都市ゴミからの次世代航空機燃料の供給に向けた...

次世代航空機燃料シンポジウム 2015年7月8日

都市ゴミからの次世代航空機燃料の供給に向けたロードマップ

国立研究開発法人産業技術総合研究所材料・化学領域研究戦略部

上席イノベーションコーディネーター

平田悟史


次世代航空機燃料に求める条件

CO2排出量の低減ができること

現行のケロシンと同程度の価格

2020年に商業飛行ができる

国内で製造

化石資源由来は対象外バイオマス資源を原料とする

バイオマス資源の輸入はコストアップ要因（海外で燃料製造し輸入する方がよい）国内で利用可能なバイオマス資源は限られる

安価な原料の使用が不可欠

製造のための基本技術が確立していること（新たな研究開発では間に合わない可能性）

第1分科会では、都市ゴミから次世代航空機燃料の製造について、技術検討を行いロードマップを作成した。


国内バイオマスの賦存量と利用可能量

出典：第4回バイオマス活用推進会議資料（2012）


バイオマス資源の賦存量・利用可能量と適合性

賦存量（万t-dry/年）

利用可能量（万t-dry/年）

適合性備考

林地残材 800 800 △ 収集・運搬が困難、価格が高い

炭素量を重量の50%

と想定

農作物非可食部 996 698 △ 収集・運搬が困難、肥料用との競合


と想定

建設発生木材 362 36 △ すでに90%が使われている


と想定

製材工場等残材 340 18 △ すでに95%が使われている


と想定

都市ゴミ 3,120 1) ○ 全量が収集されている水分が重量の40%と想定

1) 一般廃棄物発生量 5,200万t/年出典：理科年表


第1分科会の活動の概要

伊藤忠エネクス株式会社伊藤忠商事株式会社国立研究開発法人宇宙航空研究開発機構オリックス資源循環株式会社国立研究開発法人産業技術総合研究所JFEエンジニアリング株式会社シェルジャパン株式会社石油資源開発株式会社東京大学東洋エンジニアリング株式会社日本アジア投資株式会社日本航空株式会社野村リサーチ・アンド・アドバイザリー株式会社日立造船株式会社三井造船株式会社株式会社三井物産戦略研究所経済産業省国土交通省環境省国立研究開発法人新エネルギー・産業技術総合開発機構IATA JAPAN（国際航空運送協会）計21組織

会合とおもな議題メンバー

2014年7月4日第1回分科会・ガス化技術の現状整理2014年7月25日第2回分科会・LanzaTech社技術・Green Sky Londonプロジェクト2014年8月22日第3回分科会（東広島）・ガス化・FT合成ベンチスケール設備見学・検討項目の整理2014年9月5日第4回分科会・JFEエンジニアリングのガス化改質炉・実証設備/実用化設備のイメージ検討2014年10月3日第5回分科会・採算性検討2014年10月17日第6回分科会・アルコール発酵＋ATJプロセスの検討2014年11月27日第7回分科会（千葉）・JFEエンジニアリングのガス化改質炉見学2015年1月16日第8回分科会・燃料の規格、品質検査について


都市ゴミからの航空機燃料製造プロセス

第1分科会においては次の3つのプロセスを対象に検討を行った

都市ゴミ

ガス化ガス精製合成ガス FT合成アップグレーディング

航空機燃料

JFEエンジニアリングの保有技術（ガス化改質施設）

東洋エンジニアリングのライセンス技術（Velsysマイクロリアクター）

合成ガス発酵エタノール ATJ

LanzaTechの保有技術

エタノール発酵

日立造船の保有技術


都市ゴミとは台所ごみ○生ごみ ○貝殻 ○アルミホイル ○廃油（固めるか、紙・布に染み込ませて）

硬質プラスチック類のうち、カセットテープ、ビデオテープ

軟質プラスチック類○洗剤ボトル ○発泡スチロール ○食用油のボトル○ソース・マヨネーズ・卵パックなどの容器 ○ペットボトルのラベル、キャップ

皮革類、ゴム類○カバン ○靴 ○ボール（空気を抜いてから） ○ゴムホース・ビニールホース

木の枝、刈り草・葉

再生利用できない紙類・布類○シュレッダーした紙 ○紙くず ○おむつ（汚物を取り除いてから） ○汚れのついた紙

布類○わたや羽毛の入った衣類 ○布団・カーペット・じゅうたん類で指定袋に入るもの

その他○在宅医療ごみ ○使い捨てカイロ ○乾燥剤 ○保冷剤 ○ペット類のフン、猫砂

千葉市ホームページ可燃ごみ生ごみ

可燃分 53.88% 20.50%

灰分 6.64% 3.00%

水分 39.48% 76.50%

低位発熱量 (kJ/kg) 10,726 2,175大都市部における生ごみバイオガス化の有効性の検討楊翠芬（産総研）ほか、第３回日本ＬＣＡ学会研究発表会講演要旨集（2008 年2月）

