2017年06月30日

◆ 重質油の改質/炭酸ガス対策

 温暖化ガス対策の影響で、重質油の需要が減りつつある。ここで、需要の減った重質油を改質することで、炭酸ガスの増加を根源的に減らせる。

 ──

 炭酸ガスを減らす方法で、うまい方法がある……というのが、本項の趣旨だ。当初の狙いを越えて、一石二鳥みたいな効果がある、という話。

 まず、当初の狙いは、こうだ。
 「温暖化ガス対策の影響で、重質油の需要が減りつつある。ここで、需要の減った重質油を改質するといい」


 これはわかりやすいだろう。
  ・ 温暖化ガス対策を進める世界的風潮がある。
  ・ そのせいで、炭酸ガスを多く排出する重質油の需要が減りつつある。
   (石油発電やタンカー燃料など)
  ・ 需要が減ると、重質油が余るが、捨てるわけにも行かない。
  ・ そこで、余った重質油を改質するといい。

 重質油の改質とは、「炭素が多くて水素が少ない」という重質油の成分を変化させて、「炭素が少なくて水素が多い」という別の石油に変えることだ。分子構造を変えることだ。(たとえば、灯油やガソリンにする。)
 このようにすれば、炭酸ガスの排出の少ない石油になるので、需要も増える。

 ──

 あとの問題は、「いかにして重質油を改質するか」ということだ。方法は、二つある。
  ・ 水素を添加する (触媒で)
  ・ 炭素を除去する (熱で)


 これらについて細かな話は、下記で説明されている。
  → 重質油改質技術の最新動向 - J-Stage (pdf,画像)

 これを見るとわかるように、次のことがある。
  ・ 主流は、炭素を除去する方法である
  ・ 除去された炭素は、コークスとして生成される


 結局、(炭素除去の形で)重質油を改質することで、次のことが同時になされる。
  ・ 重質油の改質
  ・ 炭素の除去


 つまり、経済的な理由で重質油を改質したら、同時に、炭素の除去もできてしまったのだ。

 ──

 ここで、炭素の除去というのは、「炭酸ガスを減らすこと」の究極の形である。このことについて解説しよう。

 通常は、空中の炭酸ガスを減らすことを目的として、次のいずれかの方法が取られる。
  ・ 炭酸ガスを植物に、炭水化物の形で取り込む。
  ・ 炭酸ガスを固体化または液体化して地中に取り込む。
   (高い圧力や冷却が必要)

 このうち、前者は大きな手間がかかるし、量も(土地の制約で)限定されている。
 後者は、そのために多大なエネルギーが必要なので、効率が悪い。

 ところが、本項で述べた「重質油の改質」という形で、炭素の除去をすれば、すでにある炭酸ガスを除去するよりもずっと効率的に、炭酸ガスの量を抑制できるのだ。(排出されたものを取り込むのではなく、排出量そのものを減らすという形で。)

 ──

 温暖化ガスの対策というと、通常は、太陽光発電や、電気自動車や燃料電池車などが話題になる。そのために政府は莫大な補助金を投入している。
 しかし、どうせ炭素の発生量を減らすのであれば、「重質油の改質」という形の方が、ずっと効率的なのだ。特に、もともと炭素の発生量が少なめである(水素の比率の多い)ガソリンを使う自動車で対策をするよりは、炭素の発生量が多めである重質油を使う石油火力発電やタンカーで対策する方がいいのだ。これらの燃料を、重質油から軽油などに転換するだけでも、炭素の発生量を大幅に減らすことができる。(炭素の燃焼から水素の燃焼に転じる形で。)

 政府は「水素 100%」という燃料電池車の推進ばかりにやたらとこだわるが、もともと炭素の少ないガソリン車で努力するよりは、もともと炭素の多い重質油燃料の使用分野で努力する方が効率的なのだ。
 ここは、発想の転換が必要だろう。



