舶燃料

開発段階

基礎～応用研究（初期） 1～2m2の小型レースウェイ型培養槽を設置し、野外培養を実施中

基礎～応用研究（初期）大型培養槽（円型）における藻類の試験培養を実施中（福岡県）

基礎研究リグノセルロース由来の糖質を利用できるラビリンチュラ株の作出高密度大量培養法の検討中。抽出した油脂の燃料適性評価を実施中。

研究内容

屋外培養条件の確立、育種・屋外における培養条件の最適化・遺伝子組み換えによる育種技術の確立・代謝解析による油分向上技術の検討

屋外培養条件の確立、育種・屋外における培養条件の最適化・遺伝子組み換えによる育種技術の確立・耐冷性株との併用による通年培養の検討

培養方法の検討、育種・食糧と競合しないリグノセルロース由来の糖質を効率的に利用できるラビリンチュラ株を遺伝子組み換えで作製する。

開発経緯（開発費）




微細藻類由来のバイオ燃料開発状況②

(出典；資源確保に係る最近の取り組みについて（METI・資源燃料部 2015.5資料）よりIAEが加筆）


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