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Aug 17, 2023

メタン熱分解: ターコイズブルーの水素製造の可能性を解き放つ、IDTechEx のレポート

BOSTON, 2 giugno 2023 /PRNewswire/ -- In un panorama globale in rapida evoluzione,

ボストン、2023年6月2日/PRNewswire/ -- 急速に進化する水素の状況において、低炭素水素製造への世界的な推進により、持続可能で拡張性があり、経済的に実行可能な技術の探索が加速しています。 青と緑の水素は中長期的な脱炭素化の有力な選択肢として注目されているが、メタン熱分解によって生成されるターコイズ色の水素はあまり知られていないが、技術と商業実証の点で進歩している。 それでは、メタン熱分解は将来の水素経済にどのような影響を及ぼし、その役割はどれほど重要になるのでしょうか?

この記事では、このトピックを探求し、さまざまなメタン熱分解技術、その利点、欠点、およびこの業界を形成する主要な商業活動について詳しく説明します。 メタン熱分解とブルー水素市場の包括的な調査については、IDTechEx の新しい市場レポート「ブルー水素の生産と市場 2023-2033: テクノロジー、予測、プレーヤー」をご覧ください。

ブルー水素とグリーン水素の比較

水素製造の分野では、低炭素の未来への重要なソリューションとして、青と緑の水素が浮上しています。 青色水素は、天然ガスを水蒸気で改質するか、プロセスから排出される CO2 を捕捉して貯蔵しながら酸素で部分酸化することによって生成されます。 一方、グリーン水素は、風力や太陽光などの再生可能エネルギー源を利用した水の電気分解によって生成され、スコープ 1 および 2 の排出に関してカーボンフリーになります。

ただし、ターコイズ水素は、水素生成に対して異なるアプローチを提供します。 これは、直接 CO2 を放出することなく、メタンを高温で水素と固体炭素に分解するプロセスであるメタン熱分解によって生成されます。 これにより、二酸化炭素回収・貯蔵 (CCS) の必要性が回避されるため、ターコイズ色の水素は青色の水素よりも環境に優しい選択肢となります。

緑色の水素と比較して、ターコイズ色の水素の生産は、供給原料として豊富で現在より手頃な価格の天然ガスに依存しているため、一般に費用対効果が高く、規模の拡大が容易です。 さらに、このプロセスは水の電気分解よりも熱力学的にエネルギー消費がはるかに少なく、生成される H2 1 モル当たり必要なエネルギーは約 7 分の 1 です。 多くのメタン熱分解プロセスのバリエーションを完全に電化できるため、スコープ 2 の排出を除去できることを考慮すると、これは特に有利です。 バイオガスを原料として使用すると、プロセスがカーボンネガティブになる可能性があります。

このプロセスでは固体炭素副産物も生成され、そのグレードに応じてさまざまな産業で利用できる可能性があります。ラバーブラックはゴムの強化材として使用され、特殊ブラックはポリマー、インク、コーティングの製造に使用できます。 、電池材料、その他多くの用途に使用できます。 土壌添加剤としての使用を検討する研究も進行中です。 一部のメタン熱分解プロセスでは、炭化水素、グラファイト、またはグラフェンなどのより高度な炭素も生成できます。 このような製品の生成は、熱分解プラントの運営者にとって有益な収入源を生み出す可能性があります。

メタン熱分解プロセスのスペクトル

IDTechEx は、大きく 3 つのタイプのメタン熱分解プロセスを特定しました。 全体として、これらのプロセスは、動作原理、長所と短所、開発段階、開発するプレイヤーの相対数の点でまったく異なります。 もちろん、プラズマ触媒プロセスなど、さらに多くのバリエーションがあります。

熱: 非常に高い温度 (1000 ～ 1400°C) を使用した非触媒熱分解。 加熱は反応器壁または熱交換管（燃焼が使用される場合）を介して供給されます。 このプロセスを開発している企業には、BASF (反応器壁の抵抗加熱) やエコナ パワー (排ガスの燃焼による加熱) などがあります。

触媒: 気泡塔内の溶融触媒または流動床反応器内の触媒粒子のいずれかを使用する熱触媒プロセス。 このプロセスを開発している企業には、C-Zero (溶融塩触媒) や Hazer Group (固体鉄鉱石触媒) などがあります。

プラズマ: メタン分子は、高温プラズマ (プラズマ トーチ経由) またはマイクロ波で生成された低温プラズマによって分割されます。 このプロセスを開発している企業には、Monolith (高温) や Transform Materials (低温) などがあります。

IDTechEx は、プラズマ熱分解プロセスが技術開発の段階と参加者の数の点で最も進んでいると考えています。 また、反応器や触媒媒体ではなくメタンガスに熱が直接供給されるため、最もエネルギー効率の高いプロセスでもあります。 さらに、炭素製品の品質は通常、他のプロセスタイプよりも高くなっていますが、一部の触媒プロセスでも高品質の製品を生産できます。 ただし、メタンラジカルは炭化水素分子に結合する傾向があるため、このプロセスでは副生成物を形成しないようにプラズマを正確に制御する必要があります。 Transform Materials は、マイクロ波プロセスでこの挙動を利用して、PVC などのポリマーやブタンジオールなどの化学物質の製造に使用される貴重な化学物質であるアセチレンを生成しました。