 [ 付記1 ]
 余った炭素(コークス)は、どうするか? 
 そのまま地中に埋めてしまってもいい。だが、産業利用できれば、なおさらいい。たとえば、炭素繊維とか、炭素材料とか。……とはいえ、これらはコスト的にはちょっと無理だし、利用量も限られている。
 もっとも有望なのは、「石炭の代わりに使うこと」だ。つまり、
  ・ 石炭を地中から掘り出して、使う
  ・ (改質でできた)炭素を、地中に埋める

 という二重構造をやめて、
  ・ (改質でできた)炭素を、使う
 というふうにする。
 こうすれば、
  ・ 石炭を地中から掘り出す
  ・ (改質でできた)炭素を、地中に埋める

 という二重の無駄手間をなくすことができる。その分、効率的だ。
 ( ※ この件は、炭素の使用量そのものには影響しない。)

 [ 付記2 ]
 炭素の利用法として、カーボンナノチューブがある。それを電波遮蔽材として利用する、という新技術が開発された。
  新素材として注目される「カーボンナノチューブ(CNT)」を用い、物に塗るだけで電磁波を99.9%以上遮蔽できる塗料を開発した。
 水の中に大量のCNTが分散した水性塗料の開発に成功した。
 この塗料を樹脂製のシートに塗ったところ、100分の1ミリ・メートル程度の薄さのCNT膜ができた。水性なので様々な樹脂やゴムなどに塗ることができ、有機溶剤に金属を混ぜた従来品に比べ優位性が高い。
 近年、至る所に電子機器が取り付けられているが、外部から入ってくる電磁波で電子機器が誤作動するリスクが指摘されており、簡単に電磁波を遮蔽できる技術が望まれている。
( → 電磁波を 99%遮る塗料、電子機器の誤作動防ぐ : 読売新聞

 炭素を産業用に利用できれば、炭素を地中に埋めるよりは、ずっと有益だろう。(炭素の使用量や温暖化には影響しない。)



 【 追記 】
 本項の提案は、すでに政府の研究開発の対象となっていたことが判明した。

 ググった検索は
  → http://j.mp/2tE2IC8

 代表となるページは
  → http://www.jogmec.go.jp/oilgas/technology_021.html

 ※ つまり、本項でいちいち提案するまでもなかったようだ。
   今後は、技術開発の進展を見守ればいいようだ。
   それでも、技術開発の動向を知るには、本項は役立つ。


 【 関連項目 】
 関連する話もある。
  → ディーゼル優遇の歪み
 ※ 政府は「ディーゼル車を税制で優遇する」という方針を取っているが、これは、環境規制には逆行する……という話。



 【 関連サイト 】


posted by 管理人 at 19:50| Comment(21) | エネルギー・環境2 | 更新情報をチェックする
この記事へのコメント
重油と重質油を混同してませんか?
Posted by nb at 2017年07月01日 02:00
 nb さん、ご指摘ありがとうございます。
 混同していたわけじゃないんだけど、重質油という用語を使う方が適切ですね。全文置換しておきました。
  重油 → 重質油
Posted by 管理人 at 2017年07月01日 06:14
改質はかなりのエネルギー消費プロセスです。改質して燃料にするより改質しないで燃料にしたほうがトータルではエネルギー消費が少ない=co2削減に鳴りますよ。
それでも改質するのは需給バランスのためですが。

あとコークスは炭素材料にはなりませんよ。燃やすか、使えて還元剤です。個体のものを加工して品質の高い材料にするのはエンタルピー的に無理です。
Posted by 化学会社勤務 at 2017年07月01日 08:57
> 改質はかなりのエネルギー消費プロセスです。

 それはわかっているけど、しかし、

> 改質しないで燃料にしたほうがトータルではエネルギー消費が少ない=co2削減

 これは疑問ですね。もしそうだったら、改質は(大量の水素も同時に燃やすので)超非効率で、コスト的に割に合わないはずだが、実際には産業として成立しているはず……というのが、話のベースにあります。
 たとえば、次のようになる。
 「100グラムの炭素量削減のために、50グラムの炭素(および水素)を燃焼させる。」

