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アンモニアの低温・低圧合成と新しい利用技術

アンモニアの低温・低圧合成と新しい利用技術

~燃焼・混焼技術、水素キャリア~
アンモニアの低温・低圧合成と新しい利用技術の画像

目次

第1章 脱炭素、グリーン成長戦略としてのアンモニアの位置づけ

- カーボンニュートラルの実現、CO2排出削減を可能とする次世代燃料のアンモニアとは –

第1節 世界的な脱炭素の動きとグリーン成長戦略としてのアンモニアの位置づけ
  • はじめに
  • 1.なぜ脱炭素なのか
    • 1.1 人間が排出する温室効果ガスが気候変動を起こしている
    • 1.2 気候変動は人間・生態系に被害を与える
    • 1.3 気候変動の被害を抑えるためには、温室効果ガスの排出をゼロにする必要がある
    • 1.4 脱炭素は気候変動の緩和策
  • 2.脱炭素はバックキャスト的な目標である
  • 3.脱炭素社会においてアンモニアに求められる役割
    • 3.1 アンモニアは再生可能エネルギーの輸送手段となりうる
    • 3.2 アンモニアは再生可能エネルギー電力由来の燃料となりうる
  • 4.脱炭素全体の中では脇役なアンモニア
第2節 脱炭素燃料としての水素・アンモニア普及に向けた制度と今後の展望
  • 1.はじめに
    • 1.1 2050年CNの実現と安定供給
    • 1.2 水素・アンモニアの可能性
    • 1.3 水素・アンモニアの普及に向けたハードル
  • 2.水素・アンモニア普及に向けた制度的支援
    • 2.1 概要
    • 2.2 サプライチェーン構築支援
    • 2.3 供給インフラ整備支援
  • 3.長期脱炭素電源オークション
    • 3.1 概要
    • 3.2 対象となる水素・アンモニア混焼発電所
    • 3.3 求められるロードマップ
  • 4.今後の展望
第3節 日本の脱炭素化、二酸化炭素排出量削減への流れとアンモニア利用の可能性
  • はじめに
  • 1.二酸化炭素削減に向けた日本の動き
  • 2.カーボンニュートラルに向けた主要産業別の動き
    • 2.1 電力部門の動き
    • 2.2 電力部門以外の動き
  • 3.企業における二酸化炭素排出削減の進め方
    • 3.1 全体的な進め方
    • 3.2 カーボンニュートラルにおけるイノベーションの創出
  • 4.水素の活用
    • 4.1 エネルギー、化学原料としての水素
    • 4.2 アルカリ水電解による水素の生産例
  • 5.アンモニアの活用
    • 5.1 燃料アンモニアの概要
    • 5.2 燃料アンモニアの製造
    • 5.3 燃料アンモニアのコスト推定
  • さいごに
第4節 日本の脱炭素政策におけるアンモニアの位置づけ
  • はじめに:トランジションにおいて重要な役割を果たすアンモニア
  • 1.カーボンニュートラル実現に向けた日本の戦略
    • 1.1 日本のカーボンニュートラルにおける水素・アンモニアの役割
    • 1.2 カーボンニュートラル実現に向けたグリーン成長戦略
    • 1.3 グリーン成長戦略におけるアンモニア産業戦略
    • 1.4 第6次エネルギー基本計画におけるアンモニアの位置づけ
    • 1.5 GX (グリーントランスフォーメーション) 実現に向けたロードマップ
第5節 世界のCO2フリー水素およびアンモニア製造プロジェクトの最新動向
  • はじめに
  • 1.将来の水素・アンモニア需要と製造プロジェクト
    • 1.1 水素製造コストの将来見通し
    • 1.2 CO2フリー水素・アンモニアの需要見通し
    • 1.3 水素・アンモニア製造プロジェクトの最新動向
  • 2.世界で進むグリーン水素/アンモニアの大規模プロジェクト
    • 2.1 オーストラリア
    • 2.2 チリ
    • 2.3 中東
      • 2.3.1 UAE
      • 2.3.2 サウジアラビア
      • 2.3.3 オマーン
    • 2.4 アフリカ
  • 3.日本の対応
第6節 燃料アンモニア事業に関する政策、法規制と実務上の留意点
  • はじめに
  • 1.燃料アンモニアの利用拡大・サプライチェーン構築に向けた政策
    • 1.1 導入目標の設定による需要の創出
    • 1.2 受入れ、供給に係る拠点の整備
    • 1.3 利用拡大に向けた国際協力の推進
    • 1.4 関係機関の組織再編
      • 1.4.1 資源エネルギー庁
      • 1.4.2 JOGMEC
  • 2.法律改正を通じた燃料アンモニア導入支援策 (既に対応済みのもの)
    • 2.1 需要構造の転換や供給構造の転換等に向けた法改正
      • 2.1.1 需給構造の転換に向けた法改正 (省エネ法改正)
      • 2.1.2 供給構造の転換等に向けた法改正
    • 2.2 株式会社国際協力銀行 (以下、「JBIC」という。) によるファイナンス支援
    • 2.3 発電設備におけるアンモニア利用に対応する保安規制の導入
      • 2.3.1 電気事業法施行規則の一部を改正する省令
      • 2.3.2 発電用火力設備に関する技術基準を定める省令 (火技省令) の一部を改正する省令
      • 2.3.3 発電用火力設備に関する技術基準の細目を定める告示の一部を改正する告示
      • 2.3.4 主要電気工作物を構成する設備を定める告示の一部を改正する告示
      • 2.3.5 発電用火力設備に関する技術基準の解釈の一部を改正する規程
    • 2.4 燃料アンモニア船へのアンモニア供給
  • 3.燃料アンモニア導入支援制度 (今後導入予定のもの)
    • 3.1 値差支援
      • 3.1.1 支援対象者
      • 3.1.2 支援範囲
      • 3.1.3 サプライチェーンのタイプごとの支援の考え方
      • 3.1.4 生産量と国内引取量の割合
      • 3.1.5 低炭素基準について
      • 3.1.6 ファーストムーバー (2030年頃までに供給を開始する案件) 支援
      • 3.1.7 支援対象案件の評価項目
    • 3.2 拠点整備支援
    • 3.3 海外積出港における岸壁等の環境整備と、輸入受入れ・供給のための国内港湾における共通インフラ整備支援
  • 4.燃料アンモニア事業に対する主な規制の概要
  • 5.燃料アンモニア事業に対する実務上の課題
    • 5.1 値差支援の実効性
    • 5.2 既存石炭火力発電所にアンモニア混焼設備を導入する際の関係者間のリスク分担
第7節 水素・アンモニア技術のM&A動向
  • はじめに
  • 1.脱炭素技術のM&A事例の推移
  • 2.水素・アンモニア技術のM&A動向
    • 2.1 概況
    • 2.2 具体のM&A事例
  • おわりに
第8節 ハーバー・ボッシュ法のイノベーションとアンモニアの環境問題
  • はじめに
  • 1.イノベーションの本質と法則
  • 2.ハーバー・ボッシュ法を生み出した技術の生態系
  • 3.食料確保と生態系保全を同時に達成したハーバー・ボッシュ法
  • 4.オランダの厳しい窒素排出規制は妥当なのか?
    • 4.1 オランダ畜産業と窒素問題
    • 4.2 反応性窒素で野生鳥類は減っているのか?
    • 4.3 家畜の頭数と生物多様性の間には関係があるのか?
    • 4.4 農業と生物多様性の持続可能なビジョンとは?