メタン熱分解における商業的関心と活動

メタン熱分解を開発している企業は複数の地域にまたがっており、プレーヤーの数と技術準備レベル (TRL) の点で北米 (主に米国) と欧州 (主に英国、フランス、ドイツ) が開発を支配しています。 ただし、テクノロジーの商業化という点では、少数のプレーヤーが際立っています。

モノリスは米国に本拠を置く企業で、2020年から年間5キロトンの水素と15キロトンのカーボンブラックを生産する商業規模の施設（オリーブクリーク1）を運営しており、おそらく市場で最も先進的な企業である。 同社は現在、この施設（オリーブクリーク 2）を拡張し、275 キロトンの低炭素アンモニアと 194 キロトンのカーボンブラックを生産しています。 このプラントは 2023 年に稼働開始予定で、世界最大のメタン熱分解プラントとなることが期待されています。 モノリスは最近、同社のカーボン ブラック製品がグッドイヤーの新しい超高性能 ElectricDrive™ GT タイヤに使用されると発表しました。

前述したように、Transform Materials も、アセチレンを生成できるマイクロ波プラズマ プロセスを備えた米国に拠点を置く企業です。 同社は、既存の炭素集約型カーバイドおよびアセチレンクラッカープロセスに代わる、クリーンなアセチレンプロセスのプロバイダーとしての地位を確立しています。 したがって、そのプロセスは、水素が貴重な副産物と考えられるアセチレンのエンドユーザーにとって最も興味深いものであると考えられます。 同社はまだ商用工場を持っていませんが、DSM Nutritional Products などの企業から多くの商業的関心を集めています。

Hazer Group は、流動床反応器内で鉄鉱石ペレットを触媒として使用する接触熱分解技術を商業化しているオーストラリアの企業です。 このプロセスでは、必要な程度に精製されれば、リチウムイオン電池を含む幅広い用途に使用できる比較的高純度のグラファイト製品が生成されます。 同社は、オーストラリアのウッドマンポイント廃水処理施設で初の商業プラントを開発中で、年間100トンのH2を生産し、2023年下半期に稼働開始予定である。モノリスのオリーブクリーク1と比較すると、容量はまだかなり小さいが、同社のテクノロジーには、Engie や千代田化工建設などの多国籍企業から多くの関心が寄せられています。

Plenesys や Graforce などのいくつかの小規模企業は、顧客の施設の近くに設置できる、よりモジュール化された熱分解プロセスを開発しています。 これは、将来的には電気分解と競合する可能性がある、分散型の小規模水素製造への代替経路を提供します。 しかし、そのような植物を使用した商業的な取り組みはまだ比較的限られています。 プレーヤーとその活動の詳細については、IDTechEx のレポートをご覧ください。

ターコイズ水素の展望

もちろん、このテクノロジーにはいくつかの欠点があります。 メタン（天然ガス）の必要性は、水素生産が天然ガスに依存することを意味するため、ブルー水素と共通の課題です。 さらに、使用される天然ガス 1 モルあたりの水素収量は、水蒸気メタンや自熱改質 (SMR および ATR) などの青色水素プロセスよりも低くなります。 炭素副産物に関連するいくつかの課題もあります。引き取り契約は、高品質の炭素製品に対してのみ確立できます。 そうでなければ、炭素を地下に隔離する必要があります。 さらに、メタンの熱分解により、水素 1 kg ごとに 3 kg のカーボン ブラックが生成されます。 したがって、熱分解プラントは、副生成物に適切な市場が利用可能な場合にのみ、非常に大規模なスケール (数百万トンの水素) に拡張することができます。そうでない場合は、プロセスの経済性が法外に高くなる可能性があります。

記事にあるように、多くの商業的な取り組みが行われており、多くの中小企業が技術を開発しています。 各企業は、プロセスの規模と炭素副産物の種類または純度に応じて、異なるビジネス モデルを持っています。 全体として、IDTechEx は、水素産業におけるメタン熱分解の使用は、少なくとも中期的には青色水素や緑色水素に比べてかなり限定的になるだろうと考えています。 この技術はまだ開発し、商業規模で実証する必要があります。 しかし、それは、さまざまな産業がそのような技術から恩恵を受ける可能性があるため、メタン熱分解と青緑色の水素を無視すべきであるという意味ではありません。

IDTechEx の新しい市場レポート「ブルー水素の生産と市場 2023-2033: テクノロジー、予測、プレーヤー」では、これらすべてのプロセスを分析および比較し、主要プレーヤーとそのプロジェクトの活動に関する洞察を提供します。 また、技術、最終用途、地域別に分類されたブルー水素業界の 10 年間の市場予測も含まれています。

IDTechExについて

IDTechEx は、リサーチ、サブスクリプション、コンサルティング製品を通じてお客様の戦略的なビジネス上の意思決定を導き、新興テクノロジーから利益を得るお手伝いをします。 詳細については、[email protected] にお問い合わせいただくか、www.IDTechEx.com にアクセスしてください。

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ソースIDTechEx