 これだと、たしかにエネルギー消費が多いけれど、それでも差し引きすると、炭素量の削減ができている。残る問題はコストだけ。それも十分に成立しそうだ。

 なお、上記コメントの趣旨は、
 「100グラムの炭素量削減のために、120グラムの炭素を燃焼させる。」
 ということなのでしょうが、さすがに、これはないと思いますよ。いくら何でも。もしそうだったら、それは、技術というよりは、ただの浪費に近い。

 なお、仮にそうであったなら、本項の趣旨を、
  ・ 水素を添加する (触媒で)
  ・ 炭素を除去する (熱で)
 のうち、後者でなく前者にするだけのことです。つまり、改質の方法を転換する。
 本項全体の趣旨には影響しません。(技術的な方法を変更するだけ。)

Posted by 管理人 at 2017年07月01日 09:23
廃プラを処分するのに埋立、焼却して熱回収、リサイクルのどれが最も合理的か、に似た話かと。もう少し詰めた話が必要では。

>100グラムの炭素量削減のために、120グラムの炭素を燃焼させる。

に似た話はあるんじゃないでしょうか。炭素量削減に寄与せずともなにか他の付加価値を作り出すために。
Posted by 作業員 at 2017年07月01日 10:19
改質は超非効率ですよ。単純なヘスの法則で必要エネルギーわかるんで計算すればすぐでます。
今は結局そのエネルギーは重質油の一部を燃やして作ってるんです。

水添は結局水素を取り出す時点でそれより高コストなのでメインではないんですよ。
そしてこういうエネルギー多消費プロセスで高コストというのはエネルギー消費がより大きい、co2がよりでるプロセスだということなんです。
ちなみに必要エネルギーはヘスの法則で変わりませんので技術でどうこうできるものではないです。
Posted by 化学会社勤務 at 2017年07月01日 11:44
 そりゃまあ、非効率なんですけど、炭酸ガス削減というのが、そもそも非効率。
 非効率さなしで炭酸ガスを減らす方法があればいいが、そんなものはないんですから。

 比較対象は、空気中の炭酸ガスを液化すること。それと比べてどっちが効率的か(非効率さが少ないか)という問題。
 あるいは、水素ガスがあったとき、それで重質油を改質するか、あるいは、圧縮して燃料電池にしてから発電するか。
 水素に莫大な圧縮エネルギーをかけて燃料電池にするのよりは、触媒で重質油を改質する方が、効率は上回るだろう……という推論です。
Posted by 管理人 at 2017年07月01日 12:46
水素が余ってれば燃料電池車に導入するより改質した方が良いかもしれませんね。単純にガソリンのオクタン価あげるのに使った方がトータルでみたら省エネ、co2削減になるかもしれませんが。

まぁそうするには単純に水素が余っていない、また他の使い方したほうがまし、ということなんでしょうが。
Posted by 化学会社勤務 at 2017年07月01日 13:21
 そもそも単純に効率だけで言ったら、電気エネルギーをそのまま使うのが最も効率がいい。太陽光発電して、電気自動車を動かせばいい。
 だけど、それでは済まないことがある。たとえば洋上の船舶。こういうのは電池では済まないので、何らかの液体エネルギーが必要になりそうだ。その場合に重質油よりは、改質したできた軽質油の方が良さそうだ、となる。
Posted by 管理人 at 2017年07月01日 14:03
>洋上の船舶
>重質油よりは、改質したできた軽質油の方が良さそうだ

軽質油にするメリットってなんだろ〜
現在の大型船舶用のディーゼルエンジンはC重油使用が主流だね〜
C重油使用でも、数年前の状況で50%に迫る熱効率なんだから、
軽質油に変えても改質分のロスを考えればトータルとしての効率は下がる
(CO2増加?)んじゃないかな〜