千葉市の例


都市ゴミの熱量

第18回廃棄物学会研究発表会小集会発表資料地球温暖化防止における都市ごみサーマルリサイクルの役割の現状と可能性 2007 年 11 月廃棄物学会学術研究委員会廃棄物焼却研究部会

プラスチックの埋立処理をしていないケース


都市ゴミのガス化技術

シャフト炉式ガス化溶融炉

横型円筒旋回炉

流動床-旋回燃料溶融炉

その他

コークスベッド式直接溶融炉

JFEエンジニアリング上部流動式高温ガス化溶融炉

新日鉄住金エンジニアリング

コークス不使用・酸素吹き込み式溶融炉新日鉄住金エンジニアリング

プラズマ式直接溶融炉日立金属

多管付円筒回転炉-旋回溶融炉日立造船、タクマ、シーメンス

外熱円筒回転炉-表面溶融炉 IHI、クボタ

セラミック熱交-竪型旋回式

神戸製鋼所流動床-竪型旋回式

荏原

仕切流動床-竪型旋回式三菱重工業

流動床-横型旋回式川崎重工業

外熱式多筒型ロータリーキルン

バブコック日立

ガス化改質施設（熱分解・純酸素吹込） JFEエンジニアリング

ロータリーキルン

傾斜旋回溶融炉

間接加熱キルン式三菱重工業

中外炉工業


ガス化改質施設の構造

廃棄物

均質化炉

プレス

脱ガスチャンネル

沈殿槽

ピット酸素製造設備

電力

硫黄

スラグメタル

金属水酸化物

精製合成ガス

工業塩

急冷・酸洗浄

高温反応炉

①廃棄物の圧縮

③ガス化、溶融

酸素

脱硫

②乾燥、熱分解 ⑦ガス精製⑤ガスの改質 ⑥ガスの急冷

ガス発電

再利用水

塩製造装置

⑧水処理④スラグの均質化

酸素


ガス化改質施設

規模酸素供給方法竣工

A 100t/d×3 PSA 2005.3

B 80t/d×2 深冷分離 2005.3

C 185t/d×3 深冷分離 2005.3

D 225t/d×2 深冷分離 2006.9

E 150t/d×2 深冷分離 1999.8

エネルギー収支

稼働実績


Fischer-Tropsch反応

H2 CO 液体炭化水素触媒反応

H2

COH2O

CnH2n+2

金属触媒200～300℃1～5MPa

炭素（C）の数により、ナフサ（Cが5～10）灯油（Cが10～14）軽油（Cが14～20）ワックス（Cが20以上）

（FT反応）

+

活性金属

Fe

Ru

Co

Ni

触媒活性

高い

低い

価格


ガス化炉

ガス化技術は原料と規模で決まる温度700～1,000℃

ガス精製・成分調整工程

脱塵、脱タール、脱硫脱CO2、H2/CO比調整

FT合成反応

圧力2～3MPa

温度200～300℃

ナフサ

水

軽油、灯油ワックスの混合物

実験設備と生成物の例


VELOCYSのFT合成反応技術

リアクター：マイクロチャンネルリアクター

FT合成反応は発熱反応反応時に除熱が必要

熱伝導がよい

出典：Velocys社ホームページ


VELOCYSのFT合成反応技術

リアクター：マイクロチャンネルリアクター

ユニット化されている。ユニット数を増やすことでスケールアップする

スケールアップが容易スケールアップのリスクが少ない

コンパクト

工期が短い 18～24か月（他の方式の場合、5年）


500 ～ 3,000 bpd の中小型FTに適する(=160 ～ 960 kL/d)

（他の方式の場合、10,000 bpd以上）


納入先（計画中を含む）場所規模(bpd) プロセス時期

Calumet Specialty

Products Partners L.P.

