CCUによるメタノール製造の環境影響評価

Environmental Assessment ofmethanol production using carbon

令和2年2月26日(水)

東京都市大学 環境学部 環境マネジメント学科

伊坪徳宏研究室 学部3年

〇尾崎亮太 〇鈴木隼斗 〇髙橋毅一郎

指導）伊坪徳宏

2020/2/26 伊坪研究室 1

CCUによるメタノール製造の環境影響評価

目次

１.社会背景・CCUSの需要・CCUS技術・国内CCUS技術・メタノールの需要・用途

2.研究背景・論文紹介

・CCU国内、世界動向説明

・今回想定した東芝技術例説明

3.研究目的

4.研究方法・システム境界・入力データ説明

5.研究結果・各プロセス比較結果

・CO2→CO

6.まとめ・提案

7.課題と限界・展望

参考文献

社会背景

2020/2/26 伊坪研究室 3

CCUによるメタノール製造の環境影響評価

SDGs

1.社会背景-CCUSの需要-

✓ パリ協定で産業革命前からの平均気温の上昇を1.5℃に抑える努力が追及された

✓ 持続可能な開発目標を達成するために、省エネルギー・再生可能エネルギーとともにCCUSは今後必要な技術となってくる

パリ協定世界共通の目標として1.5℃への言及

https://www.iea.org/

CCUによるメタノール製造の環境影響評価

1.社会背景ーCCUS技術ー

2

参照：カーボンリサイクル技術ロードマップ

図;CCUS技術について

CCUによるメタノール製造の環境影響評価

1.社会背景ー国内CCUSー

CCUによるメタノール製造の環境影響評価

1.社会背景ー国内CCUSー

CO₂利用

• 日立造船株式会社• 積水化学工業株式会社• 株式会社豊田中央研究所• 株式会社東芝

メタネーション、人工光合成等によるCO₂資源化

CCUによるメタノール製造の環境影響評価

1.社会背景-メタノール需要と用途について-

✓ 合成ガス・メタノールの使用用途は多岐にわたる✓ 主に燃料で使われることが多い✓ メタノールの年間の需要は上昇傾向にある✓ 特にオレフィンやホルムアルデヒドの需要が高まっている

参照：MMSA

図；メタノールの需要

研究背景

2020/2/26 伊坪研究室 9

CCUによるメタノール製造の環境影響評価

・研究背景ー研究動向ー

年数 論文名 出典 概要

2004 Life cycle assessment of hydrogen fuel production processes

International Journal of Hydrogen Energy 水素製造方法である、天然ガスの水蒸気改質、石炭ガス化、風力及び、太陽電気分解による水電解の５つのエネルギーとCO2排出量の比較

Volume 29, Issue 14, November 2004, Pages 1443-1450

2014 日本におけるCCS付き石炭火力発電のライフサイクルアセスメント（その2) 電力中央研究所報告CCS付き火力発電の環境側面を明らかにするため、太陽光発電、地熱発電と比較した

2015A comparative study of CO2 utilization in methanol synthesis with various syngas production technologies

Jounal of CO2 Utilization

メタノール合成のCCUS技術を技術経済分析及び環境分析行った結果、電気料金は半分に下がるべき、メタノール価格は2倍に上がるはずである

2016 我が国のCCS政策について 経済産業省日本国の経済産業省が進めるCCS政策について

2016 ライフサイクルを考慮した 水素の温室効果ガス排出量に関する 評価報告書 みずほ総研ライフサイクル全体での様々な水素製造のGHG排出量を評価した

2016Methanol synthesys using CO2 as raw material:Techno-economic and environmental assessment

Applied Energy

Ｈ ２を使用し、回収ＣＯ ２を原料として行うメタノール（ＭｅＯＨ）の生産を技術経済的および環境的な測定基準によって、メタノールの生産量を評価する

2016Electrochemical generation of syngas from water and carbon dioxide at industrially important rates