経済的な側面から考えても変更は難しそうだね〜
  元のC重油の価格 < 改質した軽質油の価格
だろうから、輸送コスト上昇は、あらゆる製品のコスト上昇に繋がるし〜
Posted by どら猫 at 2017年07月01日 17:08
> 軽質油にするメリット

本項はすべて、「効率低下とコストアップを引き替えに、炭酸ガスを減らす」という趣旨です。ちゃんと読んでね。
 
どら猫さんはいっつも、肝心の主題を見失って、枝葉末節で揚げ足取りばかり したがっている。物事の本質を探るのとは正反対の態度。

なお、炭酸ガスを減らす方法は、効率向上ではなくて、炭素のかわりに水素を燃やすことです。
Posted by 管理人 at 2017年07月01日 20:18
ん〜
管理人さんは
重質油を使用するよりも、軽質油を使用する方がCO2の発生が少ないと
言っているんだよね。
その部分は理解できるのさ〜
ただ、改質の工程で発生するCO2の部分を含めた場合、熱効率が50%に迫る
エンジンの燃料を変えることが、正しいのかという疑問なのさ〜
つまり
 重質油エンジンのCO2排出量 > (軽質油エンジンのCO2排出量 + 改質時に発生するCO2排出量)
が成り立っているのか?
でことさ〜    
Posted by どら猫 at 2017年07月01日 20:36
 効率はともかく、重質油が大量に余ったら、谷間に廃棄するわけには行かないんだし、何とかして使い切る必要があるでしょう。
 
 なお、船舶だけで使い切るのは無理。石油発電で大量に重油を使っている。それが余ったら、大変だ。
 今はガソリンや軽油や重油がうまく使い切れているが、将来、重油だけ大量に余ったら、大ごとだ。

 としたら、改質が最善の方法でしょう。
Posted by 管理人 at 2017年07月01日 21:42
管理人さん、考えがダッチロールしていない??
デーマは改質による『効率低下とコストアップを引き替えに、炭酸ガスを減らす』
で炭酸ガスを減らすが主目的だよね〜
いきなり余った重油の活用の為と言われると首傾げるよ〜

  重質油使用時のCO2排出量 > (軽質油使用時のCO2排出量 + 改質時に発生するCO2排出量)

が成立しないならば『改質』は炭酸ガス増加に繋がる悪手とならない?

余った重質油に行いてはとりあえず貯蔵しておくという手な無いの?
・・技術革新で将来重質油で効率的なエネルギー取出しが可能な機関が出てくる可能性も皆無じゃない???

余談だよ〜
・油田では、原油採掘量増加のために油田に二酸化炭素を注入する技術が研究(実用化?)されていてるみたい
  ttp://jp.reuters.com/article/usa-oil-carbon-idJPKBN18X0BQ

・油田で採掘量増加のため加圧用に水を注入する方法が実用化済みだけど、これに余剰の重質油を利用できないかな?
 比重が重いので、軽質分が多い油田に対しては有効な気がするな〜。
 重質油の処分もできて一石二鳥かも?
(そのままじゃ流動性が悪いので水と混ぜるとかして)

Posted by どら猫 at 2017年07月01日 22:27
追加で・・
油田で加圧用の水に重質油を混ぜて使用する
⇒油田までの輸送コストがかかる様に見えるが、どうせ産出国への往路のタンカーは空なんだ
 これに便乗しちゃえ!!
 精油後に残った部分だけならタンク1/10くらいだろうからバラスト水の一部と考えれば燃費も変わんない?
 (積み出し港から油田までの輸送はパイプラインを逆送・・は無理かな)
Posted by どら猫 at 2017年07月01日 22:46
石油業界は重質油よりも、それを分解精製・水素添加してた軽油やガソリンの方が高く売れる(高付加価値)ので実施しているのでしょう。
二酸化炭素削減が目的ではなく、付随効果にすぎないとおもいます。
Posted by 京都の人 at 2017年07月01日 23:30
> 管理人さん、考えがダッチロールしていない??