第2章 アンモニア (ブルーアンモニア・グリーンアンモニア) の特長

- クリーンアンモニアの定義とは!既存のアンモニアプラント技術とCCS・CCU技術の組み合わせ –

第1節 ブルー・グリーンアンモニアの特長とその製造技術
  • はじめに
  • 1.ブルー・グリーンアンモニア
  • 2.ブルーアンモニアの特長と製造技術
    • 2.1 ブルーアンモニアの製造技術
      • 2.1.1 従来型水蒸気改質炉 (SMR) + 二次改質炉
      • 2.1.2 KBR PurifierTM
      • 2.1.3 KBR PurifierPlusTM
      • 2.1.4 KBR PurifierPlusTM + H2 Recycle
      • 2.1.5 KBR PurifierPlusTM + Flue Gas CO2 Removal
      • 2.1.6 O2 ATR
  • 3.グリーンアンモニアの特長と製造技術
    • 3.1 グリーンアンモニアの製造技術
      • 3.1.1 再生可能エネルギー発電設備
      • 3.1.2 水電解設備
      • 3.1.3 空気分離装置 (ASU)
      • 3.1.4 アンモニア合成
      • 3.1.5 水素ガスホルダー
      • 3.1.6 蓄電池
    • 3.2 グリーンアンモニアの特長
  • おわりに
第2節 グレーアンモニア、ブルーアンモニア、グリーンアンモニアの定義と製造コスト
  • 1.グレーアンモニアの基礎
  • 2.ブルーアンモニアの基礎
  • 3.グリーンアンモニアの基礎
  • 4.定義と製造コスト
    • 4.1 国際的に合意された定義はない
    • 4.2 グレーアンモニア、ブルーアンモニア、グリーンアンモニアの定義
      • 4.2.1 グレーアンモニアの定義
      • 4.2.2 ブルーアンモニアの定義
      • 4.2.3 グリーンアンモニアの定義
      • 4.2.4 クリーンアンモニアの定義
第3節 ブルーアンモニアの製造技術開発と製造プラントの大型化
  • はじめに
  • 1.アンモニア製造プラント大型化の歴史
  • 2.主要アンモニア技術ライセンサーの大型化への取り組み
    • 2.1 KBR
      • 2.1.1 PurifierTMプロセス
      • 2.1.2 KRESTM
      • 2.1.3 CO2排出低減プロセス
    • 2.2 TOPSOE
    • 2.3 ThyssenKrupp
    • 2.4 Casale
  • 3.主要構成機器大型化に対しての現況,課題及び見通し
    • 3.1 水蒸気改質炉
    • 3.2 高温および低温CO転化器
    • 3.3 脱炭酸設備構成機器
    • 3.4 大型遠心圧縮機及び蒸気タービン
      • 3.4.1 大型遠心圧縮機
      • 3.4.2 大型蒸気タービン
    • 3.5 アンモニア合成管
  • 4.まとめ
第4節 CO2フリーアンモニアの製造技術と今後の展望
  • はじめに
  • 1.ブルーアンモニア
    • 1.1 ブルーアンモニアプラントのCO2排出源
    • 1.2 ブルーアンモニアの定義
    • 1.3 ブルーアンモニアの今後の展望
  • 2.グリーンアンモニア
    • 2.1 グリーンアンモニアプラントのCO2排出源
    • 2.2 グリーンアンモニアの製造方法
    • 2.3 グリーンアンモニアの今後の展望
  • 3.燃料アンモニア
  • おわりに

