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| 報道年月日 |
2022/02/18 |
| 報道機関名 |
日本経済新聞 |
| 会員名 |
脱炭素 |
| タイトル |
再生エネで化学原料製造 |
| 報道記録の内容 |
化学製品の製造に再生可能エネルギーを本格的に活用する動きが広がってきた。現在は天然ガスや石油を燃やして高い温度と圧力にする必要があり、地球温暖化を招く二酸化炭素（ＣＯ２）を大量に出す。温暖化ガス排出実質ゼロにするカーボンニュートラルへの対応が迫られており、化学反応の電化がカギを握る。
プラスチックや合成繊維など化学製品の多くは、エチレンやプロピレンから合成される。エチレンとプロピレンはナフサ（粗製ガソリン）や天然ガス成分のエタンをセ氏７５０～８５０度に熱して分解させることで得る。オランダのユトレヒト大学によると、ナフサを１トン分解する際に出るＣＯ２は１．８～２トン、エタンでは１．０～１．２トンになる。エチレンとプロピレンの製造に伴うＣＯ２排出量は、欧州や日本では化学産業全体の２～３割を占めるという。
エチレンとプロピレン製造の大幅な脱炭素化に、独ＢＡＳＦ、米ダウの２つのグループが挑む。ＢＡＳＦは工業ガス大手の英リンデやサウジアラビアのサウジ基礎産業公社（ＳＡＢＩＣ）と組み、ダウは英シェルと共同で、電気加熱式の製造技術を開発した。いずれも、再エネの使用を前提としており、ＢＡＳＦによるとＣＯ２を最大で９割減らせるという。
ＢＡＳＦなどは独南西部ルートヴィヒスハーフェンにある世界最大級の石油化学コンビナートに実証設備を建設する。２０２３年に稼働し、２０年代後半までの確立を目指す。既存設備の改修を進める計画で、競合他社にも技術をライセンス供与する。必要な再エネ電力をまかなうため、独電力大手ＲＷＥが北海に建設する大規模な洋上風力発電所から調達する。
ダウとシェルは２５年に実証設備を稼働させる計画だ。製造に必要な温度を下げるため、電気を高効率で熱に変換する技術の開発にも取り組む。オランダ政府の支援を受けており、同国内のコンビナートへの導入が見込まれる。３０年代の本格普及を目指す。
多くの化学製品は石油や天然ガスから得た原料をもとに、非常に高い圧力と温度で反応させてつくる。高温・高圧にするために大量の化石燃料を燃やす必要があり、大量のＣＯ２を出す。脱炭素の有力な手段が製造工程の電化だ。
独エネルギー大手のシーメンス・エナジーや仏プラント会社のテクニップエナジーズは、高速モーターやタービンによる新しい製造技術を開発した。ナフサを猛烈な速さでかき回し、発生した熱によってエチレンやプロピレンを得る。エネルギー大手の仏トタルエナジーズやスペインのレプソル、英ＢＰなどと協力し、２３年にも実証試験を始める計画だ。
製造の根幹となる化学反応を電化する技術の開発も加速している。化学反応は分子から電子を奪ったり、与えたりすることで起こせる。電気によって反応を制御する手法は「電気化学」と呼ばれる。石油化学よりも速度は落ちる半面、低い温度と圧力でも反応が進むため、ＣＯ２排出を減らしやすい。化学反応を促す触媒と組み合わせることでＣＯ２の資源化も見通せるようになった。
東京大学の杉山正和教授や千代田化工建設、宇部興産などはＣＯ２からエチレンを電気化学の手法でつくる技術を開発した。政府の大型プロジェクト「ムーンショット型研究開発事業」に採択され、実用化のための技術開発に取り組む。最長で２９年度まで政府の支援を受けられる。
開発には、古河電気工業や清水建設、大阪大学、理化学研究所が加わる。大気や排ガス中のＣＯ２を回収して濃縮。同を主成分とする触媒を負極に取り込み、水素イオンとＣＯ２を反応させることでエチレンを得る。
流した電気の５～６割が反応に使われ、できた物質の半分ほどがエチレンだったことを確かめた。まだ基礎的な成果だが、２６年度まで反応効率の向上や触媒の長寿命化などの技術開発に取り組む。２７年度ごろには、年産１０トン規模の実証生産を始める計画だ。
東芝は化学原料となる一酸化炭素（ＣＯ）をＣＯ２からつくる技術の大規模化に成功した。電極に発生する熱によって効率が落ちる問題に対し、電極の形状を工夫して冷却効率を高めた。４平方センチメートルだった電極面積を１００～４００平方センチメートルに広げられ、２００枚の積層も視野に入れる。
ＣＯに変換する速度は約６０倍になった。１日にＣＯ２を２００トンほど出すごみ焼却場なら、バスケットコート５つ分に当たる２０００平方メートル程度の面積の施設で処理が可能という。
ＣＯを水素と混合すれば、化学品原料のメタノールやジェット燃料などを合成できる。石油由来と比べてＣＯ２を約８割減らせるという。環境省の支援で改良を進め、２５年度の実用化を目指す。
２０世紀の化学は「高温・高圧」を大前提にしてきた。分解や合成といった化学反応が進みやすく、量産に適しているからだ。その基礎を築いたのが、独ＢＡＳＦの技術者で会長としても活躍し、１９３１年にノーベル化学賞を受賞したカール・ボッシュだ。
現在の化学は巨大なプラントを建設し、天然ガスや石油、石炭を大量に消費することで成り立っている。どうしてもＣＯ２を大量に排出する。
２１世紀に入って地球温暖化への対応が急務となるなか、化学を支えた基盤技術は大きな転換点を迎えている。化石燃料の使用を大幅に減らすには、原料や熱源の脱炭素化が欠かせない。電気化学への対応は有力な手段として浮上してきた。
旭化成の竹中克・上席執行役員は「化学でも電気の時代が来るのではないか」と予想する。同社は再生可能エネルギーを使い、水を電気分解して得る「グリーン水素」の技術を開発、福島県浪江町で量産化を進めている。日揮ホールディングス（ＨＤ）などと、ＣＯ２とグリーン水素を原料に、燃料や化学製品をつくる技術の実用化に取り組む。
多くの化学製品は炭素と水素、窒素でできている。窒素は大気中に存在し、水素や酸素は水、炭素は排ガスのＣＯ２からまかなえる。排ガスや空気、水を原料にしてプラスチックや合成繊維、医薬品などをつくることは技術的に可能だ。
電気化学が普及するには、安価な再生エネルギーの普及がカギを握る。石油化学並みの価格競争力を持つには、再エネの発電コストが１キロワット時あたり５円以下が目安で、２～３円が望ましいとされる。国際再生可能エネルギー機関によると、欧州や中国では洋上風力のコストは２０３０年に同５円を切り、５０年には同３円を下回り、競合は可能と見込まれている。
日本政府が掲げる目標は洋上風力で３０～３５年に同８～９円と高い。技術革新だけでなく、規制緩和などの政策誘導により、コストをいっそう下げる努力が必要だ。
東京大学の杉山正和教授は「石油化学と違い、規模が大きくなったからといってコスト削減が進むわけではない」と指摘する。消費地の近くで必要な量を生産するといった分散型の工場が適しているという。石油化学は規模を追究することが競争力につながったが、電気化学では別の戦略を考える必要がある。
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