Journal of CO2 Utilization効率の良い合成ガス製造について、2つの製造方法を検討する。

2017 CO2を原料とした化学品製造に関する調査 The TRC News,201806-04(June 2018)TRC社が内閣府の委託を受けてエネルギー、環境分野

2018Improving mathanol synthesis from carbon-free H2 and captured CO2: A techno-economic and environmental evaluation

Jounal of CO2 Utilization

プラントから回収されたCO2と二酸化炭素を含まない方法で得られた再生可能なH2を使用してメタノールを生産するものを技術経済的観点から評価

2017 水と二酸化炭素を原料とした有機物の合成 表面科学Vol38ハイブリッド光触媒（半導体-金属錯体触媒）の研究開発、人工光合成反応の実証と高効率化

2019Consequential life cycle assessment of carbon capture and utilization technologies within the chemical industry

Jounal of CO2 Utilization産業レベルで用いられるCCUのさまざまな技術の影響評価を行った

2019Life cycle assessment and economic analysis of methanol production from coke oven gas compared with coal and natural gas routes

Journal of Cleaner Productionコークス炉、石炭、天然ガスからの3つのメタノール製造をコストと環境影響で比較評価を行った。

2019 Alternative production of methanol from industrial CO2 Renewable Energyセメント工場からの排ガスを用いたメタノール製造のLCAを行った。

CCUによるメタノール製造の環境影響評価

2.研究背景-研究動向-

「研究開発の俯瞰報告書 環境・エネルギー分野(2019年)」 研究開発戦略センター

機関名 概要

NEDO人工光合成化学プロセス技術研究組合東京大学

太陽電池材料として知られるCu,Se₂をベースとした光触媒で、非単結晶光触媒の中で世界最高の水素生成エネルギー変換効率12.5%を達成した。

豊田中央研究所 半導体と金属錯体触媒を複合化した板状の「人工の葉」素子が太陽光照射下、水とCO₂から有機物であるギ酸を生成することを報告した。その太陽光変換効率は植物の光合成反応の効率に匹敵する。

東京理科大 酸化コバルト修飾BiVO₄、還元型酸化グラフェン、CuGaS₂を組み合わせたZ-スキーム型粉末光触媒系がCOを生成することを見出した。

東理大 工藤 水を原子炉としてCO₂の還元を達成。低濃度のCO₂でも働く金属錯体光触媒を報告。

東工大 石谷 ハロゲン化アリールとCO₂から芳香族カルボン酸を得る反応を、可視光エネルギーを利用した還元手法を用いて二種の金属錯体触媒を用いることで効率よく行うことに成功した。

富山大 椿ら CO₂とメタンから合成ガスを製造するドライ改質において、メタンの部分酸化と組み合わせることによって排出されるCO₂以上のCO₂を資源化できる可能性が示された。

CCUによるメタノール製造の環境影響評価

2.研究背景-研究動向-

国・ 地域 フェーズ 現状 トレ ンド 各国の状況、評価の際に参考にした根拠など

日本

基礎研究 ◎ ↗

●人工光合成の分野で世界トップクラス（堂免、工藤、石谷ら）。しか し、実用化を見据えたターゲット化合物の選定とはなっていないこ とが多い。この分野の課題は一般に太陽エネルギー変換効率の向上 と言われるが、その前に意味のあるターゲット化合物の選定が優先とされている。

応用研究・開発◎ ↗

●化学企業（旭化成）がCO2 を原料とするカーボネート製造、尿素 （←CO2 原料）を用いるイソシアネート製造および高効率水電解シ ステム（再生エネルギー由来電力の使用を想定）を開発。これらの 技術はいずれも世界トップレベル。一方、NEDO・人工光合成化学 プロセス技術研究組合の研究開発成果も世界トップクラスである。

米国基礎研究 ◎→

●化学的変換・生物化学的変換ともに基礎研究の層が厚く、世界を先導している。シェールガス・石油の開発進展およびトランプ政権の政策が基礎研究にネガティブな影響を与える可能性。