第3章 アンモニア合成、製造のための触媒開発とその取り組み

- 温和な反応条件でアンモニア合成を実現するための取り組み –

第1節 アンモニア製造プラントの配置・配管設計概説
  • はじめに
  • 1.プロセスフロー概要
    • 1.1 原料精製工程
    • 1.2 合成ガス製造工程 (水蒸気改質、部分酸化)
    • 1.3 CO転化工程
    • 1.4 合成ガス精製工程
    • 1.5 アンモニア合成工程
  • 2.設備構成と機器配置
    • 2.1 一次・二次改質炉/排熱回収・蒸気発生設備
    • 2.2 脱炭酸工程設備群
    • 2.3 圧縮機群建屋
    • 2.4 アンモニア合成設備/冷凍設備群
    • 2.5 配置上の留意点
      • 2.5.1 プラント保守性
      • 2.5.2 復水器に接続する冷却水配管
      • 2.5.3 圧縮機・タービン接続配管
      • 2.5.4 安全設計を考慮した配置
  • 3.配管材料の種類と選定
    • 3.1 配管材質の種類
    • 3.2 水素誘起割れ (HIC) 対策
    • 3.3 液体アンモニアによる応力腐食割れ
  • 4.配管レイアウトの留意点
    • 4.1 高圧蒸気配管
    • 4.2 蒸気レットダウン配管
    • 4.3 水素配管
    • 4.4 炭酸ガス溶液配管
  • 5.製品貯蔵設備
第2節 電場印加触媒反応を利用した低温域でのアンモニア合成技術
  • 1.アンモニア合成の状況と電場触媒反応
  • 2.電場NH3合成の反応機構
  • 3.活性金属種による電場NH3合成活性の違いとその支配因子
  • 4.担体性質の制御による電場NH3合成活性の向上とその支配因子
  • 5.低温常圧NH3合成に向けた鉄系触媒の開発
  • 6.まとめと今後の展望
第3節 高窒素選択性を示すアンモニア燃焼触媒の開発
  • はじめに
  • 1.金属酸化物触媒
  • 2.担持CuOx触媒
  • 3.担持CuOx-Ag触媒
  • 4.Honeycomb触媒
  • 5.酸素濃度効果
  • おわりに
第4節 動的シミュレーションと気象データを用いたグリーンアンモニア製造プロセス設計
  • はじめに
  • 1.プロセスシミュレーションにおける気象データの活用
  • 2.機械学習を用いた高頻度風況データの合成
    • 2.1 Weibull分布に基づいた風速出現確率
    • 2.2 逆関数サンプリング法による風況データ合成
    • 2.3 機械学習を用いたWeibullパラメータ推定方法
  • 3.高頻度気象データを用いたグリーンアンモニア製造プロセスのダイナミックシミュレーション
    • 3.1 慣性力を考慮した動的風車モデル
    • 3.2 水電解槽モデル
    • 3.3 バッファタンクモデル
    • 3.4 アンモニア合成反応プロセス
    • 3.5 年間アンモニア製造量のシミュレーション
第5節 モード強結合光電極を用いた全可視光応答型光アンモニア合成
  • はじめに
  • 1.局在表面プラズモン共鳴
    • 1.1 金属/半導体界面におけるホットキャリア注入に基づく光アンモニア合成
    • 1.2 AuNPs/SrTiO3/Zr/ZrOxを用いた光アンモニア合成の反応機構
  • 2.強結合
    • 2.1 モード強結合アノードを用いた光アンモニア合成
    • 2.2 モード強結合カソードを用いた還元反応
  • おわりに
第6節 アンモニアの常温常圧合成のためのプラズマ触媒法の開発
  • はじめに
  • 1.プラズマによる窒素分子活性化法の新しい試み
  • 2.活性化窒素種の検出、同定、反応性解明
  • 3.内部電極として金属細線を用いた場合の触媒活性
  • 4.金属酸化物をプラズマ空間に充填した場合の触媒活性
  • 5.速度論的検討
  • おわりに
第7節 水素化リチウムを利用した常圧アンモニア合成法
  • 1.研究背景
  • 2.ケミカルルーピングプロセスを用いたアンモニア合成
  • 3.水素化リチウムを用いたアンモニア合成法
  • 4.総括と今後の展望
第8節 光触媒による窒素ガスと水からの常温常圧アンモニア合成
  • はじめに
  • 1.表面欠陥
  • 2.リンドープ窒化炭素
  • 3.高濃度リンドープ窒化炭素
  • 4.触媒特性
  • 5.太陽エネルギー変換
  • おわりに
第9節 窒化鉄と炭酸水による常温・常圧での低環境負荷なアンモニア合成法
  • はじめに
  • 1.鉄粉による水素製造と二酸化炭素固定
  • 2.鉄粉中の窒素からのアンモニア生成
  • 3.炭酸の効果
  • 4.Fe3Nを反応原料とするNH3生成
  • まとめと今後の展望
第10節 水と窒素から常温・常圧・無触媒でアンモニア合成できる相界面反応

