【特集2】LNGに次ぐパラダイムシフト メタネーションの潜在力と行方

2022年11月1日

業界のCN達成に向けて大手都市ガス事業者が技術開発を進める「メタネーション」に期待が集まっている。業界がこの次世代エネルギーに取り組むメリットや課題は何だろうか。RITEの秋元氏に寄稿してもらった。

秋元圭吾/地球環境産業技術研究機構システム研究グループリーダー・主席研究員

カーボンニュートラル(CN)実現の要請が強まっている。対策として、電力の脱炭素化と電化の促進が指摘され、その方向性は正しい。しかし、非電力の熱需要は、電力需要よりも多く、多様だ。電化は一つの対策だが、その他の多様な対策が必須だ。そのため、水素やアンモニアの活用も重要だが、合成燃料(e-fuel)や合成メタン(e-methane)の活用も重要だ。

合成燃料や合成メタンは、既存のインフラや既存の機器が活用できるという大きな利点がある。合成燃料であれば、ガソリンスタンドを含めて石油系のインフラの多くを活用できる可能性が高いし、内燃機関自動車も活用可能である。ガスでは、LNG貯蔵タンクや都市ガスパイプラインなどを活用できる。また、水素やアンモニアと同様、技術的には既に実現されているという点も指摘できる。ただし、水素やアンモニア同様にコスト低減が課題である。

CO2を利用する仕組み 合成メタンの潜在能力

まず合成メタンの原理を確認したい。合成メタンは水素(H2)とCO2を合成してメタン(CH4)を作る。その水素は、ブルー水素とグリーン水素が主である。ブルー水素は化石燃料を分離し、CO2は地中深くに貯蔵し、水素のみを活用する。グリーン水素は、再生可能エネルギーを活用し水電解などで水素に転換する。合成メタンはこれらの水素を活用するが、化石燃料をH2とCO2に分離したブルー水素を再び合成する意義は乏しいため、原則、グリーン水素由来ということとなる。

一方、SOEC共電解メタンなどの革新的な手法では、再エネ電気から内部プロセスを経て、直接、合成メタンを生成することもある。いずれにしても、一次エネルギー源は再エネである。

合成にCO2が利用されるが、CO2は誤解されやすい。CO2はあくまで、水素(一次エネルギーとしては再エネ)の媒体として機能する。CO2は例えば化石燃料発電所や製鉄所などの排ガスから回収したCO2を活用するため、CO2回収によってCO2排出が減るかのように思いがちだが、合成メタン燃焼時に再びCO2は放出されるため、CO2回収自体によってCO2が減るわけではない。あくまで、化石燃料である都市ガスなどが、水素、元をたどれば再エネで代替されることでCO2が減り、CN達成する。合成メタンは再エネの活用拡大手段である。

仮に合成メタンのためにCO2をわざわざ作るなら、合成メタンはCNとはならない。しかし、そのようなことはあり得ず、あくまで排出されるはずのCO2を回収して水素(再エネ)輸送のために活用するので合成メタンはCNとなる。将来的に化石燃料利用が減り、CO2が減ってCO2の利用可能性が低下したら、大気中からの直接回収(DAC)もしくはバイオマス由来のCO2を活用することとなる。ただ、大気に放出されるはずだったCO2も、大気放出されたCO2のいずれの利用でも合成メタンのCN性は同じだ。

気になる経済性 再エネコストと水素コスト

経済性はどうか。CN実現には大きな費用が必要で、合成メタンも現時点では同様だ。費用の大部分は、再エネコストで、それが大きく低下した場合に、合成メタンのコストも大きく低下し得る。一方、再エネのコストとポテンシャルの点から、合成メタンの大きな供給元は海外と見られる。

次に水素との比較としての経済性にも触れたい。合成メタンはCO2を回収して合成するため、その分、水素よりもコストは上昇し得る。一方、先述のように既存インフラを活用できるので、相対的な経済性はその得失に帰着される。例えば沿岸部の発電所などでは水素直接利用の方が経済的な場合はあると考えられるが、都市ガスインフラを活用できる利点は大きい。また、海外の合成メタンを国内利用する際、水素よりもメタンの輸送の方がコストは安価となりやすいというメリットもある。

世界モデルを用いて50年CNを分析した例が図だ。DACのコスト低減が見込まれ貯留可能量も大きい場合(メタネーションイノベケース以外のケース)は、天然ガスを利用しつつ、負排出でオフセットするのが経済合理的な可能性もあるが、この場合でも1割程度の合成メタン利用が経済合理的な結果である。SOEC共電解などの革新的メタネーション技術が進展した場合には、合成メタンの経済性はさらに大きくなる。

2050年CNのための日本の一次エネルギー供給量シナリオ例

CNへのスムーズな移行において、総合効率に優れた燃料電池コージェネなどを活用し、合成メタンに移行していくことは有益な戦略と考えられる。

最大の課題は、CO2の帰属の問題だ。CO2は水素の輸送媒体として機能するため、化石燃料排出のCO2利用の場合、CO2は元々排出されるはずだった場所から別の場所に移動して排出されることとなる。そのため、現在の温室効果ガスの国家インベントリでは、「放出場所で排出計上が原則」だから、インベントリ上は、利用国側で合成メタン利用のインセンティブが働きにくいことが課題だ。原則的には合成メタン利用時の排出をゼロと計上することでCN実現に向けて経済合理的な対策を働かし得る。技術開発とともに、国際的な制度での適切な反映の対応が必要だ。

あきもと・けいご 横浜国立大学大学院工学研究科博士課程後期修了。地球環境産業技術研究機構(RITE)入所。多くの審議会の委員をつとめる。博士(工学)。