応用研究・開発◎ →●化学的変換・生物化学的変換ともに多くのベンチャーが活発に開発を進めている。シェールガス・石油の開発進展およびトランプ政権の政策が基礎研究にネガティブな影響を与える可能性。

欧州

基礎研究 ○ ↗

【EU】 ●均一系光錯体触媒でフランスとスウェーデンが強い。均一系光錯体 触媒と半導体光電極の組み合わせも検討されている。 【英国】 ●均一系光錯体触媒に強い。Reisnerのグループが引っ張っている。 【ドイツ】 ●歴史があり、かつて人工光合成の中心地の一つであったが、研究者 が減り停滞、現在、回復途上。今後に注目。 【フランス】 ● CO2 の電気化学還元で歴史を持っている。スウェーデンとともに欧 州の人工光合成を引っ張っている。Artero のグループが活発な研究 活動。

応用研究・開発○ ↗

【ドイツ】 ●脱原発を決定しており、Audi g-gas プロジェクトなど多くのPower to Gas およびFuel プロジェクトが進行中。CO2 と再生エネルギー 由来の水素から製造したメタンを燃料とする車の販売（CO2 の排出 量を80%削減）が始まっている。 【アイスランド】●地熱発電の電力を用いる水の電気分解により水素を製造。この水素 と CO2 からメタノールを約4,000t/ 年製造（CO2 の絶対量を削減） しガソリンの添加剤として使用［アイスランドのガソリン市場の 2.5%相当］。規模は小さいが実用化レベル。

CCUによるメタノール製造の環境影響評価

2.研究背景-研究動向-

国・ 地域 フェーズ 現状 トレ ンド 各国の状況、評価の際に参考にした根拠など

日本

基礎研究 ◎ ↗

●人工光合成の分野で世界トップクラス（堂免、工藤、石谷ら）。しか し、実用化を見据えたターゲット化合物の選定とはなっていないこ とが多い。この分野の課題は一般に太陽エネルギー変換効率の向上 と言われるが、その前に意味のあるターゲット化合物の選定が優先とされている。

応用研究・開発◎ ↗

●化学企業（旭化成）がCO2 を原料とするカーボネート製造、尿素 （←CO2 原料）を用いるイソシアネート製造および高効率水電解シ ステム（再生エネルギー由来電力の使用を想定）を開発。これらの 技術はいずれも世界トップレベル。一方、NEDO・人工光合成化学 プロセス技術研究組合の研究開発成果も世界トップクラスである。

米国基礎研究 ◎→

●化学的変換・生物化学的変換ともに基礎研究の層が厚く、世界を先 導している。シェールガス・石油の開発進展およびトランプ政権の 政策が基礎研究にネガティブな影響を与える可能性。

応用研究・開発◎ →●化学的変換・生物化学的変換ともに多くのベンチャーが活発に開発 を進めている。シェールガス・石油の開発進展およびトランプ政権 の政策が基礎研究にネガティブな影響を与える可能性。

欧州

基礎研究 ○ ↗

【EU】 ●均一系光錯体触媒でフランスとスウェーデンが強い。均一系光錯体 触媒と半導体光電極の組み合わせも検討されている。 【英国】 ●均一系光錯体触媒に強い。Reisnerのグループが引っ張っている。 【ドイツ】 ●歴史があり、かつて人工光合成の中心地の一つであったが、研究者 が減り停滞、現在、回復途上。今後に注目。 【フランス】 ● CO2 の電気化学還元で歴史を持っている。スウェーデンとともに欧 州の人工光合成を引っ張っている。Artero のグループが活発な研究 活動。