- アンモニアと水素の同時合成から酸素ラジカルの高濃度生成までの多様なアプリケーション –

  • はじめに
  • 1.グレーアンモニア・ブルーアンモニア・グリーンアンモニア
  • 2.アンモニア合成の原料
  • 3.相界面反応で窒素と水からアンモニアと水素ガスを同時に合成
  • 4.相界面反応で還元できるのは窒素だけではない~Radical Vapor Reactorの実用化
  • 5.常温・常圧・無触媒・プロセス発停自在のメリット
  • 6.元素循環という考え方とSDGs
  • おわりに
第11節 バイオ技術を用いた食品廃棄物からアンモニアをサステイナブルに生産する手法の開発と未来への期待
  • はじめに
  • 1.アンモニア生産の現状
  • 2.現状打破の生物学的手法の開発
    • 2.1 酵素による空中窒素の固定
    • 2.2 代謝工学を用いたバイオマスからのアンモニア生産
    • 2.3 発想の転換による酵母細胞表層工学による細胞外でのアンモニア生産
      • 2.3.1 細胞表層工学による細胞外でのグルタミンからのアンモニア生産
      • 2.3.2 L-アミノ酸オキシダーゼによるアミノ酸混合溶液からのアンモニア生産
      • 2.3.3 L-アミノ酸デアミナーゼ提示酵母よるアミノ酸混合溶液からのアンモニア生産効率の向上
  • 3.未来への期待
第12節 再生可能エネルギーによる電力を用いた高効率アンモニア (NH3) 電解合成技術の開発
  • はじめに
  • 1.緒言
    • 1.1 NH3電解合成の優位性
    • 1.2 NH3電解合成の熱力学
    • 1.3 NH3電解合成の種類
      • 1.3.1 低温NH3電解合成
      • 1.3.2 Li媒介NH3電解合成
      • 1.3.3 オキソ酸塩電解質NH3電解合成
      • 1.3.4 固体酸化物電解質NH3電解合成
  • 2.リン酸塩電解質を用いたNH3電解合成
    • 2.1 リン酸塩電解質とPd合金水素透過膜を用いたNH3電解合成セル
    • 2.2 水素透過膜型NH3電解合成セルの特性
    • 2.3 水素透過膜型NH3電解合成セルの展望
  • おわりに
第13節 再生可能エネルギーを活用した窒素と水からのアンモニア電解合成と電気化学的触媒促進効果の適用
  • はじめに
  • 1.プロトン伝導性セラミック電解セルによるアンモニア電解合成
    • 1.1 アンモニア電解合成における電解質材料及び電極材料
      • 1.1.1 電解質材料
      • 1.1.2 電極材料
    • 1.2 量子化学計算による反応機構の検討
  • 2.電気化学的触媒促進効果によるアンモニア生成速度の上昇
    • 2.1 電気化学触媒促進効果によるアンモニア電解合成の既往研究
    • 2.2 電気化学触媒促進効果の反応機構
  • 3.電気化学触媒促進効果によるアンモニア電解合成のシステム評価と将来展開
  • おわりに
第14節 大気圧プラズマジェットによるアンモニア合成

- 触媒を使わずに常温・常圧で空気と水からアンモニアを合成する –

  • はじめに
  • 1.実験方法
  • 2.結果と考察
  • おわりに
第15節 混合金属酸化物を前駆体とする鉄系触媒によるアンモニア合成
  • 緒言
  • 1.触媒の調製と分析およびアンモニア合成活性試験
  • 2.Fe-Co触媒のアンモニア合成活性
  • 3.Fe-Co触媒のキャラクタリゼーション
  • 4.Fe-Co-MgO触媒の高圧アンモニア合成活性
第16節 常圧220°Cでのアンモニア電解合成とアンモニア電解合成触媒の研究開発
  • はじめに
  • 1.エネルギーキャリアとしてのアンモニア
  • 2.アンモニア電解合成
    • 2.1 リン酸二水素セシウム複合体電解質
    • 2.2 リン酸塩電解質を用いたアンモニア電解合成
  • 3.アンモニア電解合成電極触媒
    • 3.1 貴金属系電極触媒
    • 3.2 Fe系電極触媒
  • おわりに
第17節 量子化学計算を用いた触媒的アンモニア酸化反応の反応機構解明
  • はじめに
  • 1.アンモニアの酸化反応
  • 2.アンモニア分子のN?H結合
  • 3.触媒サイクルの検討
    • 3.1 触媒サイクル
    • 3.2 ルテニウム (II) ポリピリジル錯体
    • 3.3 マンガン (III) サレン錯体
    • 3.4 ルテニウム (II) ジピリジル錯体
  • おわりに

第4章 排水・下水からのアンモニア合成、製造技術

- 工業排水、下水、廃棄物系資源からの効率的なアンモニア回収 –

第1節 リン酸マグネシウムによる工業排水からのアンモニア回収
  • はじめに
  • 1.リン酸マグネシウムアンモニウム (MAP)
  • 2.リン酸マグネシウム塩によるアンモニアの回収
  • 3.リン水素マグネシウム薄膜によるアンモニアの回収
  • おわりに
第2節 膜分離を利用した低濃度アンモニア廃水からのアンモニア高効率分離回収
  • はじめに
  • 1.プロセスの開発と実証
    • 1.1 (A) FO膜法による廃水中アンモニアの高効率分離濃縮
      • 1.1.1 アンモニウム高阻止性FO膜 (神戸大学、株式会社ダイセル)
      • 1.1.2 創製したポリアミドFO膜の性能
      • 1.1.3 モデル海水をDSとして工場廃液中の窒素成分を濃縮した例
    • 1.2 (B) 高濃度アンモニア廃水に対応する嫌気性MBR技術の開発 (神戸大学)
      • 1.2.1 メタン活性に及ぼすpHの影響
      • 1.2.2 メタン活性に及ぼすTOC容積負荷の影響
      • 1.2.3 メタン活性に及ぼす塩濃度 (TDS) の影響
      • 1.2.4 アンモニア耐性メタン生成菌を用いた高濃度アンモニア廃水の嫌気性MBRの実証運転
    • 1.3 © 濃縮廃水中のスケール物質のナノ濾過膜による除去 (工学院大学)
      • 1.3.1 正荷電ナノ濾過膜の基本性能評価
      • 1.3.2 実廃水を用いた膜評価と膜洗浄
    • 1.4 (D) 開発されたFO膜と温度応答性分岐型オリゴマーDSによるアンモニア廃水の濃縮
      • 1.4.1 温度応答性分岐型オリゴマーDSの開発 (神戸大学、ダイセル)
      • 1.4.2 開発DSを用いた濃縮プロセスの検討 (神戸大学)
    • 1.5 (E) ヒートポンプ式省エネルギー蒸留装置によるアンモニア回収 (木村化工機)
  • 2.アンモニア回収プロセスの構築とフィジビリティー評価
  • 3.まとめ
第3節 鶏糞中の反応性の高い窒素分からのアンモニア回収
第4節 養殖池汚泥からの高付加価値藻類の生産に向けた高温好気発酵によるアンモニア回収
  • はじめに
  • 1.エビ養殖における従来処理法の課題
  • 2.新規のアンモニア発酵・藻類生産システムによる汚泥からの高付加価値藻類の生産
  • 3.アンモニア発酵の高効率化
    • 3.1 アンモニア生産を促進する発酵温度
    • 3.2 非溶存態窒素の分解を促進する微生物と酵素の探索
    • 3.3 微生物を阻害せずにアンモニア揮発を促進する操作
  • 4.まとめと今後の展望
第5節 実用化に向けたアンモニア回収装置とその活用法
  • はじめに
  • 1.アンモニア回収により資源化可能な窒素肥料
    • 1.1 硫酸アンモニウム (硫安)
    • 1.2 リン酸アンモニウム (リン安)
    • 1.3 窒素付加 (高窒素) 堆肥
  • 2.堆肥化施設 (畜産農家) でのアンモニア回収技術
    • 2.1 吸引通気式堆肥化技術 (酸性薬液シャワー方式によるアンモニア回収)
    • 2.2 堆肥脱臭技術 (2次発酵終了堆肥への吸着によるアンモニア回収)
  • 3.耕畜連携を目的としたアンモニア回収・液体硫安の製造
    • 3.1 低コストアンモニア回収装置 (バブリング方式によるアンモニア回収)
    • 3.2 低コストなアンモニア回収装置の作成
    • 3.3 アンモニア回収装置の構造と回収の原理
    • 3.4 アンモニアガス回収・液体硫安の製造手順
    • 3.5 アンモニア回収の実証 (岩手県一関市の養豚農場堆肥化施設でのアンモニア回収・液体硫安の製造)
  • 4.製造した回収アンモニアの活用法
    • 4.1 液体硫安の簡易な窒素濃度測定技術
    • 4.2 液体硫安の水田における施肥方法
    • 4.3 耕畜連携による環境負荷軽減効果
  • おわりに