本項は「これが最善だから、こうすべき」という政治的な主張ではなくて、
「石油改質という方法もあるよ」というふうに示唆しているだけです。「考えるヒント」を与えているだけ。
そのヒントを得たあとで、実際にどういう方針を取るかは、多くの知識を得てから決めればいい。

科学の分野では何ごともそうですが、最初にアイデアをいっぱい出して、それからさまざまな検証を経てから、最終的な結論を得る。
今は結論を出す段階ではなく、アイデアを一つ出しただけです。そのアイデアが有効となる根拠も、理由をいくつか出しているだけです。どれが決定的かも、今の時点では不明。
また、うまく行くかどうかも不明。(未調査)

本項はあくまで、アイデアの提示です。お間違えなく。

> これに余剰の重質油を利用できないかな?

それもまたアイデアの一つですね。
うまく行くかどうかは不明だが、アイデアを出すこと自体はけっこうなことです。理系の人間なら、何ごとであっても自分でアイデアを出すべきでしょう。たとえうまく行かなくても、あとでもっといいアイデアを出すためのヒントになるかもしれない。
だいたい、最初から完璧な最善のアイデアを出すことなんて、あり得ない。さまざまな試行錯誤を経ないと、うまいアイデアなんて出てこないものです。
Posted by 管理人 at 2017年07月01日 23:47
どら猫が突っ込むのは無理筋が見える時なんだけどね。
物理的に変とか、統計上おかしいとか、前提条件が実運用を考えたときに意味あるのとか、
そうゆうとこが気になるのさ
そうゆう意味では『枝葉末節で揚げ足取りばかり』に見えるかもしれないね。


Posted by どら猫 at 2017年07月02日 00:44
改質なんてありふれたプロセス、アイデアにしても筋が悪すぎて検討の余地もないですがね。
石油関係のプロセスは省エネがコストに直結し、連続運転する巨大装置だから素人が思っている以上に最適化してるんですよ。
Posted by 化学会社勤務 at 2017年07月04日 08:24
> 思っている以上に最適化してるんですよ。

根本的に誤読していますよ。会社に向けて、
「改質を改善せよ」「改質を効率化せよ」
と述べているのではありません。政府に向けて、
「もともと非効率である改質を、(企業がいやがっても)あえて推進せよ。そのために、補助金を出せ」
という提案です。
ここでは、効率改善を推進しようとしているのではなく、あえて、現状よりも効率の悪化をめざしているんです。

あなたは企業の立場だから、効率と利益のことしか考えられない。ここでは「環境問題」という点こそが主題だ、という話の前提を理解できていない。
つまり、人の話をまるきり聞いていない。自分の興味のことばかり考えている。だから話がまったく噛み合わない。

本項の1行目を読んでください。効率の向上とはまったく別のことがテーマだとわかるはずです。むしろ、効率の悪化(※)をもたらそうとしていることもわかるはずです。
(※ 環境対策をしない場合に比べて)

なお、なぜあえて効率悪化をめざすかというと、この分野ではゼロからマイナス20に悪化しても、他分野ではマイナス30からゼロになるので、総合効率はマイナス30からマイナス20に改善するからです。環境政策は、国全体で考えます。
Posted by 管理人 at 2017年07月04日 12:28
そのco2の削減について筋が悪いとかいてるんですけどね。

こういうプロセスで高コスト=高エネルギー消費=co2発生大なプロセスなんですよ。何度も言いますが、ヘスの法則でどれだけエネルギー消費するか概算してみたらいかがですか。
というとそのエネルギーを太陽光なりと言うかもしれませんが、現実的には吸熱反応の熱源は効率の面からも燃焼しかないですよ。
Posted by 化学会社勤務 at 2017年07月04日 14:50
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