応用研究・開発○ ↗

【ドイツ】 ●脱原発を決定しており、Audi g-gas プロジェクトなど多くのPower to Gas およびFuel プロジェクトが進行中。CO2 と再生エネルギー 由来の水素から製造したメタンを燃料とする車の販売（CO2 の排出 量を80%削減）が始まっている。 【アイスランド】●地熱発電の電力を用いる水の電気分解により水素を製造。この水素 と CO2 からメタノールを約4,000t/ 年製造（CO2 の絶対量を削減） しガソリンの添加剤として使用［アイスランドのガソリン市場の 2.5%相当］。規模は小さいが実用化レベル。

✓ 日本でのCCUに関する研究は他国に比べて活動成果が見えている✓ 日本はCCUの研究技術は世界トップレベルであるが実用化を見据えたターゲット化合物の選定

とはなっていない

✓ 実際ではCCUは国内で行うことが可能ではないか✓ 実用化にあたっての先駆けになるのではないか➢ 海外で想定したCCUよりも国内での想定で行う

2020/2/28 伊坪研究室 14

2．研究背景-研究紹介-

論文名: Alternative production of methanol from industrial CO2

研究目的✓ プロセスチェーン全体の完全な技術経済及び、環境評価を通じて、メタノールへのCO₂

変換の関心を評価し、強調すること

セメント工場 CO2回収 メタノール合成

水素製造

2020/2/28 伊坪研究室 15

2．研究背景-研究紹介-

✓ 従来のメタノール製造と比較して、化石資源枯渇・人体毒性・富栄養化・酸性化・気候変動への影響が下がることがわかる

➢ メタノール生産の代替手段であることがある

論文名: Alternative production of methanol from industrial CO2

5割削減

CCUによるメタノール製造の環境影響評価

2.研究背景-CO2資源化技術-

2020/2/28 16

東芝：二酸化炭素電解槽・負極側の反応

CO2 + 2H+ + 2e-→ CO + H2O

・正極側の反応

2H2O → 4H+ + 4e– + O2

イオン交換膜

酸化イリジウム

銀

参照「東芝 公式サイト」

研究目的

2020/2/26 伊坪研究室 17

CCUによるメタノール製造の環境影響評価

3.研究目的

COP21、COP24を通してパリ協定が締結されたことを受け、その具体的な方策が決定されたが、CCU推進についての記述は様々なところにされている。対象とするメタノールはプラスチック原料、燃料、接着剤などの幅広い用途に使用することができ、今後もメタノールの市場は拡大していくとされている。

①メタノール製造におけるGHG排出による環境負荷を従来製造プロセスの負荷と比較評価する。

社会背景

CCU技術を活用したLCAの既存研究は、国内外を問わず年々進んできている。海外ではCCUの環境影響評価が進みつつあるが、日本国内ではCCUの環境影響評価は少ないことがわかる。

研究背景

研究目的

研究方法

2020/2/26 伊坪研究室 19

CCUによるメタノール製造の環境影響評価

4.研究方法

算定対象１：従来方法メタノール製造２：CCUでのメタノール製造 再生エネルギー由来水素３：CCUでのメタノール製造 改質水素

算定ソフト SimaPro8.1.2

データベース IDEA ver2.1.4

影響領域 気候変動

算定式LCI=Σ（活動量×原単位）特性化 =Σ(LCI×特性化係数(LIME2)

使用データ 2次データ（論文値）

機能単位 メタノール1tの製造

システム境界

CCUによるメタノール製造の環境影響評価

4.研究方法-プロセス紹介-

メタノール

合成ガス

CO+2H₂ =

CH₃OH

③ H₂(文献)

H2天然ガス水蒸気改質法

ガス

①(文献)

天然ガス採掘

脱硫行程

天然ガス

脱硫ガス

水蒸気改質

・・・対象外

・・・対象内

火力発電など

CO2

分離回収

CO2資源化

②・③共通 CO(文献)

排ガス

CO₂

CO

メタノール製造（天然ガス）

メタノール製造（CCU）

②H₂(文献)