Karns City

ペンシルバニア1,000 GTL

GreenSky London

Project (Solena)

ロンドン英国

2,500 都市ごみ→合成ガス→ジェット燃料

2012計画

JV with Entered GTL

joint venture with

Waste Management,

NRG Energy and

Ventech

Oklahoma City

オクラホマ埋立ガス+天然ガス→液体炭化水素

2014計画

パイロットは運転中

Ashtabula GTL Ashtabula

オハイオ2,800 2014計画

Red Rock Biofuels オレゴン 1,100 林地残材→ガス化→液体炭化水素

2014計画

VELCYS社の実績

VELCYS社のFT合成反応技術納入実績



Green Sky London Project

ロンドンの都市ごみ57.5万t-dry／年（2,500t-wet/日相当）1)

1) 水分量を40%と想定、2) 1バレル=159L

バイオジェット燃料製造プラント

生産量 1,043 BPD

(166 kL/日)2)

・リサイクルできるものを除去した後に埋立していたごみが対象・複数のごみ処理業者が搬入

・ナフサ 630 BPD (=100 kl/日) と電力20MWも併産・2015年着工、2017年運転開始予定・ガス化技術：Solena Fuels

・FT合成技術：Velocys

･GE, Honeywell, FLUOR, Barclay,

British Airways, 伊藤忠が参加・総事業費 5億ドル・リスク要因在来燃料価格の下落

ガス精製技術

ロンドンシティ空港で給油

・Jet A-1として給油車から給油・在来燃料との混合は空港で行う・同空港のBAの必要量の2%

・BAが在来燃料と同価格で11年間全量買取


ガス化＋FT合成プロセスの概算例

原料（ゴミ） 10,000kJ/kg = 2,390 kcal/kg低位発熱量

投入量 1,000 t/d

投入エネルギー量 1×1013J/d = 0.278☓107kWh/d = 115,833 kW

ガス化炉

補助エネルギー量（仮） 5,000 kW

効率 46.6%

合成ガスエネルギー量 56,330 kW

液体燃料製造工程ジェット燃料留分収率 30%

ジェット燃料 16,900kW = 146×1010 J /d

18.4 MJ / L

39,750 L /d = 250 BPD

発電工程オフガスをガスエンジンで発電 30%×ガスエンジン発電効率 35%

発電量 56,330 kW × 0.3 × 0.35 = 5,915 kW

所内動力の一部を賄う


都市ゴミからの航空機燃料製造プロセス

第1分科会においては次の3つのプロセスを対象に検討を行った

都市ゴミ

ガス化ガス精製合成ガス FT合成アップグレーディング

航空機燃料

JFEエンジニアリングの保有技術（ガス化改質施設）

東洋エンジニアリングのライセンス技術（Velsysマイクロリアクター）

合成ガス発酵エタノール ATJ

LanzaTechの保有技術

エタノール発酵

日立造船の保有技術


都市ゴミからの航空機燃料製造プロセスの比較

ガス化＋FT合成＋水素化分解

ガス化＋嫌気性発酵＋化学反応（ATJ）

糖化＋アルコール発酵＋化学反応（ATJ）

国産技術の有無ガス化：ありFT合成：あり水素化分解：あり

ガス化：あり嫌気性発酵：なし化学反応：なし

糖化：ありアルコール発酵：あり化学反応：なし

技術の成熟度ガス化：完成FT合成：完成水素化分解：完成

ガス化：完成嫌気性発酵：完成

（実証中）化学反応：不明

糖化：ありアルコール発酵：あり化学反応：不明


バイオジェット燃料導入に向けたロードマップ

2015 2018 2020 2025

国内線フライトで使用

2030～

実証プラント建設

バイオ燃料製造（都市ゴミ→合成ガス→FT） 500kL/年（≒10 BPD)）

10%混合で使用B737型フライト約600便/年

実証

実用化商用プラント建設（1,000 BPD ← 都市ゴミ2,000t/d）

国内大都市部、海外主要空港周辺への立地を想定

商用プラント建設（300 BPD ← 都市ゴミ600t/d）

国内地方空港への展開（ただし採算性に課題）

B737型機 1フライト（約1時間）で使用する燃料は、4,000L

（ジェット燃料 : 軽油 = 5:5）


実用化イメージ

原料

ガス化

ガス精製・成分調整

FT合成反応

分解精製・蒸留

ジェット燃料+軽油160kL/日

2,000t/日

合成ガスのエネルギーの60%をジェット燃料と軽油に変換

発電 19,000kW

ゴミが持つエネルギーの40%を合成ガスに変換

合成ガスのエネルギーの35%を電力に変換

排出原単位を400kg/人・年とすると人口183万人分に相当

100円/L近くへ

－?円/t

非化石資源由来の航空機燃料のニーズはある。

安価でなければ実用化は困難。

日本国内の資源から製造するのであれば、都市ゴミからの製造が最有力。


ビジネスモデル

一般廃棄物

産業廃棄物

未利用バイオマス資源

ゴミ焼却工場Drop-in-fuelを直接供給

BTLプラント（空港隣接地）

ガス化・ガス精製技術

FT合成・水素化分解・分留技術

廃棄物収集

プラントエンジニアリング技術

燃料ユーザー

紙、製材工場等残材、建設発生木材農作物非食用部、林地残材のうち低コストで収集できるもの

処分場


ご清聴ありがとうございました。

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