第5章 アンモニア燃料への燃焼、混焼技術 火力発電・ボイラ、工業炉、ガスタービン

- アンモニアを燃料に使う際の大気汚染物質、Nox対策の仕方 / 有毒性があるとされるアンモニアを安全に扱う方法とは –

第1節 火力発電での燃料アンモニア利用と燃焼技術
  • はじめに
  • 1.脱炭素化を目指して
    • 1.1 日本のCO2排出量の現状
    • 1.2 日本の発電設備容量と年間発電電力量
    • 1.3 発電所での脱炭素化・カーボンリサイクルへの取り組み
  • 2.火力発電でのアンモニア燃料の利用
    • 2.1 アンモニア利用の現状
    • 2.2 火力発電での燃料アンモニアの利用
    • 2.3 アンモニア燃焼ガスタービンの開発
    • 2.4 微粉炭ボイラへのアンモニア混焼技術の開発
  • 3.燃料アンモニアの普及への課題
    • 3.1 アンモニア供給網の確立
    • 3.2 脱炭素燃料アンモニアの製造
  • おわりに
第2節 脱炭素化に向けた火力発電のアンモニア直接燃焼の最近の動向

- Recent Trend of Ammonia Direct Combustion in Thermal Power toward Carbon Dioxide Desorption –

  • はじめに
  • 1.アンモニアの特性
  • 2.コンバインドサイクル発電におけるアンモニア燃料の活用
    • 2.1 コンバインドサイクル発電のシステム構成と構造の特徴
    • 2.2 ガスタービンによるアンモニア直接燃焼の実証実験
      • 2.2.1 50kWマイクロガスタービンによるアンモニア直接燃焼実証実験
      • 2.2.2 300kW小型ガスタービンによるアンモニア直接燃焼実証試験
      • 2.2.3 2000kW中型ガスタービンによるアンモニア直接燃焼実証試験
      • 2.2.4 アンモニア直接燃焼大型ガスタービンの実用化
  • 3.微粉炭火力におけるアンモニア燃料の混焼
    • 3.1 微粉炭火力のシステム構成と構造の特徴
    • 3.2 微粉炭火力におけるアンモニア燃料との混焼実験
      • 3.2.1 中国電力 株式会社 水島石炭火力発電所でのアンモニア混焼実証試験
      • 3.2.2 研究設備におけるアンモニアの直接燃焼実験
    • 3.3 大容量微粉炭火力におけるアンモニア混焼試験の検討開始
  • 4.アンモニア燃料取扱いの注意点、法的規制
  • おわりに
第3節 アンモニア専焼バーナの開発と既設石炭ボイラでのアンモニア混焼技術
  • はじめに
  • 1.既設石炭火力のトランジション技術の必要性
  • 2.アンモニア燃焼とNOx低減
    • 2.1 アンモニア燃料の特性
    • 2.2 石炭火力発電所におけるNOx対策の現況
    • 2.3 アンモニア燃焼技術
  • 3.NEDO「アンモニア混焼火力発電技術研究開発・実証事業」の概要
    • 3.1 アンモニア専焼バーナの開発と石炭火力ボイラへの適用
      • 3.1.1 発電用アンモニア専焼バーナの開発・設計 (2021年度)
      • 3.1.2 アンモニア専焼バーナの設計コンセプトの立案 (2022年度)
      • 3.1.3 アンモニア最適混焼方法の検討 (2022年〜2023年度)
      • 3.1.4 数値解析によるアンモニア大量混焼時の燃焼特性評価
    • 3.2 アンモニアサプライチェーン構築に向けたスタディ
      • 3.2.1 アンモニア製造・船舶輸送
      • 3.2.2 発電所へのアンモニア燃料受入および利用
  • 4.今後の技術開発の方向性
  • おわりに
第4節 アンモニアを燃料とするガスタービンの研究開発と燃焼特性
  • はじめに
  • 1.設備
    • 1.1 ガスタービン
    • 1.2 アンモニア供給設備・脱硝装置
  • 2.開発結果
    • 2.1 アンモニア専焼運転
    • 2.2 アンモニア混焼運転
    • 2.3 NOx対策
    • 2.4 液噴燃焼
    • 2.5 シングルフューエル化
    • 2.6 アンモニアサプライチェーン実証
  • 3.まとめ
第5節 既設微粉炭火力発電所に適用可能なアンモニア混焼時の低NOx対策
  • はじめに
  • 1.アンモニア混焼時の低NOx対策の開発に用いた試験装置
    • 1.1 マルチバーナ炉の概要
    • 1.2 使用した燃焼バーナ
  • 2.既設微粉炭火力発電所に適用可能な低NOx対策
    • 2.1 アンモニア供給バーナ段の位置選定
    • 2.2 供給ノズルの変更および運転条件の適正化
  • おわりに