電力（風力発電）

水の電気分解

H₂電力

CCUによるメタノール製造の環境影響評価

4.研究方法ーデータの説明ー

使用プロセス

文献名「日本におけるCCS付き石炭火力発電のライフサイクルアセスメント（その2）」（2014）CO2分離回収装置の運用データを用いた。

CO2分離回収の際に必要なエネルギー量→3GJ/t-CO2

CO2分離回収

文献名「ライフサイクルを考慮した水素の温室効果ガス排出量に関する評価報告書」（2016）

改質 15.5kg-CO2eq/kg-H2オンサイト都市ガス改質値

再エネ 3.9kg-CO2eq /kg-H2 国内風力圧縮水素値

水素製造

・分離回収装置の運用データ

・ライフサイクルでのGHG排出量

CCUによるメタノール製造の環境影響評価

4.研究方法ーデータの説明ー

・CO₂利用分反応式 「CO+2H2→CH3OH」 －①

「2CO2+4H++4e-→2CO+2H2O」 －②①から、875kg-CO/ton-methanol②から、1.57g-CO2/g-CO上の結果から、1375kg-CO2/ton-methanol

CO₂利用分

文献名「Life cycle assessment and economic analysis of methanol production

from coke oven gas compared with coal and natural gas routes」（2019）

メタノール製造（天然ガスから） 0.6t-CO2eq/t-met(中国)

従来方法

使用プロセス

・メタノール製造でのGWP

CO2利用分は

1375kg

を1tonメタノール製造当たりCO2利用分とした

CCUによるメタノール製造の環境影響評価

4.研究方法－データ説明－

2020/2/28

論文名:Electrochemical generation of syngas from water and carbon dioxide at industrially important rates

電気量計算を使って、CO₂資源化行程で出てくるCO量を求める

図：固体セルからのガス生成物のGC分析

電圧（V） 電流（mA） 効率（%） 電力（W） CO量（g/h）

2.66 200 80 0.53 0.09

2.75 300 91 0.83 0.16

2.80 500 92 1.49 0.26

y = 0.3365x - 0.0002

R² = 0.9939

0

0.2

0.4

0.6

0.8

1

1.2

0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5

CO

流量

（g/

h）

電力（kWh）

電力とCO流量の関係

電力当たりCO量→「179g-CO/kWh」

図：計算で使用したデータ

CO₂資源化

CCUによるメタノール製造の環境影響評価

4.研究方法－データ説明－

実験方法

1回：1～3時間

→10分ごとに、条件をかえて実験を行う。

条件：電解槽に流す電流量

など

実験目的

・資源化段階でのデータを得る。

実験手順

1：水とCO2を装置に供給

2：電池に一定の電流を流す

3：10分後、CO生成量を測定

2の条件を変えて繰り返し行う

論文名:Electrochemical generation of syngas from water and carbon dioxide at industrially important rates

図：実験イメージ

CCUによるメタノール製造の環境影響評価

4.研究方法-比較事項-

1：従来法とCCUの比較

「CCU」 「従来方法」

2：改質水素と再エネ水素

「CCU 改質水素」 「CCU 再エネ水素」

3：資源化段階 電力比較

「再エネ有」 「再エネ無」

4：現在と技術目標値（カーボンリサイクル技術ロードマップ）

「今回の結果」 「技術目標値」

CCUによるメタノール製造の環境影響評価

4.研究方法-技術目標値について-

「カーボンリサイクル技術ロードマップ 経済産業省」から

・CO2資源化 ・CO2分離回収

→技術目標値として「435g-CO/kWh」を使用(simapro Ecoinvent)

