化学ループ法による水素生成・二酸化炭素分離システムの開発

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化学ループ法と再生可能エネルギーを融合させた新規なシステムの提案として、今年度はバイオマスおよび太陽電池の余剰電力の有効利用を指向し、以下の二つの新規プロセスについて検討した。まずは、木質バイオマス発電における二酸化炭素の分離回収を含めた化学ループの技術および経済性の評価を行った。化学ループ法の優位性を検証するために、従来の木質バイオマスの直熱燃焼後の二酸化炭素の分離回収との比較を行った。化学ループ法については、流動層リアクターを含む詳細なシステム設計を行い、発電スケール毎に評価を行った。二酸化炭素の輸送プロセスについては、液化した二酸化炭素のトラック輸送が低コストであることが明らかになった。その結果、化学ループ法を用いた場合、二酸化炭素の回収質量あたりのトータルのバイオマス発電コストは従来法と比較して17％低減できることが明らかになった。その際の最適発電スケールは50 MWthであった。また、発電における二酸化炭素排出原単位は0.35 kgCO2/kWhであった。一方、日本国内の系統電力の二酸化炭素排出原単位は0.53 kgCO2/kWh程度であり、発電コストおよび二酸化炭素排出削減の両者の観点から、化学ループ法の優位性を示すことができた。続いて、再生可能エネルギーを利用した化学ループ法による二酸化炭素利用の技術評価を行った。太陽電池の余剰電力による水電解から生成した水素を用いて、金属酸化物の還元と後続の二酸化炭素による金属酸化物の再酸化から一酸化炭素を得るプロセスについて検討を行った。種々の金属酸化物を熱力学の観点から検討し、鉄・マンガン系金属酸化物の優位性が示唆された。得られる一酸化炭素の濃度と生成効率の間にはトレードオフの関係があるが、10～11％程度の一酸化炭素の生成効率が得られることが示された。