第6章 ディーゼルエンジンへのアンモニア利用・燃焼技術

- CO2ゼロ船に向けた アンモニア燃料船の設計 –

第1節 アンモニア‐ディーゼルデュアルフューエルエンジンの現状と課題
  • はじめに
  • 1.アンモニアの性質と燃料利用における課題
    • 1.1 燃料としての積載性
    • 1.2 燃焼性
    • 1.3 毒性
    • 1.4 腐食性
  • 2.ディーゼルエンジンを利用したアンモニアの燃焼
    • 2.1 ディーゼルエンジンにおけるアンモニアの燃焼方法
      • 2.1.1 予混合方式デュアルフューエル
      • 2.1.2 直接噴射式デュアルフューエル
    • 2.2 予混合方式デュアルフューエルエンジンでのアンモニア燃焼
      • 2.2.1 実験装置
      • 2.2.2 アンモニア供給量による影響
    • 2.3 パイロット燃料噴射タイミングの変更による未燃NH3とN2Oの低減
  • 3.まとめ
第2節 アンモニア/ガソリン混焼燃焼の乗用車用エンジンへの適用
  • はじめに
  • 1.アンモニアの燃焼性能の難点に対する解決案の一例
  • 2.アンモニア/酸素の混合気を用いた定容燃焼器の実験結果の一例
    • 2.1 定容燃焼器を用いた実験の実施方法
    • 2.2 定容燃焼器を用いた実験の結果の一例
  • 3.アンモニア/ガソリン/空気の混合気を用いた実機エンジンでの燃焼実験の一例
    • 3.1 実機エンジンを用いた実験の実施方法
    • 3.2 実機エンジンを用いた実験の結果の一例
第3節 船舶用アンモニア燃料焚大型機関 — 船舶における次世代燃料への転換 —
  • はじめに
  • 1.二元燃料エンジンの普及度
    • 1.1 アンモニア焚二元燃料エンジンの普及度の予測
    • 1.2 燃料供給方式・燃焼方式
      • 1.2.1 アンモニア焚きエンジンの開発スケジュール
  • 2.将来の2ストローク船舶用燃料としてのアンモニアに関する考察
    • 2.1 物性
    • 2.2 グリーンアンモニア生産への移行
      • 2.2.1 水の電気分解
      • 2.2.2 空気からの窒素分離
    • 2.3 アンモニア燃料の課題と利点
    • 2.4 舶用燃料の動向
      • 2.4.1 将来の燃料の予測
      • 2.4.2 規制への取り組み
      • 2.4.3 アンモニア燃料混合物
  • 3.アンモニア用の最初の2ストローク二元燃料エンジンの開発
    • 3.1 エンジンの基礎
    • 3.2 燃料供給システムに関する考慮事項
      • 3.2.1 二元燃料運転の原則
      • 3.2.2 再循環システム
      • 3.2.3 燃料供給システム
      • 3.2.4 燃料動弁系
      • 3.2.5 窒素系
      • 3.2.6 二重管換気システム
      • 3.2.7 アンモニア回収システム
    • 3.3 排出削減技術
      • 3.3.1 選択触媒還元技術
  • 4.日本におけるアンモニア焚二元燃料機関搭載船プロジェクト
  • 5.まとめと展望
第4節 カーボンニュートラル実現に向けた舶用燃料転換 (LNG燃料からアンモニア燃料へ)
  • はじめに
  • 1.カーボンニュートラル実現に向けた社会動静と海事産業への影響
    • 1.1 カーボンニュートラル実現に向けたLNG及びアンモニアの役割
    • 1.2 規制動向と船舶運用への影響
  • 2.LNG燃料
    • 2.1 陸上でのLNG利用と本格的な海上輸送の幕開け
    • 2.2 LNG輸送船
    • 2.3 LNG燃料船
  • 3.アンモニア燃料への期待
    • 3.1 アンモニア輸送船
    • 3.2 アンモニア燃料船
  • 4.LNG燃料船からアンモニア燃料船へのトランジション
  • 5.まとめ
第5節 GHG排出規制に対応可能な新燃料への対応技術
  • はじめに
  • 1.排出規制の方向性
    • 1.1 炭素系燃料
    • 1.2 非炭素系燃料
    • 1.3 ライフサイクル評価
  • 2.燃焼方式
    • 2.1 ディーゼル燃焼
    • 2.2 Ottoサイクル燃焼
  • 3.新燃料
    • 3.1 LNG
    • 3.2 エタン
    • 3.3 LPG
    • 3.4 メタノール
    • 3.5 アンモニア
    • 3.6 水素
  • 4.ディーゼル燃焼のための仕組み
    • 4.1 メタノール機関の噴射弁配置
    • 4.2 メタノール供給系
  • 5.安全の確保
    • 5.1 機関までの経路
    • 5.2 機関上の配管
    • 5.3 燃焼シリンダ内
  • 6.アンモニア燃料機関
    • 6.1 アンモニア燃料機関の開発
    • 6.2 アンモニア燃料機関の使われ方
  • おわりに
第6節 アンモニアエンジンによるGHG低減効果の研究
  • はじめに
  • 1.化学反応計算によるアンモニア燃焼生成物特性の把握
    • 1.1 数値計算方法
    • 1.2 数値計算結果
  • 2.アンモニア・軽油混焼実験による基礎燃焼特性の把握
    • 2.1 供試機関および実験条件
    • 2.2 実験結果および考察
      • 2.2.1 NH3混焼割合による影響
      • 2.2.2 空燃比による影響
  • おわりに