→技術目標値として「1.5GJ/t-CO2」を使用

参照「カーボンリサイクル技術ロードマップ」 参照「カーボンリサイクル技術ロードマップ」

研究結果

2020/2/26 伊坪研究室 28

CCUによるメタノール製造の環境影響評価

-1.5E+03

0.0E+00

1.5E+03

CCU 従来

Kg-

CO

2eq/

ton-m

eth

anol

CCUと従来方法 従来

再エネ水素

CO2資源化

CO2分離回

収

合成ガス→メ

タノール

CO2利用分

5.研究結果-CCUと従来方法の比較-

・CCUでのメタノール製造は従来方法と比べ、GHG排出量を1/6まで削減。

正味排出

1.1E+02

排出

6.0E+02

CCUによるメタノール製造の環境影響評価

-1.5E+03

0.0E+00

1.5E+03

3.0E+03

CCU+改質 CCU+再エネ 従来

Kg-

CO

2eq/

ton-m

eth

anol

水素製造の違い従来

CO2資源化

CO2分離回

収

再エネ水素

合成ガス→

メタノール

改質水素

CO2利用分

5.研究結果-水素製造法の違い-

・水素製造方法によっては、従来法より低い

→再生エネルギー由来水素使用が前提

正味排出

1.6E+03

排出

6.0E+02

正味排出

1.1E+02

CCUによるメタノール製造の環境影響評価

-1.5E+03

0.0E+00

1.5E+03

3.0E+03

4.5E+03

再エネ無 再エネ有 従来

Kg-

CO

2eq/

ton-m

eth

anol

メタノール比較従来

CO2資源化

CO2分離回

収

再エネ水素

合成ガス→

メタノール

CO2利用分

5.研究結果-再エネ由来電力有無-

・CO2資源化段階での電力消費が大きい

→CO2資源化の効率が低い

正味排出

3.1E+03

排出

6.0E+02

正味排出

1.1E+02

CCUによるメタノール製造の環境影響評価

-1.5E+03

0.0E+00

1.5E+03

研究結果 技術目標値

Kg-

CO

2eq/

ton-m

eth

anol

今回の結果と目標値合成ガス→

メタノール

再エネ水素

CO2分離回

収

CO2資源化

CO2利用分

5.研究結果-技術目標値-

・今回の結果より、メタノール製造全体で2.4kg-CO2eq/t-met削減

→資源化と、分離回収工程での排出量それぞれ50%削減

正味排出

1.1E+02排出

-1.3E+02

まとめ

2020/2/26 伊坪研究室 33

CCUによるメタノール製造の環境影響評価

6.まとめ-結果・考察-

・CO2資源化段階について→研究段階のため、評価結果が過大にでてしまう可能性

・全体→システム全体で評価→寄与が大きいものの特定

寄与が大きいものには優先的に再エネ由来電力を導入

→導入技術によって、評価結果の値が大きく変わる。

→資源化段階、分離回収、合成ガスからメタノールへの変換で負荷が大きい各段階の低負荷な技術開発が必要

・結果→CCUでのメタノール製造は、従来方法と比べGHG排出量を1/6まで削減

→CO2資源化段階での電力消費が大きい

→再生エネルギー由来水素の導入が前提となる。

CCUによるメタノール製造の環境影響評価

6.まとめ-CCU改善、提案-

結論・CO2資源化段階

CO2資源化段階の変換効率改善

→CO選択率の向上・・・金触媒の利用、新しい触媒の開発

→反応速度UP（電流密度上昇）・・・触媒の粒子をナノサイズにするなど・・・電圧を変えずに、電流量をあげる。

CO2分離回収→蒸気が大量に必要、

より低温で再生工程が可能な、アミン吸収法の開発

課題と限界

2020/2/26 伊坪研究室 36

CCUによるメタノール製造の環境影響評価

7.課題

1：新しい技術を用いた再評価→低電力のCO2資源化行程→低温で再生可能なCO2分離回収技術→高効率な再エネ由来水素の製造方法

２：製造以外の範囲も含めた評価→輸送の環境負荷を考慮することができなかった→プラント間の材料輸送→最終製品の使用段階も含め、資源代替も考慮

３：他工程での熱の再利用を含めていない

４：実想定を考えた規模の評価が必要

５：電力割合を考慮した評価

課題

CCUによるメタノール製造の環境影響評価

