CO₂排出ゼロへ！未来のエネルギー技術

CO₂排出ゼロへ！未来のエネルギー技術

2020/03/31

CO₂排出ゼロへ！ 未来のエネルギー技術 メタン熱分解で水素と炭素をつくる

メタンを熱分解して水素を製造する技術の開発が進められている。炭素が固体となって出てくるためCO₂の排出がなく、CCSが不要。将来の水素社会実現に向けた取り組みとして期待が高まる。

CO₂が出ないのでCCSが不要

　水素やメタンなどを、エネルギーとして高効率に製造・利用していくための新しい触媒・材料を開発し、構造解析や評価を行っているエネルギー触媒技術グループ。研究グループ長の高木英行らが現在力を入れているのが、メタン熱分解による水素製造技術だ。一般にメタンから水素をつくるときには、水蒸気改質という技術が用いられる。現在、導入が進む家庭用燃料電池「エネファーム」にも同じ技術が使われている。これはメタンを水蒸気とともに触媒上で反応させて水素と一酸化炭素（二酸化炭素）を製造する技術で、工業的にも確立されているが、CO₂も排出される。したがって、さらに低炭素化を進めるためには炭素の固定・貯留（CCS）が必要となる。

　これに対して、高木らはメタン熱分解による水素製造という、新しい手法を提案している。

　「この技術は、触媒を用いてメタンから炭素と水素を製造するもので、ポイントはメタン（CH₄）の水素と炭素を切り離してしまうことです。そのためCO₂は生成されず、生成されるのは水素と固体の炭素となります。CO₂が出ないためCCSの必要がありません」

　エネルギー効率は、水蒸気改質より小さくなるが、回収された炭素はエネルギー物質として貯蔵・利用でき、機能性材料となる可能性もある。さらに、メタン源として天然ガスのほか、有機性廃棄物由来のメタン（バイオガス）も利用可能である。産総研では、触媒開発だけではなく、流動層やロータリーキルンなどの反応器を含めて所内で連携して研究開発ができることも強みだ。

2050年の低炭素社会のために

　今はまだシーズ段階であり、現時点では、触媒性能の向上や反応システムの検討など実用化に向けての課題は多く、 2050年に向けて着実に研究開発を進める必要がある。しかし、 CO₂排出量の80%削減を実現させ、さらにゼロエミッション社会を目指していくためには、CO₂を出さずにエネルギーを確保できる技術は確実に必要となる。

　「エネルギー分野においてもイノベーションが強く求められる中、長期的視野に立って道筋を示すべく、シーズを作り、育てるとともに、技術開発を進めるための基盤を作っていくことは産総研の使命だと考えています」

　2050年に向けてあらゆる技術が求められ、その技術としてメタン熱分解も活用される—— 熱分解されるメタンは、天然ガスのほか、廃棄物処理場や下水処理施設由来のバイオガスなどからも供給。メタン分解でできた水素は、水素ステーションや発電施設で用いられる。炭素はエネルギーとして貯蔵されることでエネルギーセキュリティに貢献するとともに、炭素材料としても活用される——。

　高木がイメージするのはこのような姿だ。この水素製造技術が社会実装される未来に向け、現在は触媒反応などのデータを取りながら、高効率な触媒や反応器の開発、炭素の新たな活用法の探索などに取り組んでいる。

創エネルギー研究部門
エネルギー触媒技術グループ
研究グループ長

高木 英行

Takagi Hideyuki