第7章 水素キャリアとしてのアンモニア利用技術

- 高い水素含有率、容易な貯蔵!常温・常圧での水素輸送キャリア –

第1節 水素キャリアの種類、特徴とアンモニア利用の可能性
  • はじめに
  • 1.水素キャリアの種類と特徴
    • 1.1 水素キャリアの水素密度の比較
    • 1.2 水素キャリアの水素化反応時のエンタルピー変化の比較
    • 1.3 液化水素、MCHおよびアンモニアの輸送効率とコストの比較
  • 2.「水素社会」の再定義とアンモニア利用の可能性
    • 2.1 日本の「水素社会」は周回遅れか?
    • 2.2 水素・アンモニア発電の規模感
    • 2.3 アンモニアの工業原料としての利用に関する一考察
  • おわりに
第2節 水素キャリアとしてのアンモニア利用技術とその現状
  • はじめに
  • 1.液体アンモニアの形で再生可能エネルギーを輸送するための可能な経路
    • 1.1 燃料電池車両で使用する高純度水素の製造
    • 1.2 燃料電池を介した定置用途向けのアンモニア利用
      • 1.2.1 定置用低温型燃料電池のアンモニア利用
      • 1.2.2 定置用高温型燃料電池のアンモニア利用
    • 1.3 タービンまたは改良され内燃機関でのアンモニア燃焼
  • 2.燃料としてのアンモニアの導入
    • 2.1 燃料としてのアンモニアの特徴
    • 2.2 アンモニア燃焼の利用技術
    • 2.3 アンモニア・水素混焼エンジンシステム
    • 2.4 アンモニア分解・燃料電池車両システム
  • 3.エクセルギー解析を用いた燃料の検討
    • 3.1 燃料のエクセルギー
    • 3.2 アンモニア燃料電池のエクセルギー解析
  • おわりに
第3節 非貴金属電極触媒によるアンモニアー窒素変換
  • はじめに
  • 1.水素キャリアとしてのアンモニア
  • 2.電気化学的アンモニア酸化
    • 2.1 アンモニア電解酸化反応の速度論とメカニズム
    • 2.2 アンモニア酸化反応の電極触媒
      • 2.2.1 白金系電極触媒
      • 2.2.2 ニッケル系電極触媒
  • おわりに
第4節 アンモニアからの水素製造のためのニッケル系触媒の開発
  • はじめに
  • 1.ニッケル触媒によるアンモニア分解反応
  • 2.触媒担体のアンモニア分解反応への影響
  • 3.添加成分のアンモニア分解反応への影響
  • 4.まとめ
第5節 水素キャリアとしてのアンモニアの分解システム
  • はじめに
  • 1.アンモニア分解水素の利用
  • 2.アンモニア分解用触媒の活性と水素分離効果
  • 3.エネファーム規模の膜反応器によるアンモニア分解からの水素発生
  • おわりに
第6節 アンモニアから純水素を製造するためのプラズマメンブレンリアクター
  • はじめに
  • 1.アンモニアからの純水素製造における課題
  • 2.アンモニア分解ガスからの水素分離法
  • 3.プラズマメンブレンリアクター
    • 3.1 実験装置
    • 3.2 プラズマによる水素分離流量増加
    • 3.3 プラズマメンブレンリアクターの水素分離メカニズム
    • 3.4 純水素製造装置の試作
  • 4.まとめ
第7節 アンモニアを利用したグリーン水素キャリア
  • はじめに
  • 1.水素の輸送方法
    • 1.1 気体 (水素ガス) のまま輸送
    • 1.2 液体にして輸送
    • 1.3 固体 (水素吸蔵合金) – 輸送用途には不向き
  • 2.水素輸入サプライチェーン実証プロジェクト
    • 2.1 輸入する場合はどの輸送方法がベストか?
    • 2.2 水素キャリアのコスト比較
    • 2.3 水素輸入サプライチェーン実証プロジェクト
      • 2.3.1 液化水素 – 豪州褐炭由来水素プロジェクト
      • 2.3.2 有機ハイドライド- ブルネイ未利用ガス由来水素プロジェクト
      • 2.3.3 アンモニア- 日サウジ間ブルーアンモニアサプライチェーン
  • 3.水素キャリアとしてのアンモニアの課題と展望
    • 3.1 水素キャリアの役割
    • 3.2 コスト低減
    • 3.3 輸送インフラの拡充