参考文献・Engadged 日本語版（https://japanese.engadget.com/2017/07/05/rex-25kw/）・環境省（http://www.env.go.jp/earth/ccs/ccus-kaigi/1-2_MOE_CCUS_gaiyo.pdf）・TU/e(https://www.tue.nl/en/news/news-overview/07-07-2017-how-to-power-a-bus-on-formic-acid/)・光合成の森（http://www.photosynthesis.jp/）・Stone Washer’s Journal 植物の光合成と人工光合成は何が違うのか？人に有用なエネルギーを作る力(https://stonewashersjournal.com/2015/07/27/photosynthesis/)・The Global Status of CCS: 2017 - Global CCS Institute(https://www.globalccsinstitute.com/wp-content/uploads/2018/12/2017-Global-Status-Report.pdf)・環境配慮型CCS実証事業 CO2分離回収について-東芝エネルギーシステムズ株式会社⽕⼒・⽔⼒事業部(http://www.env.go.jp/earth/ccs/ccus-kaigi/2-3_CCUS_capture.pdf)・燃料電池用Ir－Ru系メタノール酸化触媒(https://www.tytlabs.com/japanese/review/rev334pdf/334_043morimoto.pdf)・Journal of CO2 Utilization Electrochemical generation of syngas from water and carbon dioxide at industrially important rates(https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2212982016300464)・電力は輸入できないのか (http://agora-web.jp/archives/1286554.html)・資源エネルギー庁（https://www.meti.go.jp/committee/kenkyukai/energy_environment/jisedai_karyoku/pdf/002_01_00.pdf）・東芝（https://www.toshiba.co.jp/rdc/detail/1412_01.htm）・Product from syngas(https://previews.123rf.com/images/pattarawit/pattarawit1701/pattarawit170100035/70456547-合成ガス、または合成ガスは、主に非常によく、いくつかの炭酸ガス、一酸化炭素、水素から成る燃料ガスの混合物です。名前は、合成天然ガスを.jpg)・JICCA(https://www.jccca.org/chart/chart04_01.html)

ご清聴ありがとうございました

東京都市大学 環境学部環境マネジメント学科

伊坪徳宏研究室 学部3年

尾崎亮太

鈴木隼斗

髙橋毅一郎2020/2/12 伊坪研究室 39

CCUによるメタノール製造の環境影響評価

おわり

CCUによるメタノール製造の環境影響評価

CO→メタノール 利点

CCUによるメタノール製造の環境影響評価

2.研究方法-人工光合成技術イメージ-

2020/2/28 42

CO2（大気中）

CCUによるメタノール製造の環境影響評価

5.研究方法ーデータだとうー

分離回収「Consequential life cycle assessment of carbon capture and

utilization technologies within the chemical industry」（2019）より現在 CO2分離回収原単位 0.5t-CO2/t-capCO2

水素「ライフサイクルを考慮した 水素の温室効果ガス排出量に関する 評価報告書」（2016）より改質 15.5kg-CO2eq/ton-met オンサイト都市ガス改質値

再エネ 3.9kg-CO2eq /ton-met 国内風力圧縮水素値

システム境界使用プロセス

CCUによるメタノール製造の環境影響評価

・研究背景ー研究動向ー

年数 論文名 出典

2018Improving methanol synthesis from carbon-free H2 and captured CO2 Atechno-

Journal of CO2 Utilization

2017A Review of Post-combustion CO2 Capture Technologies from Coal-fired Power Plants

ScienceDirect

2016Methanol synthesis using captured CO2 as raw material: Techno-economic and environmental assessment

Applied Energy

2015A comparative study of CO2 utilization in methanol synthesis with various syngas production technologies