第8章 アンモニアの普及に向けたサプライチェーン構築への取り組み

- 燃料アンモニアの安定供給へ!資金面で後押しする仕組みとは –

第1節 JBICの燃料アンモニア・サプライチェーン構築に向けた戦略的アプローチ
  • はじめに
  • 1.次世代エネルギー戦略室の設立
  • 2.燃料アンモニアのサプライチェーン構築に向けたJBICのコミットメント
    • 2.1 中期経営計画上の燃料アンモニアの位置付け
    • 2.2 JBIC中期経営計画におけるアクションプラン
  • 3.燃料アンモニア関連案件向け支援メニューの拡充
    • 3.1 重要資源に燃料アンモニアを追加
    • 3.2 先進国における燃料アンモニア関連事業への融資
  • 4.グローバル投資強化ファシリティの創設
  • 5.特別業務によるリスクテイク機能の強化
    • 5.1 JBIC特別業務について
    • 5.2 特別業務の対象リスク
  • 6.MOUを通じた燃料アンモニアのプレーヤーとの関係強化
  • 7.JBICの燃料アンモニアの国際サプライチェーン構築に向けた支援
    • 7.1 サプライチェーン全体に向けたアプローチ
    • 7.2 ブルーアンモニア・水素製造事業向けファイナンス
    • 7.3 グリーンアンモニア・水素製造事業向けファイナンス
    • 7.4 アンモニア・水素輸送事業向けファイナンス
    • 7.5 アンモニア・水素発電事業向けファイナンス
    • 7.6 関連インフラ向けファイナンス
    • 7.7 プロジェクトの段階に応じたファイナンス
  • 8.JBICの水素関連プロジェクトの支援事例
    • 8.1 日本企業向けバックファイナンス
    • 8.2 スタートアップ企業向け出資
    • 8.3 世界最大の水素ファンドへの参画
  • おわりに
第2節 NEXIの脱炭素分野支援の取り組みとアンモニアサプライチェーン
  • はじめに
  • 1.貿易保険による脱炭素プロジェクトの支援枠組み
    • 1.1 日本貿易保険の概要とリスクカバー
    • 1.2 NEXIの主要プロダクトと脱炭素の取り組み
      • 1.2.1 融資向け保険スキーム
  • 2.想定されるアンモニアプロジェクトスキームとリスク
    • 2.1 アンモニアサプライチェーン向けファイナンスの想定スキーム
      • 2.1.1 グリーンアンモニア製造プロジェクト向けスキーム
      • 2.1.2 ブルーアンモニア製造プロジェクト向けスキーム
      • 2.1.3 アンモニア混焼発電事業向けスキーム
    • 2.2 アンモニアプロジェクトのリスク
  • おわり

執筆者

  • 株式会社 ゼロック 松井 大輔
  • 森・濱田松本法律事務所 木山 二郎
  • 森・濱田松本法律事務所 塩見 典大
  • AJS 株式会社 加藤 仁一郎
  • 株式会社 日本総合研究所 段野 孝一郎
  • 武蔵野大学 西脇 文男
  • 森・濱田松本法律事務所 島 美穂子
  • PwCアドバイザリー 合同会社 岩崎 裕典
  • 一般財団法人 キヤノングローバル戦略研究所 堅田 元喜
  • 東洋エンジニアリング 株式会社 中前 俊二
  • 日揮グローバル 株式会社 高桑 宗也
  • 日揮グローバル 株式会社 京藤 正浩
  • 東洋エンジニアリング 株式会社 吉田 延弘
  • 三菱重工業 株式会社 志村 良太
  • 三菱重工交通・建設エンジニアリング 株式会社 三阪 純二
  • 東洋エンジニアリング 株式会社 村岡 一義
  • 早稲田大学 三瓶 大志
  • 早稲田大学 前田 竜駒
  • 早稲田大学 秋山 広夢
  • 早稲田大学 関根 泰
  • 国立研究開発法人 産業技術総合研究所 日隈 聡士
  • 長岡工業高等専門学校 熱海 良輔
  • 東京工業大学 松本 秀行
  • 長岡工業高等専門学校 羽田 泰幸
  • 東北大学 押切 友也
  • 東北大学 中川 勝
  • 北海道大学/台湾国立陽明交通大学 三澤 弘明
  • 早稲田大学 岩本 正和
  • 広島大学 宮岡 裕樹
  • 広島大学 市川 貴之
  • 大阪大学 白石 康浩
  • 大阪大学 平井 隆之
  • 東京都市大学 江場 宏美
  • 九州工業大学 吉田 蒼馬
  • 九州工業大学 高辻 義行
  • 九州工業大学 春山 哲也
  • 京都大学 植田 充美
  • 京都大学 渡邉 幸夫
  • 京都大学 青木 航
  • 福岡大学 久保田 純
  • 東京大学 岡﨑 萌
  • 東京工業大学 大友 順一郎
  • 東海大学 桑畑 周司
  • 沼津工業高等専門学校 稲津 晃司
  • 北海道大学 菊地 隆司
  • 東邦大学 坂田 健
  • 徳島大学 杉山 茂
  • 木村化工機 株式会社 池田 博史
  • 広島大学 菅沼 有維斗
  • 広島大学 松村 幸彦
  • 長崎大学 小山 光彦
  • 東京工業大学 中崎 清彦
  • 国立研究開発法人 農業・食品産業技術総合研究機構 福重 直輝
  • 保泉技術士事務所 保泉 真一
  • 一般社団法人 火力原子力発電技術協会 大地 昭生
  • 電源開発 株式会社 野口 嘉一
  • 国立研究開発法人 産業技術総合研究 壹岐 典彦
  • 一般財団法人 電力中央研究所 木本 政義
  • 国立研究開発法人 海上・港湾・航空技術研究所 仁木 洋一
  • 上智大学 一柳 満久
  • 上智大学 鈴木 隆
  • マンエナジーソリューションズ ジャパン 株式会社 杉浦 公彦
  • 三菱造船 株式会社 上田 伸
  • 株式会社 三井E&S 大津 正樹
  • ヤンマーホールディングス 株式会社 松永 大知
  • 国立研究開発法人 物質・材料研究機構 西宮 伸幸
  • 工学院大学 雑賀 高
  • 山口大学 中山 雅晴
  • 近畿大学 室山 広樹
  • 宇都宮大学 伊藤 直次
  • 株式会社 巴商会 今 俊史
  • 株式会社 巴商会 秋永 富士夫
  • 岐阜大学 神原 信志
  • 株式会社 国際協力銀行 日高 啓貴
  • 株式会社 日本貿易保険 秋山 洋児

出版社

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体裁・ページ数

A4判 448ページ

ISBNコード

978-4-86104-953-8

発行年月

2023年5月

販売元

tech-seminar.jp

価格

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