Journal of CO2 UtilizationVolume 12, December 2015, Pages 62-76

2013 Design and simulation of a methanol production plant from CO2 Journal of Cleaner Productiion

2013Design and simulation of a methanol production plant from CO2 hydrogenation

Jounal of Cleaner Prodaction

2009Chemical Recycling of Carbon Dioxide to Methanol and Dimethyl Ether: From Greenhouse Gas to Renewable, Environmentally Carbon Neutral Fuels and Synthetic Hydrocarbons

JOCPerspective

2009Sustainable process for the production of methanol from CO2 and H2 using Cu/ZnO-based multicomponent catalyst

Physics ProcediaVolume 2, Issue 3, November 2009, Pages 1075-1079

2009 A short review of catalysis for CO2 conversion Catalysisi Today

2008Life cycle assessment of a pulverized coal power plant with post-combustion capture, transport and storage of CO2

International Journal of Greenhouse Gas Control

2008Life cycle assessment of a pulverized coal power plant with post-combustion capture, transport and storage of CO2

International Journal of Greenhouse Gas ControlVolume 2, Issue 4, October 2008, Pages 448-467

2007 Renewable hydrogen utilisation for the production of methanolEnergy Conversion and ManagementVolume 48, Issue 2, February 2007, Pages 519-527

1991 Progress in the partial oxidation of methane to methanol and formaldehyde Catalysis Today

CCUによるメタノール製造の環境影響評価

2.研究方法-人工光合成技術イメージ-

2020/2/28 45

CCUによるメタノール製造の環境影響評価

4.研究方法－活動量－

CO2分離回収 カテゴリ活動量

項目名 数値 単位

運用

蒸気 1.121495 ton

電力 23.6 kWh

MEA 2.4 kg

NaOH 0.13 kg

活性炭 0.08 kg

MEA

製造

Ethylene oxide 816 g

NH3 788 g

電力 0.3 kWh

天然ガス 2.0 MJ

再エネ水素 カテゴリ

活動量

項目名 数値 単位

水電解と貯蔵

Carbon dioxide 208g-CO2/kg-H2

合成ガスメタノール

プロセス全体

GHG 500kg-CO2eq/

ton-methanol

従来メタノール

プロセス全体

GHG 0.76kg-CO2eq/

ton-methanol

文献「日本におけるCCS付き石炭化力発電のライフサイクルアセスメント（その2）」

文献「Alternative production of methanol from industrial CO2」

CCUによるメタノール製造の環境影響評価

4.研究方法－入力データの説明－

CO2→COカテゴ

リ

活動量

項目名 数値 単位

電解槽運用

電力 1 kWh

アノード触媒 2 mg/cm2

カソード触媒 2 mg/cm2

CO2流量 20 cc/min

水流量 5 cc/min

陰イオン交換膜 5 cm2

文献「Electrochemical generation of syngas from water and carbon dioxide at industrially important rates」

文献「 Alternative production of methanol from industrial CO2 」

CCUによるメタノール製造の環境影響評価

1.社会背景-社会問題・CCU需要-

✓ パリ協定が策定した温室効果ガス削減目標を達成するために、CCU技術は必要である

➢ 日本では今後人工光合成技術に力を入れていくと考えられる

CCUによるメタノール製造の環境影響評価

1.社会背景-CCUとは・取り組み-

CO₂利用（Carbon dioxide Capture and Utilization）

CO₂貯留（Carbon dioxide Capture and Storage）

CO₂回収（Carbon dioxide Capture）

✓ 火力発電所等に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

✓ 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できるが、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

✓ 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

火力発電所

CCUSとは？…発電所などから排出されるCO₂を回収し、貯留または有効活用する技術

人工光合成藻類バイオ

etc…

CCUによるメタノール製造の環境影響評価

1.社会背景-CCUポテンシャル- 研究背景か？

コストとポテンシャルから、CCUに期待されることてきな

・削減ポテンシャルとコスト

CO2回収量（Gt-CO2）

CCUによるメタノール製造の環境影響評価

・従来めたー

CCUによるメタノール製造の環境影響評価